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研究紹介

単結晶と単結晶成長

 

材料がその機能・性能を最大限に発揮するためには単結晶でなくてはならない。しかし、不純物原子が少なく、原子の配列が完全な単結晶を作ることは大変難しいのです。
単結晶を作ることを「結晶育成」あるいは「結晶成長」と言う。このことは、結晶を作ることが「子供を育み、その成長を望むように」、大変難しく、大変有意な業(ワザ)であることを示唆しています。

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単結晶成長のための基礎科学・技術

 

結晶成長中の熱の流れや物質の輸送現象は、高品質な単結晶を成長させる上で、正確に理解し、厳密に制御する必要のある基礎的な物理・化学現象です。図の左側は、結晶成長中の熱の流れ、結晶と融液の界面(固液界面)での熱収支を示しています。バルク結晶成長は、固液界面における、融液側から流入する熱量、結晶成長に伴って発生する(潜熱)熱量、成長結晶側へ流出する熱量の関係を示す熱収支の式を満たした条件下で進行します。図の右側は、結晶成長中の不純物原子の輸送について示しています。融液内の不純物原子は、固液界面における偏析現象に従って結晶中へ取り込まれます。

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半導体結晶

 

ULSIや太陽電池の基板として使われる無転位Si単結晶やGe単結晶を、CZ法で育成する技術を保有しています。また、LE-VB法によるGaAs、InP単結晶成長の経験もあります。これら育成結晶の加工や結晶特性の評価・解析の研究を行っています。

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酸化物結晶

 

LED下地基板用サファイア結晶に加えて、燃焼圧センサ、表面弾性波フィルタに使われる圧電単結晶やデジタルカメラのローパスフィルタに使われる光学用結晶など、VB法やEFG法による各種酸化物単結晶の成長や加工・評価の研究を行っています。

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