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平成12年9月に発出した第1回微小重力科学国際公募における結晶成長分野における候補テーマの選定について、以下に示します。
 | テーマ名 |
 | 候補テーマ名 |
| 実験テーマ名： |
Growth of Homogeneous In0.3Ga0.7As
Single Crystals in Microgravity
（微小重力下におけるIn0.3Ga0.7As均一組成単結晶の成長） |
| 代表研究者： |
木下 恭一（宇宙航空研究開発機構） |
| 共同研究者： |
足立 聡 |
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宇宙航空研究開発機構 |
| 緒方 康行 |
宇宙航空研究開発機構 |
| 龍見 正美 |
住友電気工業株式会社 |
| 前川 透 |
東洋大学 |
| 山田 正良 |
京都工業繊維大学 |
| 宮田 浩旭 |
株式会社エイ・イー・エス |
| 鶴 哲也 |
株式会社エイ・イー・エス |
| 村松 祐治 |
株式会社エイ・イー・エス |
| 黒田 卓 |
石川島播磨重工業株式会社 |
| 桑田 知之 |
石川島播磨重工業株式会社 |
| 堀田 任晃 |
石川島播磨重工業株式会社 |
| 選定理由 |
微小重力下では、対流の影響を受けずに物質が運ばれること、自重による歪みが無くなること、不純物の沈降による結晶への取り込みが無くなることなどが期待されることから、均質な結晶を得ること、結晶の欠陥や歪みを低減させることなどを目指して、これまで各国で様々な微小重力実験が実施されてきました。日本においても、FMPT
(PbSnTe、HgCdTe、InGaAs)、SFU (GaAs) 等で均質化に関する微小重力実験が実施されました。
その結果、自重や壁との接触によって変形が生じるような柔らかい物質 (HgI2、CdTeなど) や極めてゆっくりと成長する蛋白質結晶などでは、欠陥の低減や結晶性の向上には多数成功しています。
しかし、均質な結晶に関しては、ほとんどの場合、物質が運ばれる際に、宇宙であってもわずかに残る対流の影響を受け、当初期待されていたほどには均質性は向上しませんでした。しかし、こうした実験結果の積み重ねは、残留重力の影響に関する理論的検討や数値シミュレーションによる研究が本格的に始まる大きなきっかけともなりました。本提案の研究チームにおいても、数値シミュレーションによる研究が推進され、その結果、過去数多く実施された原料全体を溶融させた後に凝固させる手法では、残留重力の影響を受けやすく、本当に理想的な条件にすることは難しいことを明らかにしました。
また、こうした数値シミュレーションの結果を応用して、地上のように対流の影響が強い環境であっても、均質な結晶を得ることのできる方法を新たに開発しました
(TLZ法)。本方法は均質結晶を得るためには優れていますが、実験的に優位性を立証した段階に過ぎず、今後、原理の検証が必要です。そのためには、対流の影響を十分に小さくできる微小重力環境での実験が必要となります。この実験は、結晶成長分野の科学的発展に寄与するばかりでなく、得られる成果を地上における結晶成長方法の改良に役立てることによって、日本のIT戦略の前進に貢献することが期待されます。
| 選定されたテーマの紹介 |
 | TLZ法により地上で得られた均質な単結晶 |
均質な結晶を得ることのできるTLZ法の原理を検証することを目的としています。精度良く原理を検証し、TLZ法を正確に理解するためには、対流の影響を最小限に抑制できる微小重力環境が必須です。
また、原理を検証することによって、TLZ法の有用性を確認できると共に、得られるデータを使って、地上の結晶成長方法の改良に役立てます。対象としている材料のIn0.3Ga0.7Asは、光通信用半導体レーザー用材料として期待されていますが、単結晶成長は非常に難しく、TLZ法が開発される以前は、長さ5mm程度の均質な単結晶を得ることが限界でした。その理由は、簡単に表現すれば、In0.3Ga0.7Asなどの3種類以上の元素を用いる場合、凝固が進行している部分
(「成長界面」といいます) の温度を一定に保つ必要があるためです。ところが、従来の方法では、温度の分布と濃度の分布との間には相関関係がありません。即ち、温度分布は外部から加熱することによって制御可能ですが、濃度分布は制御することができません。その結果、凝固する場所の特定すら困難で、均質な結晶を得ることが難しかったのです。
宇宙開発事業団（現宇宙航空研究開発機構）では、TLZ法と呼ばれる新たな結晶成長を考案することにより、直径2mmではありますが、長さ20mmの均質な結晶を得ることに世界で初めて成功しました
(図参照、プレス発表済み)。この方法の最大の特徴は、温度分布によって濃度分布を制御できる点、即ち、従来は独立に制御されていた温度と濃度という2種類の変数を1つの変数に減らすことができる点にあります。これにより、今までは不可能であった長さの均質な結晶を得ることに成功しました。TLZ法は均質結晶を得る方法としては優れた方法ですが、その原理を結晶成長法の改良等に役立てるためには、TLZ法の原理を正確に理解しておく必要があります。そして、そのためには、対流の影響を十分に小さくできる微小重力環境での実験が必要となります。現在国際公募を通じて提案している実験では、試料の移動速度を変化させて人為的に乱れを与えた場合の回復過程を調べる計画です。「回復力」の強さは、対流等による擾乱に対する抵抗力と同じものですので、地上における結晶育成の最適条件設定にも貢献することが期待されます。
最終更新日：2003年10月1日
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