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2016 年度 実績報告書

対流制御による高品質InGaSb結晶の育成

研究課題

研究課題/領域番号 25289270
研究機関国立研究開発法人宇宙航空研究開発機構

研究代表者

稲富 裕光  国立研究開発法人宇宙航空研究開発機構, 宇宙科学研究所, 教授 (50249934)

研究分担者 早川 泰弘  静岡大学, 電子工学研究所, 教授 (00115453)
研究期間 (年度) 2013-04-01 – 2017-03-31
キーワード結晶工学 / 結晶成長 / 均一組成結晶 / InGaSb
研究実績の概要

・対流が強く抑制された条件において成長速度と温度勾配から求めた冷却速度により結品育成を行い、H27年度まで実現出来なかった均一組成分布のIn0.1Ga0.9Sb結晶を得ることに初めて成功した。
・対流が強く抑制された条件では成長カイネティクスの影響が顕在化したため、特にGaSb(111)A、(111)B面の種結晶上に育成した結晶について、以下の3つの新たな現象が見出された。(1)他の面方位の場合と異なり共に平坦に成長した。(2)溶解量、成長速度に面方位依存性が現れ、いずれも(111)B面の方が(111)A面よりも大きかった。(3)結晶成長速度は成長が進むにつれて極大値を示した後に減少し、かつそれらの成長速度の差が大きくなった。
・結晶格子モデルに基づく考察により、(111)A、B面の成長・溶解過程の違いは(111)Aと(111)面では、Ga原子とSb原子の総数は同じだが結晶格子の単位胞中の結合数が異なることが原因と結論付けられた。
・新たに開発した数値シミュレーションの解析結果により、成長界面でのカイネティクスが原料結晶の溶解速度にも影響を与える可能性が示唆された。
・なお、本研究で明らかにした溶解・成長界面におけるカイネティクスの差異の詳細な定量的裏付けは上記の結晶格子モデルでは得られない。従って、今後の研究の展開としては、第一原理分子動力学法に基づくミクロおよびメゾスコピックレベルでの大規模計算による本実験成果の再現、そして結晶成長過程のその場観察実験による定量化が必要不可欠と考える。

現在までの達成度 (段落)

28年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

28年度が最終年度であるため、記入しない。

  • 研究成果

    (11件)

すべて 2017 2016

すべて 雑誌論文 (5件) (うち国際共著 1件、 査読あり 3件、 オープンアクセス 5件、 謝辞記載あり 4件) 学会発表 (6件) (うち国際学会 4件)

  • [雑誌論文] Summary of Alloy Semiconductor Experiment2017

    • 著者名/発表者名
      稲富裕光, 早川泰弘, 岡野泰則, 石川毅彦
    • 雑誌名

      International Journal of Microgravity Science and Application

      巻: 34 ページ: 340110 1-6

    • DOI

      10.15011//jasma.34.340110

    • オープンアクセス / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Effects of gravity and crystal orientation on the growth of InGaSb ternary alloy semiconductors -Experiments at the International Space Station and on Earth-2017

    • 著者名/発表者名
      Yasuhiro Hayakawa, Velu Nirmal Kumar, Mukkannan Arivanandhan, Govindasamy Rajesh, Tadanobu Koyama, Yoshimi Momose, Kaoruho Sakata, Tetsuo Ozawa, Yasunori Okano, and Yuko Inatomi
    • 雑誌名

      International Journal of Microgravity Science and Application

      巻: 34 ページ: 340111 1-12

    • DOI

      10.15011//jasma.34.340111

    • オープンアクセス / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Numerical simulation model by volume averaging for the dissolution process of GaSb into InSb in a sandwich system2016

    • 著者名/発表者名
      Takuya Yamamoto, Haryo Mirsandi, Xin Jin, Youhei Takagi, Yasunori Okano, Yuko Inatomi, Yasuhiro Hayakawa, and Sadik Dost
    • 雑誌名

      Numerical Heat Transfer, Part B

      巻: 70 ページ: 441-458

    • DOI

      10.1080/10407790.2016.1230397

    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Effects of varying indium composition on the thermoelectric properties of InxGa1-xSb ternary alloys2016

    • 著者名/発表者名
      Nirmal Kumar Velu, Mukkannan Arivanandhan, Tadanobu Koyama, Haruhiko Udono, Yuko Inatomi, Yasuhiro Hayakawa
    • 雑誌名

      Applied Physics A

      巻: 122 ページ: 885 1-5

    • DOI

      10.1007/s00339-016-0409-9

    • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Investigation of directionally solidified InGaSb ternary alloys from Ga and Sb faces of GaSb(111) under prolonged microgravity at the International Space Station2016

    • 著者名/発表者名
      V. Nirmal Kumar, M. Arivanandhan, G. Rajesh, T. Koyama, Y. Momose, K. Sakata, T. Ozawa, Y. Okano, Y. Inatomi and Y. Hayakawa
    • 雑誌名

      npj Microgravity

      巻: 2 ページ: 16026 1-7

    • DOI

      10.1038/npjmgrav.2016.26

    • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
  • [学会発表] A Numerical Simulation Study for Predicting the Dissolution Length in Growth of InGaSb under the Microgravity Conditions of the ISS2016

    • 著者名/発表者名
      X. Jin, T. Yamamoto, Y. Takagi, Y. Okano, Y. Inatomi, Y. Hayakawa and S. Dost
    • 学会等名
      11th Asian Microgravity Symposium (AMS 2016)
    • 発表場所
      Hokkaido University, Sapporo, Japan
    • 年月日
      2016-10-25 – 2016-10-29
    • 国際学会
  • [学会発表] Growth and Dissolution Rates of InGaSb Crystal under Reduced Convection Condition”2016

    • 著者名/発表者名
      Yuko Inatomi, Velu Nirmal Kumar, Mukannan Arivanandhan, Govindasamy Rajesh, Kaoruho Sakata, Tadanobu Koyama, Yoshimi Momose, Yasunori Okano and Yasuhiro Hayakawa
    • 学会等名
      11th Asian Microgravity Symposium (AMS 2016)
    • 発表場所
      Hokkaido University, Sapporo, Japan
    • 年月日
      2016-10-25 – 2016-10-29
    • 国際学会
  • [学会発表] 国際宇宙ステーション内の長期微小重力環境下におけるGaSb(111)Ga面及びSb面種結晶からのInGaSb三元混晶結晶成長2016

    • 著者名/発表者名
      早川泰弘, V. Nirmal Kumar, M. Arivanandhan, 小山忠信, 百瀬与志美, 阪田薫穂, 小澤哲夫, 岡野泰則, 稲富裕光
    • 学会等名
      第77回応用物理学会秋季学術講演会
    • 発表場所
      朱鷺メッセ, 新潟県新潟市
    • 年月日
      2016-09-13 – 2016-09-16
  • [学会発表] A Numerical Study on the Growth Process of InGaSb Crystals under Microgravity Onboard the International Space Station2016

    • 著者名/発表者名
      X. Jin, T. Yamamoto, Y. Takagi, Y. Okano, and Y. Inatomi, Y. Hayakawa and S. Dost
    • 学会等名
      The 18th International Conference on Crystal Growth and Epitaxy (ICCGE-18)
    • 発表場所
      Nagoya, Japan
    • 年月日
      2016-08-07 – 2016-08-12
    • 国際学会
  • [学会発表] Japanese Material Research under Microgravity2016

    • 著者名/発表者名
      Yuko Inatomi
    • 学会等名
      The 3rd Japan-China Workshop on Material Science in Space
    • 発表場所
      University of the Ryukyus, Okinawa, Japan
    • 年月日
      2016-05-25 – 2016-05-28
    • 国際学会
  • [学会発表] 微小重力環境下におけるInGaSb凝固に関する数値解析2016

    • 著者名/発表者名
      岡野泰則, Jin Xin, 山本卓也, 高木洋平, 早川泰弘, 稲富裕光
    • 学会等名
      第53回日本伝熱シンポジウム
    • 発表場所
      大阪国際会議場, 大阪府大阪市
    • 年月日
      2016-05-24 – 2016-05-26

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公開日: 2018-03-07  

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