電子/光学デバイス用バルク単結晶の高品位化に関する材料力学的研究

1995 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 06452152
• Research Institution: KYUSHU UNIVERSITY
• Principal Investigator: 宮崎 則幸 九州大学, 工学部, 教授 (10166150)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 池田 徹 九州大学, 工学部, 助手 (40243894)
• Keywords: 電子 / 光学デバイス / 単結晶 / CZ法 / 転位密度 / 熱応力 / 有限要素法 / Haasen-Suminoモデル / 結晶品質

Research Abstract

1.Si、GaAs、InPバルク単結晶を対象として、Haasen-Suminoモデルを用いることによりCZ育成過程中の転位密度を定量的にシミュレーションする解析コードを開発した。これを用いた解析から得られた成果は下記の通りである。(1)転位増殖速度は、GaAs、InP、Siの順で速く、Siの場合でさえ数秒以下で転位密度は定常状態に達し、InPではこれよりも2桁、またGaAsでは3桁くらい速いというように非常に速い転位増殖速度を持つ。(2)InP、GaAsの方がSiよりも定常状態で大きな転位密度を与える。(3)単結晶育成過程の連続的解析より、単結晶体の直径方向の転位密度分布に関して、実際の引き上げ単結晶で見られるW型の分布が得られ、本シミュレーションプログラムの有用性が実証された。
2.LiNbO_3(LN)単結晶育成過程の熱応力と単結晶品質との関連に関する研究から得られた成果は下記の通りである。(1)c軸引き上げの方がa軸引き上げよりも最大熱応力は低く、c軸引き上げの方がa軸引き上げよりも割れにくいという経験的事実を裏づける結果が得られた。(2)a軸引き上げの方がc軸引き上げよりも結晶内部に熱応力が低い領域が広く分布している。このことは、a軸引き上げの方がc軸引き上げよりも高品質な単結晶が得られること示唆している。a軸引き上げ単結晶とc軸引き上げ単結晶についてX線トポグラフィーにより結晶の品質を調べた。この結果、a軸引き上げにより、サブグレインが少ない高品質単結晶が得られることが初めて実証され、高品質単結晶育成技術に対する熱応力解析の有用性を示すことができた。(3)LN単結晶体の熱応力起因で生じる割れは、へき開面で生じ、割れはこの面に作用している引張り垂直応力に支配されているものと推測され、割れの生じる応力値はワイブル分布を示すことが示された。

Research Products

• [Publications] N. MIYAZAKI: "Dislocation Density Analysis of Bulk Single Silicon Crystal Growth Using Dislocation Kinetics Model" Mechanics and Materials for Electronics Packaging. ASME AMD-Vol.195. 59-64 (1994)
• [Publications] 宮崎 則幸: "CZ育成LN単結晶の熱応力解析" 日本結晶成長学会誌. 22. 39-42 (1995)
• [Publications] N. MIYAZAKI: "Finite Element Analyses of Cracking in Lithium Niobate Single Crystal" Computational Mechanics'95. Vol.1. 586-591 (1995)