宇宙などの微小重力環境に於けるInGaSb化合物半導体の溶解と結晶化に関する研究

1999 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 11694144
• 研究種目: 基盤研究(B)
• 研究機関: 静岡大学
• 研究代表者: 熊川 征司 静岡大学, 電子工学研究所, 教授 (30022130)
• 研究分担者: 早川 泰弘 静岡大学, 電子工学研究所, 助教授 (00115453) ; 山口 十六夫 静岡大学, 電子工学研究所, 教授 (40010938) ; 平田 彰 早稲田大学, 理工学部, 教授 (00063610)
• キーワード: 微小重力環境 / 航空機実験 / 落下塔実験 / 化合物半導体 / ガリウムアンチモン / インディウムガリウムアンチモン / 数値解析 / 重力変動

研究概要

宇宙などの微小重力環境に於けるInGaSb化合物半導体の溶解と結晶化に関する知見を得るために、航空機と落下塔を利用した微小重力環境下の実験、InGaSb結晶成長の地上予備実験、マランゴニ対流や重力変動が溶液内対流や濃度分布に及ぼす効果の数値解析を行った。
1.航空機実験と地上実験の比較から、微小重力環境下では地上と比べて大きなInGaSb結晶を成長できることや、電気炉の温度が重力レベルによって変化することがわかった。
2.均一組成比のInGaSb結晶成長条件を調べるために、GaSb/InSb/GaSbサンドイッチ構造試料を用いて一方向性凝固法による地上実験を行った。種結晶温度648℃、昇温速度20℃/min、保持時間40時間、冷却速度0.5℃/minの時、電気炉の温度勾配を1.3℃/cmから9.8℃/cmまで変化させた結果、温度勾配が高い程、In組成比の均一な領域が長くなった。
3.マランゴニ対流の有無や重力レベルの関数として溶液内の対流、温度、濃度分布を数値解析した結果、(1)マランゴニ対流がある場合固液界面形状が凹状になること、(2)重力レベルが低い程、流れベクトルが小さくなり、濃度分布が拡散律速に近づくこと、(3)重力変動の周波数が低い程溶液対流、濃度分布への影響が大きいことがわかった。

研究成果

• [文献書誌] T.KIMURA,Y.HAYAKAWA,M.KUMAGAWA et al.: "Dependence of Dissolution and Growth Processes of Compound Semiconductors on Crystal Surface Orientations"The Japan Society of Microgravity Application. 15. 472-475 (1999)
• [文献書誌] Y.OKANO,Y.HAYAKAWA,M.KUMAGAWA et al.: "Numerical Simulation of Oscillatory Flow in Melt during InSb Single Crystal Growth by RF Heating Czochralski Method"Int.J.Numerical Modelling. 11. 289-298 (1999)
• [文献書誌] K.BALAKRISHNAN,Y.HAYAKAWA,M.KUMAGAWA et al.: "Preparatory Terrestrial Growth of InGaSb for the Crystallization in Space"Proc.of JSCAST'99. 213-216 (1999)
• [文献書誌] N.SHIBATA,Y.HAYAKAWA,M.KUMAGAWA et al.: "Premilinary Experiments of InGaSb Growth in the Space Station"Proc.50th International Astronautical Congress. 1-7 (1999)
• [文献書誌] 早川泰弘、熊川征司、他: "微小重力下と地上におけるGaSb/InSb/GaSb試料の溶解実験と数値解析"静岡大学電子工学研究所研究報告. 34. 1-7 (2000)
• [文献書誌] Y.HAYAKAWA,M.KUMAGAWA et al.: "Experimental and Numerical Investigations on Dissolurion and Recrystallization Processes of GaSb/InSb/GaSb under Microgravity and Terrestrial Conditions"J.Cryst.Growth. (at press). (2000)
• [文献書誌] A.HIRATA,Y.HAYAKAWA,M.KUMAGAWA et al.: "Effect of Gravity on the Mixing of In-Sb Melt"Int.J.Applied Electromagnetics in Materials. (at press). (2000)