生長大尺寸藍(lán)寶石的單晶爐改進(jìn)結(jié)構(gòu)的制作方法
【專利說明】
[0001](一)
技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明涉及一種生長大尺寸藍(lán)寶石的單晶爐改進(jìn)結(jié)構(gòu)，具體涉及一種泡生法生長大尺寸藍(lán)寶石的單晶爐改進(jìn)結(jié)構(gòu)。
[0002](二)
【背景技術(shù)】
藍(lán)寶石單晶具有優(yōu)異的力學(xué)、熱學(xué)、光學(xué)等性能，被廣泛應(yīng)用于科學(xué)技術(shù)、國防與民用工業(yè)、半導(dǎo)體行業(yè)的諸多領(lǐng)域，是目前LED市場中藍(lán)光GaN外延基板的首選材料。隨著藍(lán)寶石單晶生長及加工技術(shù)的不斷進(jìn)步，行業(yè)發(fā)展日趨成熟，藍(lán)寶石產(chǎn)品在成本及性能方面的綜合優(yōu)勢日趨突顯，也因此使藍(lán)寶石在消費(fèi)類電子及其它消費(fèi)類產(chǎn)品方面呈現(xiàn)出很好的應(yīng)用前景。
[0003]隨著藍(lán)寶石應(yīng)用市場的不斷開發(fā)與晶體生長和加工技術(shù)的不斷進(jìn)步，下游對藍(lán)寶石產(chǎn)品的質(zhì)量與尺寸提出了更高的要求，大尺寸、高品質(zhì)、低成本是藍(lán)寶石單晶產(chǎn)業(yè)發(fā)展的必然趨勢。
[0004]藍(lán)寶石的生長方法有很多，目前市面上高品質(zhì)藍(lán)寶石單晶的主要生長方法為泡生法，采用該方法生長的藍(lán)寶石單晶占市場總量的70%以上。泡生法雖然自動化程度相對較低，但45公斤以下的藍(lán)寶石單晶生長設(shè)備與技術(shù)已基本成熟。然而，更大尺寸藍(lán)寶石單晶的生長對設(shè)備與工藝提出了更高的要求，建立與維持合理的溫場難度更大。尤其對于晶體生長后期，由于熔體溫度梯度小，生長速度不易控制，晶體應(yīng)力大，生長成品率相對較低。
[0005](三)

【發(fā)明內(nèi)容】

本發(fā)明的目的在于通過一種使?fàn)t內(nèi)溫場分布更加均勻，同時(shí)生長界面保持一定的凸出率。避免了晶體生長前期生長速度不穩(wěn)定及因后期晶體生長速度過快而導(dǎo)致形成氣泡、開裂等缺陷，提高大尺寸藍(lán)寶石單晶晶體生長成品率的生長大尺寸藍(lán)寶石的單晶爐改進(jìn)結(jié)構(gòu)。
[0006]本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的:結(jié)構(gòu)分為上部、側(cè)面及底部保溫結(jié)構(gòu)和鳥籠狀加熱體7，上部保溫結(jié)構(gòu)包括上鉬隔熱屏I和鉬坩禍蓋2，側(cè)面保溫結(jié)構(gòu)包括鉬筒隔熱屏3和陶瓷保溫層4，底部保溫結(jié)構(gòu)包括下鉬隔熱屏5和底部陶瓷保溫層6，側(cè)面保溫結(jié)構(gòu)由上至下陶瓷保溫層4厚度逐漸減小，鉬筒隔熱屏3為多層鉬筒，內(nèi)部靠近加熱體的2~6層為非全高鉬筒，外部為全高鉬筒，非全高鉬筒由內(nèi)至外高度逐漸增大，相鄰鉬筒高度差逐漸減小，鳥籠狀加熱體7直徑由上至下逐漸減小，呈倒錐形。
[0007]本發(fā)明還有這樣一些特征:
1、所述的陶瓷保溫層4為氧化鋁或氧化鋯陶瓷保溫磚或保溫球?qū)咏M成；
2、所述的多層鉬筒位于加熱體與陶瓷保溫層之間，共10~18層，鉬片厚度0.3~2_。
[0008]本發(fā)明的有益效果有:
1.側(cè)面保溫結(jié)構(gòu)中增加了非全高鉬筒層，一方面加強(qiáng)了爐內(nèi)保溫，有助于縮短化料時(shí)間，增大熔體底部溫度梯度；另一方面，上部保溫結(jié)構(gòu)增強(qiáng)，可減小熔體液面散熱速度，增大徑向溫度梯度，有利于穩(wěn)定晶體生長速度。
[0009]2.非全高鉬筒層高度逐漸增加，有利于形成均勻的軸向溫度梯度，既可以保證晶體生長前沿的凸出率，使氣泡容易排出，又可以避免后期晶體生長速度過快，晶體底部出現(xiàn)大量云霧。
[0010]3.加熱體設(shè)計(jì)成倒錐形結(jié)構(gòu)，可保證爐內(nèi)具有足夠的軸向溫度梯度，避免晶體生長速度過快，同時(shí)在晶體生長后期也會在一定程度上降低徑向生長速度，保持一定的界面凸出率，減少底部云霧的形成幾率，減少晶體內(nèi)應(yīng)力。
[0011 ] 4.側(cè)面保溫結(jié)構(gòu)與加熱體的改進(jìn)，使熱場更加均勻穩(wěn)定，降低了晶體生長控制難度，進(jìn)而減少了人員的依賴性。
[0012]本發(fā)明是在前期授權(quán)專利ZL200920100239.0的基礎(chǔ)上對熱場結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)，主要克服兩方面問題:一是爐內(nèi)高度大，爐體上部散熱對底部影響小，溫場中軸向溫度梯度分布變化大，熔體上部溫度梯度較大，而底部溫度梯度過小，這回導(dǎo)致晶體生長速度，尤其是后期難以控制；二是大尺寸藍(lán)寶石單晶生長爐內(nèi)因直徑大，上部散熱快，徑向溫度梯度小，易導(dǎo)致晶體不穩(wěn)定生長。本發(fā)明通過對側(cè)隔熱屏及加熱體進(jìn)行特殊設(shè)計(jì)，二者相互配合，使?fàn)t內(nèi)溫場分布更加均勻，同時(shí)生長界面保持一定的凸出率。避免了晶體生長前期生長速度不穩(wěn)定及因后期晶體生長速度過快而導(dǎo)致形成氣泡、開裂等缺陷，提高大尺寸藍(lán)寶石單晶的晶體生長成品率。
[0013](四)
【附圖說明】
圖1為本發(fā)明結(jié)構(gòu)示意圖。
[0014](五)
【具體實(shí)施方式】
下面結(jié)合附圖對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。圖1為本實(shí)施例改進(jìn)的藍(lán)寶石單晶結(jié)構(gòu)示意圖，該整體結(jié)構(gòu)單晶爐內(nèi)保溫基本結(jié)構(gòu)不變，仍然分為上部(上鉬隔熱屏I和鉬坩禍蓋2)、側(cè)面(鉬筒隔熱屏3和陶瓷保溫層4)及底部保溫結(jié)構(gòu)(下鉬隔熱屏5和底部陶瓷保溫層6)。上部與底部保溫結(jié)構(gòu)與前期專利中基本相同，不同之處在于側(cè)面保溫結(jié)構(gòu)由上下結(jié)構(gòu)相同改為由上至下保溫層厚度逐漸減小，具體如圖所示，改進(jìn)前多層鉬筒側(cè)隔熱屏3的高度相同，改進(jìn)后多層鉬筒隔熱屏3內(nèi)部靠近加熱體的2~6層為為非全高鉬筒，外部為全高鉬筒。進(jìn)一步，非全高鉬筒由內(nèi)至外高度逐漸增大，相鄰鉬筒高度差逐漸減小。鳥籠狀加熱體7直徑由上至下逐漸減小，呈倒錐形。
[0015]在本發(fā)明陳述了尤其適于生長高長徑比藍(lán)寶石單晶的改進(jìn)側(cè)面隔熱屏及加熱體結(jié)構(gòu)，在本發(fā)明的思想基礎(chǔ)上，也可根據(jù)具體生長晶體的規(guī)格進(jìn)行調(diào)整，例如通過對陶瓷保溫層厚度進(jìn)行設(shè)計(jì)，以達(dá)到使溫場均勻的目的也屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種生長大尺寸藍(lán)寶石的單晶爐改進(jìn)結(jié)構(gòu)，它包括上部、側(cè)面及底部保溫結(jié)構(gòu)和鳥籠狀加熱體，上部保溫結(jié)構(gòu)包括上鉬隔熱屏和鉬坩禍蓋，側(cè)面保溫結(jié)構(gòu)包括鉬筒隔熱屏和陶瓷保溫層，底部保溫結(jié)構(gòu)包括下鉬隔熱屏和底部陶瓷保溫層，其特征在于所述的側(cè)面保溫結(jié)構(gòu)由上至下陶瓷保溫層厚度逐漸減小，鉬筒隔熱屏為多層鉬筒，內(nèi)部靠近加熱體的2~6層為非全高鉬筒，外部為全高鉬筒，非全高鉬筒由內(nèi)至外高度逐漸增大，相鄰鉬筒高度差逐漸減小，鳥籠狀加熱體直徑由上至下逐漸減小，呈倒錐形。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的生長大尺寸藍(lán)寶石的單晶爐改進(jìn)結(jié)構(gòu)，其特征在于所述的陶瓷保溫層為氧化鋁或氧化鋯陶瓷保溫磚或保溫球?qū)咏M成。3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的生長大尺寸藍(lán)寶石的單晶爐改進(jìn)結(jié)構(gòu)，其特征在于所述的多層鉬筒位于加熱體與陶瓷保溫層之間，共10~18層，鉬片厚度0.3~2_。
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種生長大尺寸藍(lán)寶石的單晶爐改進(jìn)結(jié)構(gòu)，它包括上部、側(cè)面及底部保溫結(jié)構(gòu)，上部與底部保溫結(jié)構(gòu)與前期專利中相同，不同之處在于側(cè)面保溫結(jié)構(gòu)由上下結(jié)構(gòu)相同改為由上至下保溫層厚度逐漸減小，鳥籠狀加熱體直徑由上至下逐漸減小，呈倒錐形。本發(fā)明熱場均勻合理，晶體生長速度穩(wěn)定，可有效減少晶體產(chǎn)生云霧、粘堝等缺陷，工藝控制人員依賴性低，晶體生長成品率高。
【IPC分類】C30B17/00, C30B29/20
【公開號】CN105088332
【申請?zhí)枴緾N201510553932
【發(fā)明人】左洪波, 楊鑫宏, 張學(xué)軍
【申請人】哈爾濱奧瑞德光電技術(shù)有限公司
【公開日】2015年11月25日
【申請日】2015年9月2日