hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
社会現象や事象の分析・評価が可能な階層型都市シミュレーション環境開発に関する研究

都市で起こりうる社会現象を、モデルを用いてシミュレーションを行い、結果の分析・評価を行うことで、対象とした社会現象を理解するためには、社会現象を再現するための仮想都市モデルが必須である。この仮想都市モデルの構築方法として、従来からある格子型の都市空間ではなく、実際の社会で人間が生活する空間を再現する生活空間型の仮想都市モデルの構築法を提案し、生活空間型の仮想都市モデルを構築するためのシミュレーション環境の開発を目的とした。本研究において、現実の統計情報を入力することで仮想都市モデルが構築されるシステムを開発し、いくつかの社会現象をシミュレーションモデルとして再現する際に利用を試みた。開発した仮想都市モデル構築システムは、利用者がより簡単に利用でき、大規模な都市を仮想都市として再現できるように、現在も改良を重ねている。今年度に実施した研究成果について、現実都市が持つツリー構造に注目した仮想都市を構築することが可能な、都市シミュレーション環境のプロトタイプを完成させた。具体的には、下記の環境を整備した。1)仮想都市構築のための統計情報加工ツールの開発2)加工した統計情報から仮想都市を構築するツールの開発1)より、現在統計局より公開されている国勢調査の調査結果を利用して、日本に存在する任意の市町村を仮想都市として構築するために必要となる統計データを推計することを可能としている。2)においては、プログラミング経験を必要としない幅広い領域からの利用を想定している社会シミュレーション言語SOARSとの協力により、1)で得られた推計データをSOARSで仮想都市として表現することを可能としている。1)2)により、公開された統計情報から仮想都市を構築することができる環境を構築した。SOARSとの協力により、特別な技術を必要とせずに都市シミュレーションを行うための仮想都市を構築する環境が整えられている。また、この環境を利用して、東京都大島町の仮想都市を構築し、社会現象の例としてインフルエンザが蔓延するモデルを構築した。実際に仮想都市を構築し、現実に起こりうる社会現象を表現したモデルを実装することにより、今年度に開発した都市シミュレーション環境のプロトタイプの利用可能性を示した。当該年度に実施した研究の成果について、前年度に開発した仮想都市を構築する都市シミュレーション構築環境を利用して、いくつかの社会現象が実装されたモデル構築を行った。おもな構築した都市シミュレーションモデルは、以下の通りである。1)離島におけるインフルエンザ流行シミュレーションモデル2)二次医療圏における夜間救急医療シミュレーションモデル3)高層住宅における内装工事シミュレーションモデル上記の構築されたシミュレーションモデルより、開発した環境を利用して構築する仮想都市上に、現実社会に存在する社会現象が実装できることが示され、シミュレーションの結果を利用して対象とした社会現象の分析が行えることが確認できた。公衆衛生・医療サービスに限らず、サプライチェーンや都市計画など、本研究で開発した都市シミュレーションのための仮想都市環境が、幅広い分野で利用できる可能性が存在することを示した。今後、この環境を利用して、多くの都市シミュレーションモデルが構築されていくことが期待される。また、個人で構築したモデルを管理するシステムまでが、実装されたのに対して、複数人と構築したモデルを共有できるシステムへと発展させることが、今後、この研究で開発したシステムへ残された課題である。なお、本研究の成果(公開された統計情報から仮想都市モデルを構築するシステム)は、社会シミュレーション言語SOARSとの協力により、SOARSの標準機能として採用された。
コミュニティ知の持続的進化・継承を図るオンラインコミュニティ支援環境

本研究では、大学などにおける研究コミュニティでの真正な研究活動に必要な知識やスキル(コミュニティ知)の進化・継承を図るために、Web上のオンラインコミュニティ支援環境を構築した。特に、コミュニティ知を研究ログとして表現し、真正な研究活動と連携しながら、研究ログの共有・学びあい・適用・洗練のサイクルを持続的に作り出すことで、コミュニティ知の持続的進化・継承を促進する手法を開発した。また、評価実験の結果、支援環境の有効性を確認した。大学などにおける研究コミュニティでの真正な研究活動に必要な知識やスキル(コミュニティ知)の進化・継承を図るWeb上のオンラインコミュニティ支援環境を開発することを目的として、コミュニティ知の持続的進化・継承モデルを構築し、コミュニティ知の共有・適用・洗練および学びあいを支援する手法を開発した。最終年度の本年度は、次の13を行った。1.オンラインコミュニティ支援環境の構築:これまでに開発してきたコミュニティ知の持続的進化・継承機能を統合し、blogエントリを介してコミュニティ知の共有・適用・洗練・学びあいの支援を可能とするHyperblogシステムを開発した。本システムは、これらの支援の基盤として、コミュニティメンバの要求に応じて適切なblogエントリを探索・推薦する機能を実現している。2.有効性評価実験:開発したHyperblogシステムを中期的に研究グループで利用する実験を行い、コミュニティ知の持続的進化・継承支援の有効性を確認した。同時に、blogエントリはテキスト情報として表現されることが多く、コミュニティ知に関わる文脈情報を明瞭に表現しにくいため、知の継承が難しいという問題点を見出した。また、他の研究グループの協力を得て、Hyperblogシステムの支援機能について意見聴取を行った。その結果、研究コミュニティに限らず学習コミュニティ全般に該当することとして、コミュティ知の学びあいや継承には、知に関連した文脈情報を顕在化しておくことが不可欠との知見を得た。3.支援環境の洗練:2で得られた結果を踏まえて、Hyperblogの支援機能を洗練した。特に、blogエントリとしてテキスト情報以外にビデオ情報を取り扱い可能とし、コミュニティ知の文脈情報を可能な限り表現できるように改良した。また、コミュニティ知がどのような文脈から得られたかを簡単に記録する枠組みを取り入れた。大学などにおける研究コミュニティでの真正な研究活動に必要な知識やスキル(コミュニティ知)の進化・継承を図るWeb上のオンラインコミュニティ支援環境を開発することを目的として、平成23年度はコミュニティ知の持続的進化・継承モデルを構築するとともに、モデルに基づいてコミュニティ知の共有・適用・洗練および学習を支援する手法を開発した。具体的には、次の(1)(3)を行った。(1)コミュニティ知の持続的進化・継承モデルの構築:真正な研究活動から得られる様々な経験則をblogエントリとして表現・投稿し、コミュニティメンバ間で共有するSNSシステムHyperblogをベースとして、blogエントリを介してコミュニティ知の進化・継承を図るモデルを構築した。(2)研究ログの共有・適用・洗練の支援:Hyperblogシステムにおけるblogエントリに対して、コミュニティ知が関係する研究アクティビティ、研究トピック、ユーザ定義によるタグからなるメタデータを付与することでblogエントリを適切に構造化する手法を開発した。さらに、メンバ個人内および個人間で関連するblogエントリを可視化して共有を促進する手法を開発した。また、研究ログから適用すべき研究活動文脈や適用タイミングに関する情報を提示することで研究ログの適用を支援するとともに、適用後研究ログの洗練が必要な場合にはblogエントリ修正の場を提供する手法を開発した。(3)研究ログ推薦による学習支援:コミュニティ知の学びあいを支援するために、個々のコミュニティメンバに関連度の高い研究ログやコミュニティ内で重要度の高い研究ログを推定するメカニズムを開発した。Hyperblogシステムをベースとしたコミュニティ知の持続的進化(共有・適用・洗練・学びあい)支援手法の開発は順調に進展してきた。一方、コミュニティ知の継承支援については、持続的進化支援とは別に開発する予定であったが、Hyperbologシステムに蓄積されたblogエントリを共有・再利用する文脈からコミュニティ知の継承に有用な情報が得られるという知見を得たことから、継承支援はコミュニティ知の持続的進化プロセスにおいて実施することが妥当であると判断した。つまり、コミュニティ知の継承支援を独立して実施するメカニズムを開発するのではなく、持続的進化支援の中で継承支援を行えば問題ないことを確認した。このように、研究はほぼ計画通りに進捗していることから、現在までの達成度を(2)と判断した。これまでに開発してきたコミュニティ知の共有・適用・洗練・学びあい支援機能を統合したオンラインコミュニティ支援環境を構築し、その評価実験を通して本支援環境の有効性を調査する。そして、支援機能を洗練しながら、有効なコミュニティ知の持続的進化・継承環境を実現する。さらに、研究成果の公表を推進する。コミュニティ知の持続的進化(共有・適用・洗練・学びあい)支援手法の開発に注力してきたため、研究成果の公表に十分な時間を割くことができなかった。そこで、次年度では繰り越した研究費を、主に平成23年度の研究成果を公表するために利用する予定である。これに加えて、今後平成23年度に開発した支援手法を統合してコミュニティ知の持続的進化・継承支援環境を構築するために、開発環境としてのパソコンやサーバーコンピュータを購入する予定である。

また、支援環境の有効性評価実験を実施するためのノートパソコンの購入、および被験者への謝金、実験結果分析補助者への謝金を予定している。そして、これらの研究成果を国内外で広く公表するための旅費などを予定している。
アメリカ合衆国におけるスペイン語言語景観の観察・調査

本研究ではアメリカ合衆国におけるスペイン語の実態を調査するために,(1)文献調査,(2)郵送法による継続的なアンケート調査,および(3)現地調査を行った。アンケート調査の結果は,世界のスペイン語圏都市×語形の二次元配列とした。現地調査では,ロサンジェルス,シカゴ,バッファロー,ダラスにおけるスペイン語の言語景観の観察と資料収集を行い,現地の研究者へのヒアリングで観察を補足した。デーダベース化したスペイン語語彙バリエーションの資料をインターネット上で公開した。主に文献調査と郵送法による継続的なアンケート調査を行い,平成14年度の準備をした.近年の先行研究と報告資料を集めた.アンケート調査を行う.資料は世界の都市×語形の二次元配列とし,都市のスペイン語の多変量解析を行う.32都市の資料を収集した.スペイン語語彙バリエーションの様相を一般のスペイン語学習者に向けて発表した(上田).スペイン語語彙バリエーションの様相をスペイン語研究者に向けて発表した(高垣).統計手法を用いてスペイン語語彙バリエーションを分析し,大学内ゼミの共同研究として発表した(アントニオ・ルイズ).データベース化したスペイン語語彙バリエーションの資料をインターネット上で公開した.主に先行研究の文献調査を行い,それと平行して郵送法による継続的なアンケート調査を行った.これにより平成15年度の研究への準備が完了した.近年の先行研究と報告資料を集めた.データベースに加えた.アンケート調査を行った.資料は世界の都市×語形の二次元配列とし,都市のスペイン語の多変量解析を行った.集計32都市の資料を収集した.ロサンジェルス,シカゴ,ダラス,ニューオリンズにおけるスペイン語の言語景観の観察と資料収集を行い,現地の研究者へのヒアリングで観察を補足した.南カリフォルニア大学教授,シルバ・コルバラン氏を東京に招聘し,言語景観の観察資料と面接調査のビデオの検討,および分析の共同作業を行った.コルバラン氏にはロサンジェルススペイン語についての情報をいただき,継続的な研究交流の方法を打ち合わせた.合衆国のスペイン語については,ロサンジェルス,ニューヨーク,マイアミ,シカゴなどの大都市が重要であるが,ロサンジェルスを集中的に調査することにより,他の地点の資料との比較が可能になるので,今回のロサンジェルスその他の現地調査と東京での共同作業は有意義であった.アンケート調査を継続する.資料は世界の都市×語形の二次元配列とし,都市のスペイン語の多変量解析を行った.ロサンジェルスでの語彙調査の分析を「東京スペイン語学研究会」で発表し,同内容をスペイン語にしてスペインの学術誌に投稿した(現在印刷中).研究成果の中間報告書をまとめた.データベース化したスペイン語語彙バリエーションの資料をインターネット上で公開した.(1)平成14年に行ったアメリカ合衆国の諸都市におけるスペイン語の言語景観の観察・調査による資料を整理し,研究を総括した.(2)連合王国バーミンガム大学でのコーパス言語学セミナーに参加し,様々なコーパス研究の方法を比較・相対化した.バーミンガム大学でのコーパス言語学セミナー参加の成果に基づいて,高垣が司会を務めた「第一回言語情報学国際会議」(東京外国語大学)で,上田がGUI環境におけるコーパス分析の方法を発表し,ルイズがWEB辞書作成の方法を発表した.(3)文献調査と郵送法による継続的なアンケート調査を行った.文献は近年の先行研究と報告資料を集めた.アンケート調査は世界の60都市×語形の二次元配列および,都市のスペイン語の多変量解析を継続した.データベース化した現代都市スペイン語の語彙バリエーションの資料をインターネット上で公開した。
準線形偏微分作用素に対するobstacle問題と境界値問題の研究

線形で対称な偏微分方程式に対する様々な解の存在を示すために有用な変分法に対応するものとして、非線形偏微分方程式では、obstacle問題が考えられている。本研究で代表者は、有界領域Dにおいて、Lerray-Lions型の準線形偏微分作用素に対し、与える境界関数として非有界な関数も許す様なobstacle問題の解の存在を証明した。従来は、境界関係としては連続関数しか与えられなかったが、位数1のBessel p-容量を定義する時と同じ方法で、上積分に近い性質を持つ可算劣線形汎関数γ_<1,p>を定義し、この準ノルムをもとにして境界関数からなるバナッハ空間を構成する。このノルムに関しC^1(θD)の閉包をL(γ_<1,p>)で表すと、L(γ_<1,p>)に含まれるどんな境界関数fに対しても境界値fを持つobstacle問題の解の存在が証明された。境界関数空間L(γ_<1,p>)は位数1のBesselポテンシャルG_1^*g(gεL^P)の境界への制限をすべて含むので、連続関数空間よりずっと広がっていることがわかる。この問題の解はソボレフ空間W^<1,p>(D)で求めたので位数1のBessel核G_1を用いたが、もっと高階偏微分作要素に対する問題でW^<m,p>(D)で考えた方が適当な場合には、位数mのBessel核を使えば同様な方法で関数空間L(γ_<m,p>)を構成することができて、必ずしもなめらかでない関数族に対す境界値問題の解法にも有用であると思う。さらに、研究協力者澤島は順序バナッハ空間のLipschits dualsを考えることにより、順序を保存する非線形作用素の固有値問題にある解決を与えた。また、真島は合流型超幾何微分方程式に対してその不確定特異点である無限遠点でのStokes係数を、形式解のBorel変換の接続関係式を求めLaplace変換をして計算し、さらに微分方程式の解析的変換に対する不変量を明確に求めた。
高分散噴霧燃焼法(HDSC法)の提案とその応用技術の開発

1.予混合噴霧流燃焼実験ガスタービン,液体ロケットエンジンや油焚炉では連続的に噴射された液体燃料の噴霧燃焼が行われる.多くの場合において,液体燃料は燃焼に先立ち幾らかの酸化剤と混合される.そして,さらに酸化剤が噴霧火炎外部から供給され拡散燃焼を完結させる。本年度は,このような実用上重要である過濃予混合噴霧流について予混合噴霧の総当量比の影響を調べ,それをもとに希薄予混合噴霧燃焼についての考察も行った.超過濃領域では外部火炎のみを伴なう噴霧燃焼形態が観察され,総当量比を低下させると,連続した内部火炎を伴なう燃焼形態が現れ,さらに総当量比を低下させると分裂性内部火炎を伴なう形態へと遷移した.2.対向流予混合噴霧燃焼実験噴霧の液滴径分布と流れ場のひずみ速度を変化させて実験を行うことができる対向流予混合噴霧燃焼実験装置を用いて,予混合噴霧燃焼の安定燃焼可能条件の把握を行った.燃料には揮発性の低い正デカンを用い,理論混合比から希薄域での予混合噴霧の燃焼を対向流場において行い,噴霧総当量比の影響,微粒化状態の影響について調べた.実験の結果,平均液滴径を小さくして行くと逆火または吹き飛びが生じ,平均液滴径を大きくして行くと吹き飛びが生じることが明らかになり,安定燃焼可能な平均液滴径が存在することが明らかになった.3.早期燃料噴射ディーゼルエンジンの実験ディーゼルエンジンにおいて燃料を通常の噴射始め時期より早期に噴射し,燃焼・排気特性に及ぼす噴射始め時期の影響,燃焼室内予混合噴霧の総当量比の影響について基本特性を調べた.これにより,蒸発により燃焼が律せられる可能性のある条件を明らかにすることができた.1.予混合噴霧流燃焼実験ガスタービン,液体ロケットエンジンや油焚炉では連続的に噴射された液体燃料の噴霧燃焼が行われる。多くの場合において,液体燃料は燃焼に先立ち幾らかの酸化剤と混合される。そして,さらに酸化剤が噴霧火炎外部から供給され拡散燃焼を完結させる。ここではまず,このような実用上重要である過濃予混合噴霧流について系統的な実験が可能なバーナを製作し,燃焼特性の把握を行った。その結果,噴霧流の総当量比と微粒化状態とに依存して異なる二つの燃焼モードが発現することが明らかになった。今後,噴霧流の総当量比を1より小さい希薄側へと拡張することにより、現在一般に用いられている噴霧燃焼から本課題において提案している高分散噴霧燃焼まで系統的な理解を目指す。2.対向流予混合噴霧燃焼実験これまでに開発を行ってきた拡散燃焼用の対向流噴霧燃焼装置を用いて,予混合噴霧を対象とした燃焼装置へと改良を行った。この装置では,噴霧の粒径分布と流れ場のひずみ速度を変化させて実験を行うことができる。本年度は,予混合噴霧を用いた燃焼実験が本装置を用いて可能であることを確認し,対象として用いる液体燃料の選定および搬送気体および対向気体の選定を行った。また,エキサイプレックス法による蒸気相と液相との分離計測を行うための予備実験も実施した。3.LPPガスタービン用噴射弁の噴霧特性実験ガスタービンにおける高分散噴霧燃焼法の応用例である予蒸発予混合(LPP)燃焼ガスタービンについて,その噴射弁により形成される予混合噴霧の特性を位相ドップラー粒子分析計を用いて調べた。計測は予混合管内の噴霧についても行い,噴霧の分散特性の把握を行った。1.予混合噴霧流燃焼実験ガスタービン,液体ロケットエンジンや油焚炉では連続的に噴射された液体燃料の噴霧燃焼が行われる.多くの場合において,液体燃料は燃焼に先立ち幾らかの酸化剤と混合される.そして,さらに酸化剤が噴霧火炎外部から供給され拡散燃焼を完結させる.ここではまず,このような実用上重要である過濃予混合噴霧流について系統的な実験が可能なバーナを製作し,燃焼特性の把握を行った.その結果,噴霧流の総当量比と微粒化状態とに依存して内部火炎あり・なしの異なる二つの燃焼モードが発現することが明らかになった.内部火炎は予混合燃焼的性質を有しており,気相混合気濃度が過濃可燃限界を越えることにより内部火炎なしのモードに移行することがわかった.2.対向流予混合噴霧燃焼実験噴霧の液滴径分布と流れ場のひずみ速度を変化させて実験を行うことができる対向流予混合噴霧燃焼実験装置を用いて,予混合噴霧燃焼の基本特性の把握を行った.燃料には揮発性の低い正デカンを用い,理論混合比から希薄域での予混合噴霧の燃焼を対向流場において行い,噴霧総当量比の影響,微粒化状態の影響について調べた.3.早期燃料噴射ディーゼルエンジンの実験ディーゼルエンジンにおいて燃料を通常の噴射始め時期より早期に噴射し,燃焼・排気特性に及ぼす噴射始め時期の影響,燃焼室内予混合噴霧の総当量比の影響について基本特性を調べた.4.LPPガスタービン用噴射弁の噴霧特性実験ガスタービンにおける高分散噴霧燃焼法の応用例である予蒸発予混合(LPP)燃焼ガスタービンについて,その噴射弁により形成される予混合噴霧の特性を位相ドップラー粒子分析計を用いて調べた.計測は予混合管内の噴霧についても行い,噴霧の分散特性の把握を昨年度から継続して行った.

1.予混合噴霧流燃焼実験ガスタービン,液体ロケットエンジンや油焚炉では連続的に噴射された液体燃料の噴霧燃焼が行われる.多くの場合において,液体燃料は燃焼に先立ち幾らかの酸化剤と混合される.そして,さらに酸化剤が噴霧火炎外部から供給され拡散燃焼を完結させる。本年度は,このような実用上重要である過濃予混合噴霧流について予混合噴霧の総当量比の影響を調べ,それをもとに希薄予混合噴霧燃焼についての考察も行った.超過濃領域では外部火炎のみを伴なう噴霧燃焼形態が観察され,総当量比を低下させると,連続した内部火炎を伴なう燃焼形態が現れ,さらに総当量比を低下させると分裂性内部火炎を伴なう形態へと遷移した.2.対向流予混合噴霧燃焼実験噴霧の液滴径分布と流れ場のひずみ速度を変化させて実験を行うことができる対向流予混合噴霧燃焼実験装置を用いて,予混合噴霧燃焼の安定燃焼可能条件の把握を行った.燃料には揮発性の低い正デカンを用い,理論混合比から希薄域での予混合噴霧の燃焼を対向流場において行い,噴霧総当量比の影響,微粒化状態の影響について調べた.実験の結果,平均液滴径を小さくして行くと逆火または吹き飛びが生じ,平均液滴径を大きくして行くと吹き飛びが生じることが明らかになり,安定燃焼可能な平均液滴径が存在することが明らかになった.3.早期燃料噴射ディーゼルエンジンの実験ディーゼルエンジンにおいて燃料を通常の噴射始め時期より早期に噴射し,燃焼・排気特性に及ぼす噴射始め時期の影響,燃焼室内予混合噴霧の総当量比の影響について基本特性を調べた.これにより,蒸発により燃焼が律せられる可能性のある条件を明らかにすることができた.
In系窒化物混晶半導体材料に関する結晶成長基盤技術の高度化

In組成の高いIn系窒化物半導体材料に焦点を当て、高品質結晶形成や表面バンド構造制御を含めた結晶成長技術の高度化を図った。これまでの結晶成長技術を駆使してpn-InGaN LEDを製作した。このLEDでの問題点を踏まえ、結晶成長中の新しいその場観察(モニタリング)技術の導入し成長機構を理解した。また、組成に対してユニバーサルな新しいバッファ層製作技術の開拓を行った。その他、製作した全In組成域にわたるInGaNを対象とした物性評価を含めた包括的な研究を行った。本研究では、高品質In系窒化物混晶半導体結晶を再現性良く得るための結晶成長メカニズムの解明および制御を行い、結晶成長基盤技術の高度化を図ることを研究目的としている。具体的な目標として、申請者が確立した分子線エピタキシー(MBE)法を用いた再現性の高い高品質InN結晶成長手法(DERI法)を主として用い、長波長系光デバイス構造製作に必須となる高In組成InGaN(In組成20%以上)材料に対する高品質InGaN成長技術の確立、p型ドーピング制御技術の確立、及び、表面バンド構造制御技術の確立を掲げている。今年度は、In組成20%の高品質InGaN結晶製作に焦点を当てて研究を行った。DERI成長モードでは、成長時に結晶表面に溜まる過剰原子を膜中にうまく取り込ませることを特徴としているが、過剰原子の取り込み過程に加えて、脱離過程を加味しながらInGaN薄膜の成長高温化を図った。従来に比べた高温成長においても、反射高速電子線回折(RHEED)によるその場観察技術を活かすことにより、DERI特有の成長モードによる結晶製作は可能であり、結晶表面の平坦性は保ちつつ相分離のないInGaN結晶の製作に成功した。また、p型InGaN薄膜の製作も行い、GaNテンプレート上へのpn-InGaN(In組成20 %程度)構造の製作に成功した。pn-InGaNのLED構造からは、リーク電流は多いものの、波長500 nm付近からの明瞭な青緑色発光を確認した。また、InNおよび高In組成InGaN結晶表面に存在すると考えられる表面バンドベンディングの評価手法として、角度分解X線光電子分光(AR-XPS)法の有効性についての検証も行った。昨年度は、同結晶成長技術にて製作したpn-InGaN薄膜を用いて、LED構造の試作を行った。その結果、リーク電流は多いものの波長500 nm付近からの明瞭な青緑色発光を確認した。同LEDは、文部科学省「ナノテクノロジープラットフォーム」を活用して、物質・材料研究機構において製作を行った。今年度は、InGaN厚膜化による転位低減および結晶高品質化、また、同高品質厚膜InGaN下地層上へのpn接合構造の形成を行った。残念ながらMBEの装置状態が思わしくなく再現性ある結晶成長が行えず、結果、デバイス特性の下地層厚さ依存性を確認するまでには至らなかった。一方で、並行して、研究室内において、LEDデバイスプロセス(フォトリソグラフィー・ICPエッチング・電極形成)が行えるように準備を進めた。ICPエッチング装置を用いたエッチングでは、GaNとInNのエッチングを行い、同条件下でエッチングを行っても両者にエッチング速度の違いが生じること、エッチング時の基板温度依存性でも両者に大きな違いがあることを確認した。また、表面バンド構造の制御を目的として、ミストCVD法による酸化物成長(Ga2O3、In2O3、およびその混晶等)を行った。これまでの研究において、p-InGaN/n-InGaNの結晶成長の実現とpn-InGaNホモエピタキシャル構造を用いたLEDの試作を行ってきたが、同LED素子におけるリーク電流の多さが顕著であった。今年度は、この問題点をふまえ、また、結晶成長基盤技術の更なる高度化に向け、特にヘテロエピタキシャル成長時の初期成長過程の制御手法(特に結晶緩和過程制御の問題)と高品位結晶実現のための成長方法を探るべく、Spring-8にある結晶成長中のその場X線回折が行えるMBE装置を用いた実験を実施した。GaN下地層上InGaN成長時のその場逆格子マッピング測定を通して、各成長時間(薄膜堆積量)におけるInGaN膜へのIn取り込み量とInGaN膜の緩和率を独立して求めることに成功した。また、その結果からInGaNは歪みの影響をうけ初期成長時にはInがInGaN結晶膜内に入りにくい現象を確認した。さらに、下地条件を変えることにより、その現象に変化が生じることも確認した。これにより、RHEEDを用いたその場観察技術では評価できなかった新しい知見を得ることのできるその場X線回折法の有効性を示すことができた。

結晶成長中のRHEED、X線回折法を用いることにより、格子不整合率の大きなIn系窒化物半導体材料におけるヘテロエピタキシャル成長時の理想的な初期成長過程制御技術の確立とそれに伴う高品位結晶実現のための成長方法の確立が期待できる。昨年度、結晶成長については十分な成果を残すことができなかったが、現在の結晶成長の問題点を把握し、その問題点を解決するための新しい結晶成長その場評価法としてその場X線回折法に着目し、同実験を実施できるSpring-8のMBE装置を用いて実験を行った。これまでの成長基盤技術(DERI法)を活用することにより、結晶成長装置の違いに寄らず容易に結晶成長を実現し、また上記「研究実績の概要」に記載の通りの成果をあげることができた。以上のように、今年度は、MBE結晶成長に新たなその場観察手法をとりいれ、その有効性を示すことができたため、全体の達成度として、おおむね順調に進んでいると判断する。本研究では、高品質In系窒化物混晶半導体結晶を再現性良く得るための結晶成長メカニズムの解明および制御を行い、結晶成長基盤技術の高度化を図ることを研究目的としている。昨年度、ヘテロエピタキシャル成長時の初期成長過程の制御手法(特に結晶緩和過程制御の問題)と高品位結晶実現のための成長方法を探るべく、Spring-8にある結晶成長中のその場X線回折が行えるMBE装置を用いた実験を実施した。今年度は、引き続きその場X線回折が行えるMBE装置を用い、ヘテロエピタキシャル成長時の初期成長過程の解明に関する実験をより包括的に実施した。下地層にGaNとInNを用いてInGaN成長を行うことにより、InGaNは異なる歪み条件下で成長することになる。この異なる歪み条件下でのInGaN成長時、InGaNのIn取り込み過程と緩和過程には明瞭な違いが観察された。InGaNの取り込み過程の違いはInGaNの成長速度の違いにも反映されており、成長中の成長速度の変遷を通して、歪み場におけるInGaNの成長メカニズムを明らかにすることができた。さらに、成長温度を変えることにより、InGaN成長中のIn取り込み過程とともに脱離過程を観測することにも成功した。これらの結果は、汎用装置を用いたその場観察成長だけでは得られなかった結果である。新しいその場観察手法を取り入れた実験を実施することにより、結晶成長メカニズムの解明とそれに伴う結晶成長基盤技術の高度化を図ることができたと結論づける。In組成の高いIn系窒化物半導体材料に焦点を当て、高品質結晶形成や表面バンド構造制御を含めた結晶成長技術の高度化を図った。これまでの結晶成長技術を駆使してpn-InGaN LEDを製作した。このLEDでの問題点を踏まえ、結晶成長中の新しいその場観察(モニタリング)技術の導入し成長機構を理解した。また、組成に対してユニバーサルな新しいバッファ層製作技術の開拓を行った。その他、製作した全In組成域にわたるInGaNを対象とした物性評価を含めた包括的な研究を行った。昨年度、結晶表面の平坦性は保ちつつ相分離のないInGaN結晶の製作に成功し、当初検討課題には設定していなかったpn-InGaNのLED構造の製作と評価についても実施することができた。今年度は、その結果を活用し、DERI法を用いて厚膜のInGaN下地層の成長、および同層上へのpn接合構造の形成を行った。
農業土木構造物の耐震信頼性設計に関する研究

本研究では農業土木構造物の耐震設計に関して、次の2項目の成果を得ることができた。1.砂質材料で構築された盛土の液状化に対する信頼性設計動的土質定数の変動性と地震動の確率特性を考慮した液状化確率の算定を行っている。液状化の簡易な判定法としては、N値の分布に基づく簡易法がよく用いられる。この方法によると動的せん断強度比RがN値、平均粒径D_<50>、細粒分含有率F_Cなどの簡易なパラメータによって決定される。ところが、これらの土質定数は、空間的に大きく変動しており、統計モデル化が必要とされる。本研究では、第一に、この適切な統計モデルの決定法に関する考察を行った。次に、地震時せん断応力比に関しては、地震時の最大加速度を決定する必要がある。そこで、主な歴史地震を調べることにより、地震の年最大加速度の統計モデルを決定した。最終的に、これらの統計量にモンテカルロシミュレーション法を適用することにより、液状化確率を求めた。それに加えて、地盤がサンドコンパクションパイルによって改良される場合の最適設計について考察を行った。期待総費用最小化の理論を用いることにより、最適な砂置換率とその場合の液状化確率を決定している。その結果、最大水平速度150gal、200galの地震を想定した場合と地震の確率特性を考慮した場合の最適地盤改良計画、すなわち最適な砂置換率を決定することができた。2.淡路島におけるため池被害に関する因子分析兵庫県南部地震により、淡路島では多くのため池が被害を被った。研究グループは、淡路島の被害ため池の調査を実施した。その結果に基づき、被害率とため池の震源からの距離および震源と堤軸の法線のなす角、堤体の築堤年代、堤体材料、地質特性等との相関分析を数量化II類を用いて行った。解析の結果、各要因が被害率に与える影響の度合いが明らかにされた。地盤の液状化破壊確率や,地震時の変位の変動性を評価する耐震信頼性解析手法の開発を行っている。今年度は,解析対象を干拓地軟弱地盤に絞り,対象地区における多数の既存の土質調査結果から,液状化に関する安定性を明らかにした。1.動的せん断強度比Rに関して,振動三軸試験結果から求めたものと,N値,D_<50>,細微分含有率F_cから簡易的に求めたのを比較した。これから,簡易的に求めたRを振動三軸のRに変換する式を作成した。次いで,N値,D_<50>,細粒分含有率F_cの空間分布特性を明らかにした。これから,これらの定数の統計モデル化を行った。ここで,簡易法ではN値等の多数のデータが得られるため,動的せん断強度比の空間分布を容易に明らかにできる。また,振動三軸で得られたRは簡易法のそれより厳密である。したがって本研究では,両方の長所を生かすため,上述のRの変換式を用いることにより,簡易法から,振動三軸に対応するように変換されたRを動的せん断強度比として採用した。2.歴史地震の資料をまとめることにより,岡山における地震の発生確率を明らかにした。すなわち,年最大加速度の確率分布モデルを作成した。3.道路橋示方書における液状化安全率の計算式を基本とし,これにモンテカルロシミュレーション法を導入することにより,液状化発生率を計算する手法を開発した。ここでは,1.で示した土質定数の変動性と地震の最大加速度が確率変数として取り扱われる。

4.ある年における干拓堤防の液状化発生確率と,特定期間(50年,100年)における液状化確率を明らかにした。また,兵庫県南部地震による岡山での最大加速度を確定値として与え,これによる液状化確率を求めた。地盤の液状化破壊確率や,地震時の変位の変動性を評価する耐震信頼性解析手法の開発を行っている。今年度は,平成6年度に続いて,N値の空間分布モデルのさらに詳細な地盤の三次元統計モデルの構築をしつつある。これには地盤統計学の手法を導入している。特に,今年度は,クリッギングという手法を利用したモデル化を行っている。地盤の平均粒径や細粒分含有率に関しても同様のモデル化を行うことにより,地盤,特にここでは干拓堤防の液状化強度を三次元的に表現しする手法を開発しつつある。これによって液状化を起こしやすい領域を特定し,液状化確率によって堤体の安定性を評価しようとしている。現段階では,地震発生の確率特性や,地盤物性値の不確定性を多次元的に考慮できる簡便な解析法が完成しつつあるところである。今年度は解析対象を,干拓堤防のみならず,阪神大震災で崩壊したため池にも広げている。震源からの距離,堤軸の方向などを変量と考え,多変量解析によって,震災時のため池の崩壊原因を統計的に特定しようと試みた。それらの統計解析に加え,平成7年度は,液状化強度の変動性の原因を本質的に捉えるべく,非排水繰り返し三軸試験を実行した。とくに,実験材料としては,液状化によって崩壊したと考えられるため池から採取した噴砂を用いた。これと共に,現地においてスウェーデン式サウンディングを実施した。最終的に,これから求められる液状化強度と三軸試験の結果を比較することにより,現場試験による液状化強度の精度について検討することができた。今年度は、次の二種類の研究を実施している。1.砂質材料で構築された盛土の液状化に対する信頼性設計動的土質定数の変動性と地震動の確率特性を考慮した液状化確率の算定を行っている。液状化の簡易な判定法としては、N値の分布に基づく簡易法がよく用いられる。この方法によると動的せん断強度比RがN値、平均粒径D_<50>、細粒分含有率F_Cなどの簡易パラメータによって決定される。特定の最大加速度を仮定することにより、地震時せん断応力比Lが決定され、液状化安全率F_Lを決定することができる。本報告においても基本的にこの方法にしたがい、砂質材料で構築された堤防の液状化に対する安定性を検討した。地震時せん断応力比に関しては、地震時の最大加速度を決定する必要がある。そこで、第一に、主な歴史地震を調べることにより、地震の年最大加速度分布の統計モデルを決定している。最終的に、これらの統計量にモンテカルロシミュレーション法を適用することにより液状化確率を求めている。それに加えて今年度は、地盤がサンドコンパクションパイルによって改良される場合の最適設計について考察を行った。総費用最小化の理論を用いることにより、最適な砂置換率とその場合の液状化確率を決定している。その結果、最大水平加速度150gal、200galの地震を想定した場合と地震の確率特性を考慮した場合の最適地盤改良計画、すなわち最適な砂置換率を決定することができた。2.淡路島におけるため池被害に関する因子分析兵庫県南部地震により、淡路島ではため池が多くの被害を被った。
フェムト秒超短パルス電子ビームが拓く電子線結晶学の新展開

1)電子線パルスの輝度を向上するために、パルスの繰返し周波数が1kHzの相対論的フェムト秒電子線パルスを発生可能な1.4セルレーザーフォトカソード高周波(RF)電子銃を新たに構造設計し、製作した。このパルス繰返し周波数は、加速空洞の冷却機構の改善、空洞形状の最適化による表面電界の低減により達成でき、常伝導RF電子銃においては最高の値となる。この電子銃を用いて発生した電子ビームの輝度が今までの電子源より2桁に向上でき、目標の空間分解能の実現を期待できる。2)大阪大学超高圧電子顕微鏡センターから移設した超高圧電子顕微鏡用のレンズに非点収差補正用Stigmatorコイルを実装し、絞りや試料挿入機構の改良、新しい真空排気システムの設計・製作を行い、新たなフェムト秒時間分解電子顕微鏡レンズ系を完成した。これを通して、RF電子銃から発生したエネルギーが3MeV、パルス幅が100fsの電子線パルスを用いた金ナノ粒子のTEM像の観察に成功した。3)CsI(Tl)シンチレーション検出器と高速CMOSカメラを用いた相対論的エネルギー電子用の高感度顕微鏡像記録システムを構築した。この記録システムを用いて、相対論的フェムト秒電子線パルスによる金属、半導体、酸化物結晶等の電子回折図形の観察を行い、リゾチーム蛋白質結晶の電子回折図形の撮影も試みた。金やシリコン等の単結晶の観察では、十分明瞭な回折パターンを得ることができ、単一のフェムト秒電子線パルスを利用したシングルショット電子回折の測定に成功した。また、構造ダイナミクスを観察するため、ポンプ・プローブ測定法によるフェムト秒時間分解電子回折図形の記録システムを構築した。1)完成した相対論的フェムト秒時間分解電子顕微鏡レンズ系である。これは、本研究の目的である「超高速電子顕微鏡」の実現に最も重要な技術を確立したことである。今後、電子線パルスの輝度を向上すれば、目標の時空間分解能を達成可能である。2)初めてのフェムト秒電子線パルスを用いた蛋白質結晶の電子回折図形観察の試みである。これにより、長年の問題である「電子線照射による損傷や変性」の影響を回避でき、損傷が起きる前に構造解析に必要な電子回折図形を撮影する技術「フェムト秒電子線結晶構造解析法」を実現できる見込みである。1)フォトカソードにレーザーを集光させ、カソードでの電子ビームサイズを縮小し、エミッタンスを低減させると共に、RF電子銃に高繰返しの運転を実現する。これにより、フェムト秒超短パルス電子ビームの輝度を増強させ、フェムト秒時間分解電子顕微鏡レンズ系と高感度検出器を利用して、電子顕微鏡像の倍率を10,000倍以上に向上させる。2)フェムト秒時間分解構造ダイナミクス測定を通して、光誘起による構造相転移、放射線照射による損傷のメカニズム等の現象を測定し、フェムト秒電子線パルスを用いた新たな結晶構造解析法の確立と新展開を目指す。1)まず、電子線パルスのエミッタンスと照射するレーザーのスポットサイズとRF空洞の加速位相の依存性を実験的に明らかにした。これにより、現在使用しているRF電子銃を高度化し、ビームの精密制御により今まで最高輝度の2×10^10 e-/mm^2mrad^2の相対論的フェムト秒電子線パルスの発生に成功した。次に、低エネルギー分散、高繰返し化可能な新しい1.4セルRF電子銃を設計した。新型RF電子銃では丸型加速空洞と楕円型アイリスを設計し、従来の1.6セルに比べて加速空洞の表面電界を20%に低減させ、実効的な加速電場を2倍に向上する事ができた。電子線パルス発生のシミュレーションでは、エネルギー分散は30%以下に低減できることが分かった。2)市販電子顕微鏡に使用されるGd2O2S:Tb3+(P43)発光材質との性能を比較しながら、今まで使用したTlをドープしたCsIシンチレータを最適化し、高感度で相対論的フェムト秒超短パルス電子線検出器を開発した。この検出器とRF電子銃から発生した高輝度電子線パルスを用いて、フェムト秒時間分解構造変化測定を適した「フェムト秒電子線結晶構造解析法」を開発した。実証実験では、単一電子線パルス(シングルショット)による金と合成フッ素マイカ単結晶の電子回折図形の観測に成功し、タンパク質や生体超分子複合体の結晶構造解析可能な0.02 A^(-1)の高空間分解能を実現した。3)TEM像の倍率と空間分解能を向上するため、大阪大学超高圧電子顕微鏡センターに設置された2MV超高圧電子顕微鏡用のレンズ系を移設し、超高速電子顕微鏡の電子レンズ系をアップグレードした。来年度にこのレンズ系を活用し、更に、超短パルス電子線入射系(コンデンサレンズ内)と対物レンズ内に2組の四極子レンズを組み合わせたStigmator補正装置を各1台製作し、非点収差の補正を行う予定である。1)2 ×10^10 e-/mm^2 mrad^2の高輝度の相対論的フェムト秒電子線パルスの発生に成功し、電子線回折測定モードではタンパク質や生体超分子複合体の結晶構造解析可能な0.02 A^(-1)の高空間分解能を実現した。2)超高速電子顕微鏡電子レンズ系のアップグレードである。これにより、電子顕微鏡像観察モードでの開発目標とした10 nmより高空間分解能を実現できる見込みである。

1)電子線パルスの輝度を向上するために、パルスの繰返し周波数が1kHzの相対論的フェムト秒電子線パルスを発生可能な1.4セルレーザーフォトカソード高周波(RF)電子銃を新たに構造設計し、製作した。このパルス繰返し周波数は、加速空洞の冷却機構の改善、空洞形状の最適化による表面電界の低減により達成でき、常伝導RF電子銃においては最高の値となる。この電子銃を用いて発生した電子ビームの輝度が今までの電子源より2桁に向上でき、目標の空間分解能の実現を期待できる。2)大阪大学超高圧電子顕微鏡センターから移設した超高圧電子顕微鏡用のレンズに非点収差補正用Stigmatorコイルを実装し、絞りや試料挿入機構の改良、新しい真空排気システムの設計・製作を行い、新たなフェムト秒時間分解電子顕微鏡レンズ系を完成した。これを通して、RF電子銃から発生したエネルギーが3MeV、パルス幅が100fsの電子線パルスを用いた金ナノ粒子のTEM像の観察に成功した。3)CsI(Tl)シンチレーション検出器と高速CMOSカメラを用いた相対論的エネルギー電子用の高感度顕微鏡像記録システムを構築した。この記録システムを用いて、相対論的フェムト秒電子線パルスによる金属、半導体、酸化物結晶等の電子回折図形の観察を行い、リゾチーム蛋白質結晶の電子回折図形の撮影も試みた。金やシリコン等の単結晶の観察では、十分明瞭な回折パターンを得ることができ、単一のフェムト秒電子線パルスを利用したシングルショット電子回折の測定に成功した。また、構造ダイナミクスを観察するため、ポンプ・プローブ測定法によるフェムト秒時間分解電子回折図形の記録システムを構築した。1)完成した相対論的フェムト秒時間分解電子顕微鏡レンズ系である。これは、本研究の目的である「超高速電子顕微鏡」の実現に最も重要な技術を確立したことである。今後、電子線パルスの輝度を向上すれば、目標の時空間分解能を達成可能である。2)初めてのフェムト秒電子線パルスを用いた蛋白質結晶の電子回折図形観察の試みである。これにより、長年の問題である「電子線照射による損傷や変性」の影響を回避でき、損傷が起きる前に構造解析に必要な電子回折図形を撮影する技術「フェムト秒電子線結晶構造解析法」を実現できる見込みである。1)電子入射系(コンデンサレンズ内)と対物レンズ内に2組の四極子レンズを組み合わせたStigmator補正装置を各1台製作し、非点収差を補正する。高輝度の電子線パルスと高感度検出器を利用し、倍率を10,000倍以上に向上させる。2)フェムト秒時間分解構造ダイナミクス測定システムを構築し、生体分子の「放射線損傷」メカニズムの研究を行い、損傷の影響を回避できる新しい結晶構造解析法の確立と、生物構造学の新展開を目指す。1)フォトカソードにレーザーを集光させ、カソードでの電子ビームサイズを縮小し、エミッタンスを低減させると共に、RF電子銃に高繰返しの運転を実現する。これにより、フェムト秒超短パルス電子ビームの輝度を増強させ、フェムト秒時間分解電子顕微鏡レンズ系と高感度検出器を利用して、電子顕微鏡像の倍率を10,000倍以上に向上させる。2)フェムト秒時間分解構造ダイナミクス測定を通して、光誘起による構造相転移、放射線照射による損傷のメカニズム等の現象を測定し、フェムト秒電子線パルスを用いた新たな結晶構造解析法の確立と新展開を目指す。
急性期筋萎縮時の脂質メディエーター網羅的解析とその制御

近年、急性の重症病態回復後に認められる筋力低下intensive care unit acquired muscle weaknessに対する骨格筋異化を抑制する介入の必要性が検討されている。急性炎症下では、自発的な運動は困難であり、薬物と栄養投与による筋萎縮予防が重要である。本研究では、骨格筋の脂質メディエーターを網羅的に解析し、急性炎症下骨格筋萎縮への関与を明らかにすることを目的としている。また、抗炎症作用を有するトリブチリン経口投与による筋萎縮抑制も明らかにする。本年度は、急性筋萎縮モデルラットにおける骨格筋からの脂質メディエーター産生を網羅的に解析した。エンドトキシン(LPS)投与後0, 6, 24時間後に速筋の長趾伸筋と遅筋のヒラメ筋を採取し骨格筋内の脂質メディエーターとリン脂質の遊離脂肪酸をLC-MS/MS、GC-MS法で測定した。LPS投与前にはヒラメ筋で脂質メディエーター濃度が全体的に高く、特にアラキドン酸由来炎症性脂質メディエーターであるPGE2、PGF2α、エイコサペンタエン酸由来抗炎症性脂質メディエーターであるレゾルビン(Rv) E3は有意に高濃度であった。また、炎症収束性代謝物のRvD5とプロテクチンD1はヒラメ筋のみで測定可能であった。LPS投与後には、いずれの筋でもPGE2が増加しており、筋萎縮への関与が示唆される。また、いずれの遊離脂肪酸も、ヒラメ筋のほうが数倍高濃度であった。本結果から、骨格筋中の脂質メディエーター解析が、侵襲下の急性期筋萎縮にとどまらず、多様な慢性病変や運動時などの広範な筋萎縮の病態や予防・治療法への発展が想定される。本年度はエンドトキシン投与による骨格筋由来の脂質メディエーター産生を網羅的に測定・解析することができた。来年度はトリブチリンによるエンドトキシン誘発筋萎縮抑制に脂質メディエーターが関与するか否かを明らかにするため、トリブチリン投与後の骨格筋由来脂質メディエーターを測定し、解析を行う。急性炎症下では、運動は不可能であり、薬物と栄養投与による筋萎縮予防が重要である。また、抗炎症作用を有するトリブチリン経口投与による筋萎縮抑制効果も明らかにする。なお、トリブチリンは酪酸のprodrugである。本年度は、急性筋萎縮モデルラットを確立し、トリブチリンによる筋萎縮抑制効果を明らかにした。エンドトキシン投与後6時間で筋萎縮に関連するユビキチンリガーゼであるatrogin-1とMuRF1のmRNA発現は増加しており、エンドトキシン血症の早期から筋萎縮が生じることが明らかになった。また24時間後にはオートファジーに関連するBnip3 mRNA発現も増加し、筋横断面積の減少が認められた。この効果は遅筋のヒラメ筋と比較して速筋の長趾伸筋で効果が著しく、筋線維タイプによる代謝動態が異なることも明らかになった。トリブチリン経口投与はエンドトキシン投与によるatrogin-1、MuRF1、Bnip3 mRNA発現増加を抑制し、筋横断面積の減少をトリブチリン経口投与により軽減するという結果も得た。トリブチリンは食品成分であるため、安全に、しかも日常的に摂取することができる。日常的な酪酸摂取による認知症進行予防が最近になって報告されており、サルコペニアを介する各種病態での予後改善にも作用しうると考えられ、幅広い臨床応用への波及効果が期待できる。本年度はエンドトキシン投与による急性筋萎縮モデルラットを確立し、研究目的の一つであるトリブチリンの筋萎縮抑制効果を明らかにすることができた。

本年度はエンドトキシン投与による骨格筋由来の脂質メディエーター産生を網羅的に測定・解析することができた。来年度以降は本研究の大きな目的としている筋萎縮への脂質メディエーターの関与を明らかにするため、網羅的な脂質メディエーター測定・解析を行う。来年度はトリブチリンによるエンドトキシン誘発筋萎縮抑制に脂質メディエーターが関与するか否かを明らかにするため、トリブチリン投与後の骨格筋由来脂質メディエーターを測定し、解析を行う。理由:当該計画予定よりも急性筋萎縮モデルラットに対するトリブチリン経口投与効果の検討が順調に進んだため。使用計画:筋萎縮への脂質メディエーター関与を明らかにするための網羅的な脂質メディエーター測定には多くの経費が必要であると考えられるので、その測定のために使用する。理由:当該計画予定よりも急性筋萎縮モデルラットに対する脂質メディエーター測定が順調に進んだため使用計画:トリブチリン投与後の網羅的な脂質メディエーター測定には多くの経費が必要であると考えられるので、その測定のために使用する。
ワイドギャップ半導体SiCへの新しい青色発光中心の添加と発光過程の解明

本研究では、SiC単結晶に新しい青色発光中心を添加して、その発光過程の解明を行う、青色発光の効率向上を目指した基礎データを得た。以下に本研究で得られた主な結果をまとめる。1.SiC結晶への発光中心のド-ピング(1)SiC{001}面から数度のオフアングルを有する基板を用いることによって、CVD法による高品質SiCのホモエピタキシャル成長に成功した。(2)CVD成長中に、発光中心となる原子(Ga、Ti)を含む有機金属や塩化物を添加することにより、制御性の高いド-ピング技術を確立した。(3)発光中心原子の成長層中への取り込み効率は基板面極性に強く依存し、SiC(0001)Si面上の方が、(0001)C面より12桁程度取り込み効率が高い。したがって、10^<18>cm^<-3>程度のド-ピングを行うためには、Si面を用いるのが有効である。2.発光スペクトルの分析と発光過程の解明(1)N、およびGaをドープしたSiCのフォトルミネセンス分析から、Gaが深いアクセプタとして働き、10100Kの低温で強いD-A(NドナーGaアクセプタ)ペア発光を示すことを明らかにした。発光スペクトルのピーク位置は2.9eV(430nm)付近であり、Gaは紫青色の発光中心として有望である。(2)Gaドープ成長層のフォトルミネセンスは、100K以上の高温でD-Aペア発光から自由電子-アクセプタ発光の過程に遷移する。このスペクトルの分析から、Gaアクセプタの準位が267meVであることを明らかにした。(3)Tiドープ成長層は2.79eV(444nm)に零フォノンピークを持つ青色フォトルミネセンスを示す。このピークの温度依存性、励起強度依存性、時間分解分析によって、TiがSiC中で等電子トラップとして作用することを示した。また、励起子の束縛エネルギーが475meVと大きいことが判明した。今後は、発光デバイスの製作や、他の材料とのヘテロ接合の活用が必要である。
STMによるCVDダイヤモンドのin-situ核生成制御

ダイヤモンドの気相合成研究は世界的に盛んに進められているが、核生成過程の機構・制御法に関しては不明な点が未だ多く残されている。本研究では、ナノスケールでの分析・加工機能を持つSTM(走査型トンネル顕微鏡)を用い、核生成をin-situ制御することを目的とする。このため、核同定・核生成サイト形成を試み、以下の成果を得ている。1)ダイヤモンド核の同定の試みトンネル電流(I)-電圧(V)特性、トンネル電流-探針・試料間距離(s)特性測定によるダイヤモンド核の同定を試みた。熱フィラメント法によりHOPG(高配向熱分解グラファイト)基板上に作製したダイヤモンド微粒子を測定試料とした。得られたI-V、I-s特性は、粒径250nm程度の堆積物ではダイヤモンド的特性を示したが、20nm程度の堆積物では、グラファイト的特性を示した。現段階では、この結果が表面伝導層の影響によるものか、観察粒子が非ダイヤモンド粒であるためかは確認されていない。同一粒子の成長過程におけるI-V、I-s特性変化の追跡が今後必要と考えられる。また、I-V測定後の像観察では堆積物の損傷が見られたため、I-s測定の方が核同定手法としては有利であると考えられる。2)基板表面へのダイヤモンド核の生成サイトの形成の試み現有の装置のCVD部、STM部間の移動機構に対する高精密移動ステージの改良により、STMの視野範囲である2μの精度で位置再現が可能となった。これによりナノオーダーでの表面加工-堆積-観察が可能となった。次に、STM微細加工により40nmの穴をHOPG基板上に形成した後、ダイヤモンドCVDを行った。CVD後のSTM観察では、水素エッチングにより400nm程度に拡大した穴のエッヂに10nm程度の堆積物が観察された。これらの粒子の同定は現在進行中であるが、この結果は、基板表面に特異なサイトを導入することにより堆積物の生成を制御し得ることを示唆すると考えられる。