強い界面電場下において成長するCr:LiNbO_3のCrイオンの固液間分配

摘要

金属、半導体、酸化物の単結晶の育成では不純物の含有量、結晶内分布をk_0をもとに設計する ことが重要である。近年LHPG法、μ-PD法、EFG法などでファイバー状や板状など形状制御され た単結晶を作製する機会が多くなっているが、固液界面近傍に1000~10000 °C/cm程度の大きな温 度勾配が生じ、熱起電力起源（Seebeck効果）の界面電場が発生する。LiNbO_3のような酸化物の 成長では、その大きさは~1.0 V/cm程度であり融液中のイオン種に対して~ 1mm/h程度のドライブ 速度，qE (qは不純物イオンの価数、拡散定数などからなる係数でEは電場強度)を与える。この時 イオン種の実効速度はV_E = V - qE、電場存在下の平衡分配係数はk_E0 = k_0 V/ V_Eとなる。Vは界面 移動速度である。Eが大きく Vが小さいとV < qE (Ve < 0)となり陽イオン種はバルク融液側に押 しやられ界面には到達せず結晶には取り込まれないと予想される。本研究ではμ-PD法でV < qE の条件下でCrをドープしたLiNbO_3結晶を成長させ、Crが結晶に分配されるかどうか観察した。