液相法によるGeSiバルク混晶の成長と熱電変換デバイスへの応用

1993 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 05650295
• Research Institution: Shizuoka University
• Principal Investigator: 助川 徳三 静岡大学, 電子工学研究所, 教授 (30006225)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 田中 昭 静岡大学, 電子工学研究所, 助教授 (50022265)
• Keywords: ゲルマニウム-シリコン混晶 / バルク混晶 / 液相成長 / 熱電変換

Research Abstract

本申請者らが開発した新液相成長技術によるGeSiバルク混晶を高効率の熱電変換素子に応用することを目的として研究を進めている。本年度は熱電変換素子用材料としてのGeSi混晶の成長、不純物添加による電気的物性の制御等、その基礎技術の確立を目標とした。
1)成長用金属溶媒について:溶媒金属にSnを用い、910℃において10-20℃のyo-yo温度サイクルで成長実験をおこなった。その結果、厚さ1mm近い良好なGeSi混晶層が得られた。混晶組成は成長溶液中のGeとSiの比率を変えることによって任意組成の混晶を成長させることができるようになった。
2)成長装置の改良について:制御性の良い成長と不純物添加をおこなうために、成長環境の高純度化と成長用石英反応管およびカーボンボートの改良を図った。具体的には反応管の直前に水素精製装置を設置し、超高純度水素ガスが成長雰囲気として供給できるようにした。さらにyo-yo成長に不可欠な基板の水平配置が確保できるようにすることによって、成長層厚み等の制御性が格段に向上した。
3)不純物添加について:熱電材料に必要な電気的特性を実現する第一歩として、n型混晶の成長を検討した。溶媒金属としてInを用いた成長実験をおこない、ホール効果によって調べた結果、成長層はn型であり、電子濃度が10^<17>cm^<-3>であることがわかった。また、Ga添加のIn溶媒による成長実験によってp型混晶の成長を確認できた。
4)成長混晶の結晶性について:X線回折からは不純物添加の成長混晶もアンドープ成長層と同様の結晶性であり、不純物添加による劣化は起こさないことがわかった。
これらの知見をもとに、不純物添加の制御、および熱伝特性の測定実験の準備が進行中である。