混晶半導体バルク結晶成長に対する重力効果(結晶成長,評価及びデバイス(化合物,Si,SiGe,電子・光材料)) Effect of Gravity on the Growth of Alloy Semiconductor Bulk Crystals

InGaSb混晶半導体の溶解と成長に対する重力効果を明らかにするために、GaSb-InSb-GaSbサンドイッチ構造試料を用いて、中国回収衛星による微小重力環境下実験と1G環境下における地上参照実を行った。また、溶液中の濃度分布を重力レベルの関数として数値解析した。1G下では結晶成長界面形状が重力方向に末広りとなり、重力偏析が起こるのに対して、微小重力下では成長界面形状は平行となり、半径方向の濃度分布は均一となった。また、X線透過法による半導体溶液の濃度分布測定により、低温側のGaSbが高温側のGaSbよりもInSb融液に溶解しやすいことが示された。これらの結果は、重力に起因した溶質対流が混晶半導体の溶解過程と成長過程に影響をもたらすことを示している。

Microgravity studies on the dissolution and crystallization of In_xGa_<1-x>Sb have been done using a sandwich combination of InSb and GaSb as the starting material using the Chinese recoverable satellite. The same type of experiment was performed under 1G gravity condition for comparison. From these experiments and the numerical simulation, it is found that the shape of the solid/liquid interface and composition profile in the solution was found to be significantly affected by gravity. The dissolution process of GaSb into InSb melt was observed by X-ray penetration method. GaSb seed was dissolved faster than GaSb feed even though the GaSb feed temperature was higher than that of GaSb seed temperature. These results clearly indicate that solute transport due to gravity affects dissolution and growth processes of alloy semiconductor bulk crystals.