微小重力下での無容器成長による高品質半導体の結晶成長

1999 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 10044131
• 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: 成塚 重弥 東京大学, 大学院・工学系研究科, 講師 (80282680) ; 田中 雅明 東京大学, 大学院・工学系研究科, 助教授 (30192636)
• キーワード: マイクログラビティ / GaSb / ブリッジマン成長 / 無歪成長 / X線トポグラフ / 転位密度 / マランゴニ対流 / 不純物分布

研究概要

本年度は、宇宙基地での半導体融液成長実験に用いるモデル材料としてGaSbにAlを添加した(GaAl)Sbを用いるための地上予備実験と、中国との共同実験により宇宙で行ったTeドープGaAsブリッジマン成長結晶のX線トポグラフによる評価、および地上対称実験としてのTeドープGaSbたて型ブリッジマン成長を行った。
(GaAl)Sbのブリッジマン成長は、GaSb種結晶上にGaSb多結晶インゴットを置き、その上にAlをのせ,温度勾配下に長時間放置することにより行った。この配置を用いると、AlはGaSb融液中を種結晶の所まで拡散し、これが融点上昇を引きおこすので自動的に結晶成長が行われる。このため、温度分布と相図によって決定されるAl濃度分布を持つ結晶が温度変化させることなく得られることがわかった。
宇宙実験により得られたTeドープGaSb結晶のたて断面をロシア科学アカデミー結晶学研究所の協力によりX線トポグラフ法と3結晶回析法により評価した。すると、宇宙で成長した最初の部分は容器に接触せず成長しているが、この部分の結晶性は非常に良く転位の数も非常に少なくなっていることが判明した。又、3結晶回析法によっても非接触成長部分の結晶性が良いことが示され、宇宙における非接触成長は高品質半導体結晶の成長に極めて重要であることが示された。
宇宙で成長させたTeドープGaSbのTe濃度分布から宇宙では対流が抑制されたことが判明したが、地上ではどうなるかについての実験を行った。出発材料は地上でCZ法で成長させたTeドープGaSbであるが、これをたて型ブリッジマン炉に入れ上端から融解し、結晶部を残して再成長させた。するとTe濃度は予想通り対流のため完全混合型の分布を示した。このことから宇宙では対流が消失したことが改めて確認された。

研究成果

• [文献書誌] W.D.Huang,S.Naritsuka and T.Nishinaga: "Distribution of Te in GaSb grown by vertical gradient freeze technique -Comparative study to the space experiment-"J.Jpn.Soc.Microgravity Appl.. Vol.16,Supp.. 34-35 (1999)
• [文献書誌] A.E.Voloshin,T.Nishinaga,AA.Lomov,P.Ge and C.Huo: "The perfection of space grown GaSb studied by X-ray topography and diffractometry"J.Jpn.Soc.Microgravity Appl.. Vol.16,Supp.. 32-33 (1999)
• [文献書誌] W.D.Huang,S.Naritsuka and T.Nishinaga: "Vertical Bridgman growth of Al_x,Ga_<1-x>Sb single crystals"Ann.Rep.Eng.Res.Inst.Univ.Tokyo. Vol.58. 113-118 (2000)
• [文献書誌] T.Nakamura,T.Nishinaga,P.Ge and C.Huo: "Distribution of Te in GaSb grown by Bridgman technique under microgravity"J.Crystal Growth. 211. 441-445 (2000)
• [文献書誌] W.D.Huang,S.Naritsuka and T.Nishinaga: "Vertical Bridgman growth of Al_x,Ga_<1-x>Sb single crystals"J.Crystal Growth. (印刷中).