デンドライト成長を利用した完全配向半導体バルク多結晶の成長技術の開発

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本研究では、一方向成長キャスト法において成長初期過程にデンドライト結晶をルツボ壁に沿って成長させ、このデンドライト結晶上面にSiバルク多結晶を成長させる「デンドライト利用キャスト法」により、粒方位、粒サイズ、粒界性格を制御した太陽電池用Siバルク多結晶を作製することを目的としている。本年度は、キャスト成長の初期過程にデンドライト成長を効率的に発現させるために、第二元素としてGeを微量添加することを着想した。融液成長過程のその場観察装置を用いて、Si融液およびSiGe融液からの結晶成長過程を直接観察し、成長様式を比較した。Geを微量添加することによって、純Si融液の場合に比べてデンドライト成長が起こりやすくなり、かつ、デンドライト結晶のサイズも大きくなることが明らかとなった。これは、Geを添加することで融液中に組成的過冷却が生じたためであると考えられる。この知見をベースとして、キャスト成長においてもSiにGeを微量添加して5cmφ×3cmのバルク多結晶インゴットの成長を行った。Geを添加しない場合は、{112}面に配向したインゴットが得られたが、Geを添加したインゴットにおいては、{110}面に80%以上配向したバルク多結晶インゴットが得られた。これは、キャスト成長初期に、ルツボ底面に沿って<112>方向に伸びるデンドライトが多数成長したためである。このように、Geの微量添加により、バルク多結晶インゴットの組織制御が可能であることを実証し、特定の結晶方位に配向したバルク多結晶インゴットを実現した。