宇宙での無重力場を用いた半導体の融液成長

• 研究課題/領域番号: 07044125
• 研究種目: 国際学術研究
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 共同研究
• 研究分野: 電子・電気材料工学
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 西永 頌 東京大学, 大学院・工学系研究科, 教授 (10023128)
• 研究分担者: HUO C. 中国科学院, 物理研究所, 準教授 ; GE P. 中国科学院, 物理研究所, 準教授 ; NIE Y. 中国科学院, 物理研究所, 副所長準教授 ; 成塚 重弥 東京大学, 大学院・工学系研究科, 助手 (80282680) ; 田中 雅明 東京大学, 大学院・工学系研究科, 助教授 (30192636) ; NIE Yuxin Institute of Physics, Chinese Academy of Sciences, Vice President, Associate Pro ; GE Peiwen Institute of Physics, Chinese Academy of Sciences, Associate Professor ; HUO Chongru Institute of Physics, Chinese Academy of Sciences, Associate Professor ; HUO C 中国科学院, 物理研究所, 準教授 ; GE P 中国科学院, 物理研究所, 準教授 ; NIE Y 中国科学院, 物理研究所, 副所長,準教授
• 研究期間 (年度): 1995 – 1997
• 研究課題ステータス: 完了 (1997年度)
• 配分額: 7,200千円 (直接経費: 7,200千円); 1997年度: 2,200千円 (直接経費: 2,200千円); 1996年度: 2,600千円 (直接経費: 2,600千円); 1995年度: 2,400千円 (直接経費: 2,400千円)
• キーワード: 微小重力 / 宇宙実験 / スペースシャトル / GASプログラム / GaSb / 融液成長 / Te不純物 / ブリッジマン成長 / 宇宙実験、 / スペースシャトル、 / GASプログラム、 / GaSb、 / 融液成長、 / ブリッジマン成長、

研究概要

平成7年度から平成9年度の3年間にわたり、中国科学院物理研究所と東京大学工学系研究科との共同研究により、微小重力下で化合物半導体GaSbの融液成長に関する研究を行った。本研究においては、平成4年において、中国の回収型衛星を用いて融液成長法により成長させた結晶を評価する研究より開始した。評価法としては、化学エッチングによる転位の評価および、空間分解フォトルミネッセンス法によるTe不純物分布の測定を行った。前者の結果から、転位は種結晶から宇宙で成長した結晶部分に移る所で一度は増加するが、次第に減少し、ついには0になることがわかった。宇宙では融液柱および成長結晶は浮遊しており、管壁に接しないので歪みが発生しない。このため非常に高品質の結晶が成長したことが判明した。次に空間分解フォトルミネッセンス法によりTeの分布を調べた所、宇宙で融液が浮遊し、自由表面が出ていたにもかかわらず、不純物分布は拡散支配となっていることが判明した。このことは、宇宙ではマランゴニ対流が発生しなかったことを意味しており、非常に興味深い結果が得られた。
次に同じく日中の共同研究によりNASAのGASプログラムを利用し、スペースシャトルにおいてGaSbの融液成長を行う計画を立てた。そのため中国側では電気炉を作製し、日本側はGaSbの結晶を加工整形し石英アンプル管に封入する作業を行った。中国側では、6分割電気炉を設計試作し、これに一定の温度勾配をつけ、この分布を上下に変化させることによりGaSbの結晶を融解・固化するようプログラムを作製した。日本側ではTeをドープした直径10mm長さ10cmのGaSbを石英管に真空封入し中国側に渡し、中国側でこれ等をGAS容器にセットしNASAに送った。実験は二度程延期となったが、平成10年1月末スペースシャトルSTS-89号で行われ、現在GAS容器は中国に搬送中である。この間、実験を行う上での打ち合わせを中国、日本と各3回行い準備を進めるとともに、中国回収衛星で行った融液成長実験の解析および討論を行った。

研究成果

• [文献書誌] 西永 頌, P.Ge, C.Huo, J.He, 中村 卓義, 河村 茂雄: "微小重力下で成長させたGaSb:Teの評価" 東京大学工学部総合研究所年報. 54. 79-84 (1995)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [文献書誌] 西永 頌, 中村 卓義, 河村 茂雄, P.Ge, C.Huo: "空間分解フォトルミネッセンス法による微小重力下で成長させたGaSb:Teの濃度分布測定" 第12回宇宙利用シンポジウム会議録. 12. 235-239 (1995)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [文献書誌] 西永 頌, P.Ge, C.Huo, W.Huang, 中村 卓義, Y.Yu: "NASAのGASプログラムによるGaSbのブリッジマン成長" 日本マイクログラビディ応用学会誌. 12. 265-266 (1995)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [文献書誌] P.Ge, T.Nishinaga, C.Huo, W.Huang, T.Nakamura, J.He, and Y.Yu:"Bridgman growth of GaSb crystal:Plan and ground based research" Proc.46th International Astronautical Congress,Oct.2-6/Oslo,Norway,. 46. 1-7 (1995)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [文献書誌] 中村 卓義, 西永 頌, P.Ge, C.Huo: "中国の回収型衛星によるGaSbのブリッジマン成長" 日本結晶成長学会誌. 23. 138 (1996)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [文献書誌] 中村 卓義, 西永 頌, P.Ge, C.Huo: "微小重力下で成長させたGaSbにおけるTeの濃度分布とその解析" 日本マイクログラビディ応用学会誌. 13. 330-331 (1996)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [文献書誌] T.Nakamura, T.Nishinaga, P.Ge, and C.Huo,: "Concentration Profile of Te in Space Grown GaSb Measured by Spatially Resolved PL" Record of 15th Electronic Materials Symposium,1996,Nagaoka,. 15. 233-236 (1996)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [文献書誌] T.Nishinaga: "Utilization of of Microgravity for Melt Growth of Semiconductor" Proc.2nd Int.Symp.on Advanced Seience and Technology of Silicon Materials,Kona,Hawaii. 2. 505-511 (1996)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [文献書誌] T.Nishinaga, P.Ge, C.Huo, J.He and T.Nakamura: "Melt Growth of striation and etch pit free GaSb under microgravity" J.Crystal Growth. 174. 96-100 (1997)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [文献書誌] 中村 卓義, 西永 頌: "微小重力下で成長させたGaSbにおけるTeの横断面濃度分布" 第14回宇宙利用シンポジウム会議録. 14. 118-121 (1997)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [文献書誌] T.Nishinaga and P.Ge: "Strain free Bridgman growth of GaSb under microgravity" ITIT International Symposium on Materials Synthethis under Microgrvity Circumstances for Industrial Application,. 1. 10-15 (1998)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [文献書誌] T.Nishinaga, Peiwen Ge, Chongru Huo, Jinping He, T.Nakamura, S.Kawamura: "Characterization of Te doped GaSb grown under microgravity" Annual Report of Engineering Research Institute, faculty of Engineering, The University of Tokyo. 54. 79-84 (1995)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] T.Nishinaga, T.Nakamura, S.Kawamura, P.Ge, C.Huo: "Te concentration profile in space grown GaSb measured by spatially resolved photoluminescence" 12th ISAS Space Utilization Symposium. 12. 235-239 (1995)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] T.Nishinaga, P.Ge, C.Huo, W.Huang, T.Nakamura, Y.Yu: "Bridgman Growth of GaSb by NASA GAS Program-Planning and Ground Experiments" J.Japan.Soc.Microgravity Appl.12. 265-266 (1995)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] P.Ge, T.Nishinaga, C.Huo, W.Huang, T.Nakamura, J.He and Y.Yu: "Bridgman growth of GaSb crystal : Plan and ground based research" Proc.46th International Astronautica' Congress, Oct.2-6/Osio, Norway. 46. 1-7 (1995)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] T.Nakamura, T.Nishinaga, P.Ge, C.Huo: "Bridgeman Growth of GaSb by Chinese Recoverable Satellite" J.Japan.Assoc.Crystal Growth. 23. 138 (1996)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] T.Nakamura, T.Nishinaga, P.Ge, C.Huo: "Concentration Profile of Te in Space-Grown GaSb and Theoretical Analysis" J.Japan.Soc.Microgravity Appl.13. 330-331 (1996)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] T.Nakamura, T.Nishinaga, P.Ge, and C.Huo: "Concentration Profile of Te in Space Grown GaSb Measured by Spatially Resolved PL" Record of 15th Electronic Materials Symposium, 1996, Nagaoka. 15. 233-236 (1996)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] T.Nishinaga: "Utilization of of Microgravity for the Melt Growth of Semiconductor" Proc.2nd Int.Symp.on Advanced Science and Technology of Silicon Materials, Kona, Hawaii. 2. 505-511 (1996)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] T.Nishinaga, P.Ge, C.Huo, J.He and T.Nakamura: "Melt Growth of striation and etch pit free GaSb under microgravity" J.Crystal Growth. 174. 96-100 (1997)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] T.Nakamura, T.Nishinaga, P.Ge, C.Huo: "Te distribution in transverse cross sections of GaSb grown under microgravity" 14th ISAS Space Utilization Symposium. 14. 118-121 (1997)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] T.Nishinaga and P.W.Ge: "Strain free Bridgman growth of GaSb under microgravity" ITIT International Symposium on Materials Synthethis under Microgrvity Circumstances for Industrial Application. 1. 10-15 (1998)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] T.Nishinga, P, Ge, J.Huo and T.Nakamura: "Melt growth of striation and etch pit free GasB under microgravity" J.Crystal Growth. 174. 96-100 (1997)
• [文献書誌] 中村、西永: "微小重力下で成長させたGaSbにおけるTeの横断面濃度分布" 第14回宇宙利用シンポジウム会議録. 14. 118-121 (1997)
• [文献書誌] T.Nishinga and P.W.Ge,: "Strain free Bridgman growth of GaSb under microgravity" ITIT Interntional Symposium on Materials Synthesis under Microgravity Circumstances for Industrial Application. 1. 10-15 (1998)
• [文献書誌] 西永 頌 Peiwen Ge 中村卓義 Chongru Huo: "中国の回収型衛生によるGaSbのブリッジマン成長" 日本結晶成長学会誌. 23. 138 (1996)
• [文献書誌] 中村卓義 P.Ge 西永 頌 C.Huo: "微小重力下で成長させたGaSbにおけるTe濃度分布とその解析" 日本マイクログラビティ応用学会誌13. 13. 330-331 (1996)
• [文献書誌] T.Nakamura,T.Nishinaga,P.Ge and C.Huo: "Concentrat on profile of Te in space-grown GaAs measured by spatially resolved PL" Record of 15th Electronic Materials Symposium,1996,Nagaoka,p.p. 15. 233-236 (1996)
• [文献書誌] T.Nishinaga: "Utilization of Microgravity for the melt growth of semiconductors," Proc.2nd Int.Symp.on Advanced Science and Technology of Silicon Materials,Kona-Hawaii. 2. 505-511 (1996)
• [文献書誌] 西永頌、Peiwen Ge、Chongru Huo、Jinping He、中村卓義、河村茂雄: "微小重力下で成長させたGaSb:Teの評価" 東京大学工学部総合研究所年報. 54. 79-84 (1995)
• [文献書誌] 西永頌、中村卓義、河村茂雄P.Ge、C.Huo: "空間分解フォトルミネッセンス法による微小重力下で成長させたGaSb:Teの濃度分布測定" 12th ISAS Space Utilization Symopsium. 12. 235-239 (1995)
• [文献書誌] 西永頌、P.Ge、C.Huo、W.Huang、中村卓義、Y.Yu: "NASAのGASプログラムによるGaSbのブリッジマン成長" 日本マイクログラビティ応用学会誌. 12. 265-266 (1995)
• [文献書誌] P.Ge,T.Nshinage,C.Huo,W.Huang,T.Nakamura,J.He,and Y.Yu: "Bridgman growth of GaSb crystal : Plan and ground based research" Proc.46th International Astronautical Congress,Oct.2-6,1995/Osio,Norway. 46. 1-7 (1995)