化合物半導体結晶成長安定化のためのダイナミクスに関する研究

2014 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 24560244
• Research Institution: Tomakomai National College of Technology
• Principal Investigator: 菊田 和重 苫小牧工業高等専門学校, その他部局等, 教授 (90214741)
• Project Period (FY): 2012-04-01 – 2015-03-31
• Keywords: 化合物半導体 / 結晶成長 / 伝熱 / 可視化

Outline of Annual Research Achievements

GaAs単結晶成長における熱・物質移動現象の解明を目的として，融液の複雑な流動現象を明らかにするために，可視化実験装置を用いて成長装置を模擬したるつぼ内の融液の流動観察ならびに数値シミュレーションによるモデリングを行った．
結晶成長時には，GaAs融液が加熱されているほか粘性が大きく異なる２つの流体が互いに反対方向に回転する相対運動を行っているため，自然対流と強制対流とが共存する複雑な流動場となっている．また，結晶の成長に伴い融液が減少することにより，両対流が競い合うことで流れ場をより複雑なものにしている．
昨年度までの可視化実験により，融液の量が変化した際の複雑な流動場の挙動を概ね明らかにすることできた．今年度は可視化技術を向上させ，結晶近傍の流れや粘性の高い封止材と融液との界面の流れなど，局所における流れを可視化したことで結晶成長のメカニズムをある程度明らかにすることができたと考えている．一方，数値シミュレーションによるモデリングでは，昨年度までに完成できた自然対流を含む複雑な流れ場のモデリングに加えて，回転による強制対流のモデリングを実施した．その結果，可視化実験による流れ場を良好に再現できるモデルが完成した．
これまでの研究により，複雑な流れ場とそれに大きく関わる結晶成長のメカニズムをある程度明らかにすることができた．結晶成長のモデリングでは，熱移動に関わる凝縮熱のモデルをさらに組み込む必要があり，今後の課題である．