垂直ブリッジマン法(VB法)とは

Vertical Bridgman Method

最終更新:2026-10-04・単結晶製造装置(CZ/FZ引上げ)・化合物半導体基板製造装置(SiC/GaN)|用語集のExcel・PDF版をダウンロード

垂直ブリッジマン法(VB法)とは?

垂直ブリッジマン法(VB法)とは、るつぼの中の融液を温度勾配のある炉の中でゆっくり移動させ、底の種結晶の側から順に固めて単結晶を育てる方法です。炉を動かさないVGF法とあわせて、GaAsやInPなどの化合物半導体の基板の製造に使われ、温度の勾配が小さいため、CZ法より転位の少ない結晶が得られます。

定義・解説

垂直ブリッジマン法(VB法:Vertical Bridgman Method)とは、るつぼの中で原料を溶かした融液を、温度の勾配がある炉の中でゆっくり移動させ、るつぼの底に置いた種結晶の側から順に固めて単結晶を育てる結晶成長の方法です。米国の物理学者ブリッジマンが考案した方法を、るつぼを縦(垂直)にして行うものです。炉を動かさずに、ヒーターの温度の分布を時間とともに変えて底から固めていく方法は、垂直温度勾配凝固法(VGF法)と呼ばれ、VB法とあわせて広く使われています。

VB法・VGF法は、主にGaAs(ガリウムヒ素)やInP(リン化インジウム)などの化合物半導体の単結晶基板の製造に使われます。シリコンで主流のチョクラルスキー法(CZ法)は、融液から結晶を引き上げるため、引き上げた結晶の中に大きな温度差が生じます。化合物半導体の結晶はシリコンより壊れやすく、熱応力で転位(結晶の欠陥)が入りやすいため、温度の勾配を小さく保ったまま、るつぼの中で静かに固められるVB法・VGF法のほうが、転位の密度の低い結晶を得られます。ヒ素やリンのように蒸発しやすい成分は、酸化ホウ素(B₂O₃)の液体で融液の表面を覆うなどして逃がさないようにします。

VB法・VGF法で作ったGaAs基板は、スマートフォンの高周波部品、LEDや半導体レーザー、VCSELなどに、InP基板は光通信用のレーザーや受光素子、高速の電子デバイスに使われます。一方、結晶がるつぼの壁に接したまま固まるため、壁からの欠陥の発生や、るつぼと結晶の反応・付着を防ぐ工夫が必要で、成長にも長い時間がかかります。大口径の結晶を作るほど温度の均一な制御が難しくなります。

よくある質問(FAQ)

VB法とVGF法の違いは何ですか?▾
VB法(垂直ブリッジマン法)は、るつぼと炉の位置を相対的に動かして、温度の低い側へ融液を移しながら固めます。VGF法(垂直温度勾配凝固法)は、るつぼも炉も動かさず、ヒーターの温度分布を時間とともに変えて底から順に固めます。どちらも化合物半導体の単結晶の製造に使われます。
化合物半導体にCZ法でなくVB法を使うのはなぜですか?▾
GaAsやInPの結晶はシリコンより壊れやすく、熱応力で転位が入りやすいためです。VB法・VGF法は、るつぼの中で温度の勾配を小さく保ったまま静かに固めるため、引き上げで大きな温度差が生じるCZ法より、転位の密度の低い結晶を得られます。

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