微小重力を利用した結晶成長機構の研究

1993 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 05044081
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 西永 頌 東京大学, 工学部, 教授 (10023128)
• 研究分担者: CHERNOV A.A. ロシア共和国科学アカデミー, 結晶学研究所, 教授 ; DANILEWSKY A フライブルグ大学, 結晶学研究所, 助手 ; BENZ K.W. フライブルグ大学, 結晶学研究所, 教授 ; 田中 雅明 東京大学, 工学部, 講師 (30192636)
• キーワード: 結晶成長機構 / 微小重力 / 巨大ステップ / 溶液成長 / 半導体 / スペースラブ / InP / GaSb

研究概要

微小重力下では熱対流が消失するので対流の影響なしに成長の振舞を調べることができる。本研究ではこの点を利用し、結晶成長時原子ステップが集合して形成される巨大ステップに注目し、成長機構を調べることにより成長機構を明かにすることを第一の目的としている。
本年度は先ずスペースラブD-2によりドイツ側で成長させたInPに形成されている巨大ステップの振舞を断面エッチング写真から調べた。それによると、成長速度の低い所では巨大ステップの形成はないが成長速度が増大するにつれて正弦波状の摂動が加わり、次第に巨大ステップが形成されていく様子が明瞭に観察された。
次に巨大ステップが温度勾配下で成長時どのように振舞うかを理論的に調べた。日本側で開発した計算プログラムとドイツ側で開発した計算プログラムによる結果を比較したところ良い一致を得たので巨大ステップの形成に対する温度勾配と成長速度の効果を調べた。それによると巨大ステップは、温度勾配が大きくなるにつれて、又、成長速度が低下するにつれて消滅する傾向があることが判明した。
水溶液からADP、KDP結晶を成長する場合に現れる巨大ステップの振舞についてロシア側で研究を行った結果、巨大ステップの形成消滅は成長界面近くでの溶液の流れに強く依存することがわかった。
以上の溶液成長における巨大ステップの形成機構を明かにする目的で、気相成長における巨大ステップの形成につき中国の研究協力者と共同で研究を行った。現在まだ文献調査の段階であるが、GaAsの分子線エピタキシ-において溶液成長と類似の巨大ステップが形成されていることがわかったのでその形成条件を調べた。

研究成果

• [文献書誌] 西永 頌、Peiwen Ge、Chongru Huo、Zhengyi Xu、Jinping He、正木みゆき、鷲山昌子、Xie Xie、Risheng Xi: "微小重力下でのGaSbのブリッジマン成長" 東京大学工学部総合試験所年報. 52. 99-103 (1993)
• [文献書誌] 西永 頌、Peiwen Ge、Chongru Huo、Zhengyi Xu、Jinping He、正木みゆき、鷲山昌子、Xie Xie、Risheng Xi: "中国回収型衛星によるGaSbのブリッジマン成長" 第10回宇宙利用シンポジウム. 10. 29-32 (1993)
• [文献書誌] 西永 頌: "微小重力下での材料実験-ふわっと'92から-" 応用物理. 62. 770-778 (1993)
• [文献書誌] T.Nishinaga,Y.Okamoto,S.Yoda,T.Nakamura,O.Saito,Y.Hisada,H.Ando,S.Anzawa: "Rapid Melt Growth of Ge by TR-1A Sounding Rocket" J.Jpn.Soc.Microgravity Appl.10. 212-220 (1993)
• [文献書誌] 西永 頌: "微小重力下での結晶成長実験" 化学. 48. 874-875 (1993)
• [文献書誌] A.N.Danilewsky,T.Nishinaga and K.W.Benz: "Kinetic Dopant Inhomogeneities in Semiconductor Crystals-Formation and Suppression" Microgravity sci.technol.6. 270-274 (1993)
• [文献書誌] T.Nishinaga: "UTILIZATION OF MICROGRAVITY TO UNDERSTAND THE CRYSTAL GROWTH OF SEMICONDUCTORS" Microgravity Quarterly. 3. 109-113 (1993)
• [文献書誌] Peiwen Ge,T.Nishinaga,Chongru Huo,Zhengyi Xu,Jinping He,Miyuki Masaki,Masako Washiyama,Xie Xie,Risheng Xi: "RECRYSTALLIZATION OF GaSb UNDER MICROGRAVITY DURING CHINA RETURNABLE SATELLITE No.14 MISSION" Microgravity Quarterly. 3. 161-165 (1993)