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本研究では、無転位単結晶Siの成長において、始めからシートあるいはウエハ状で成長する方法の開発を目的とする。成長法には、溶媒からの溶質Siの析出による方法(液相法)を用い、シート状に成長させる手法として、板状スリット内での縦方向成長およびガラス基板上でのグラフォエピタキシーを検討した。
(1) Sn溶媒からの溶質Siの析出による方法(液相法)により、大きさ12×5mm^2の無転位単結晶Siが得られた。面方位(111)、厚さ約3mm、抵抗率10-20Ωcmであった。これにより、液相法によって無転位単結晶Siシ一トの連続作製の可能性を示すことができた。
(2) 無転位単結晶Siシ一トの作製法の実用化について検討した。
(1) Sn溶媒上にフロートした状態で、無転位単結晶Siシ一トを作製することが原理的に可能である。浮カの効果と設定した温度分布による過飽和度について、さらに詳細なシミュレーションによる検討が必要である。
(2) 加圧することにより、カーボン製スリットの間に溶液を導入し、スリットの長さ方向の温度勾配により、シート状の単結晶Siを成長させることができる。実用化に近い方法であり、太陽電池への応用が考えられる。LSIに関しては、さらに電気的性質の詳細な評価が必要である。
(3) ガラス板に周期的な溝を加工しておき、これを基板として単結晶成長を行なう(グラフォエピタキシー法)。Si層の厚さを1μm以下とすることができ、LSIへの応用に有利である。しかし、現在のX線リソグラフィーでは不可能な、原子オーダーの微細周期パターンを形成する方法を開発する必要がある。
(3) 上記(2)の方法を実用化して、大面積Siシ一トを作製するためには、原料Siの連続供給、一定溶媒温度の保持、および結晶成長部の高精度温度制御が可能な大型装置を開発する必要がある。
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