專利名稱：頂部籽晶溫度梯度法生長大尺寸高溫氧化物晶體的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及晶體生長新工藝，具體是一種用于頂部籽晶溫度梯度法(TSTGT)生長 大尺寸高溫氧化物晶體的方法。
背景技術(shù)：
隨著光通訊、激光工業(yè)和LED產(chǎn)業(yè)的發(fā)展、需要的各種光功能晶體材料的質(zhì)量和 尺寸越來越大。目前生長大尺寸高質(zhì)量的光功能晶體尤其是高溫氧化物晶體目前主要是泡 生法、提拉法(CZ)、熱交換法(HEM)、溫梯法(TGT)和坩堝下降法；以上方法都或多或少存在 一定的局限性、不能很好的實(shí)現(xiàn)高溫氧化物晶體的工業(yè)化生產(chǎn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所解決的技術(shù)問題在于提供一種能夠解決高溫氧化物晶體工業(yè)化批量生 產(chǎn)的質(zhì)量問題和質(zhì)量穩(wěn)定性問題的頂部籽晶溫度梯度法生長大尺寸高溫氧化物晶體的方 法。 本發(fā)明所解決的技術(shù)問題采用以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn) —種頂部籽晶溫度梯度法生長大尺寸高溫氧化物晶體的方法，其特征在于包括 提拉結(jié)構(gòu)，在所述的提拉結(jié)構(gòu)下與爐蓋和爐膛相連，所述的爐膛中設(shè)置有法蘭座、金屬發(fā)熱 體、保溫罩和坩堝，在所述的法蘭座下固定環(huán)狀組合保溫層，所述的坩堝下設(shè)置坩堝托和坩 堝托桿用于支撐坩堝，所述坩堝托桿外包裹下保溫罩。 所述的爐蓋包括小爐蓋、大爐蓋和下爐蓋，大爐蓋和下爐蓋固定在爐膛的上下面， 構(gòu)成了生長的空腔，在空腔的一側(cè)和真空裝置相通。 所述的小爐蓋、大爐蓋和下爐蓋都是可調(diào)梯度的，內(nèi)部設(shè)置有機(jī)械提升機(jī)構(gòu)。
所述的保溫罩外包覆有陶瓷絕緣體。 在所述坩堝的上部還設(shè)置可調(diào)梯度的坩堝蓋，用于達(dá)到保溫和熱反射的效果。
本發(fā)明的方法在于將泡生法、提拉法(CZ)、熱交換法(HEM)、溫梯法(TGT)和坩堝 下降法結(jié)合在一起，創(chuàng)造一個(gè)可調(diào)節(jié)溫度梯度和溫場中心的特殊高溫真空晶體爐，通過裝 爐、抽高真空、升溫化料、洗籽晶、實(shí)時(shí)溫場調(diào)節(jié)、提拉法下種、多次"縮徑工藝"、提拉法"放 肩工藝"、泡生法"等徑工藝"、HEM熱交換結(jié)合TGT技術(shù)等徑生長(控徑技術(shù)為CZ稱重)、CZ 法收尾&脫坩堝、退火，生產(chǎn)出大尺寸高溫氧化物晶體。同樣適用于高真空環(huán)境和氣氛保護(hù) 環(huán)境。 本發(fā)明的有益效果是利用最低的能耗和最低的成本制造出多種高品質(zhì)高溫氧化 物晶體材料制品。而對于提拉法(CZ)相比較結(jié)果通過結(jié)合泡生法、HEM、坩堝下降和TGT 的溫場設(shè)計(jì)優(yōu)點(diǎn)，成功實(shí)現(xiàn)了"平界面生長"，解決了提拉法"凸界面生長"應(yīng)力大從而引起 大位錯(cuò)密度的問題；通過結(jié)合泡生法、HEM、坩堝下降法和TGT的溫場設(shè)計(jì)和生長工藝優(yōu)點(diǎn)， 可以在較小的坩堝內(nèi)實(shí)現(xiàn)較大的晶體直徑(例如110 120匪的晶體只需130mm左右的坩 堝內(nèi)徑)；生長同尺寸的晶體能耗遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于提拉法；晶體生長中后期，大部分采用了泡生法
3的技術(shù)特點(diǎn)，避免的機(jī)械振動(dòng)的干擾。對于泡生法(Kyropoulos)比較結(jié)果通過結(jié)合泡生 法、提拉法、HEM和TGT的溫場設(shè)計(jì)優(yōu)點(diǎn)，結(jié)合提拉法工藝優(yōu)點(diǎn)，成功解決了傳統(tǒng)泡生法當(dāng)晶 體生長結(jié)束與剩余熔體脫離時(shí)產(chǎn)生較大熱沖擊的問題；在信號采集和溫度控制上有很大的 創(chuàng)新性，實(shí)現(xiàn)了晶體生長的實(shí)時(shí)控制?？朔藗鹘y(tǒng)泡生法晶體生長過程受外界因素變化影 響較大的缺點(diǎn)(如水溫變化，電壓波動(dòng))；采用特殊的方法和技術(shù)，解決了泡生法對溫場 對稱要求苛刻的缺點(diǎn)；結(jié)合提拉法工藝優(yōu)點(diǎn)，先進(jìn)行多次"縮徑"工藝有效減少籽晶上的位 錯(cuò)，采取先"提拉工藝"后"泡生工藝"。對于溫度梯度法(TGT)、熱交換法(HEM)和坩堝下 降法相比較結(jié)果采取了提拉法和泡生法的工藝優(yōu)點(diǎn)，采用了頂部下籽晶的方法，完全有別 與TGT、坩堝下降法和HEM的籽晶放置在坩堝底部；結(jié)合泡生法和提拉法的溫場設(shè)計(jì)優(yōu)點(diǎn)， 成功解決了坩堝下降法、TGT和HEM的主要缺點(diǎn)晶體和坩堝壁接觸從而產(chǎn)生應(yīng)力或寄生成 核。同時(shí)由于不與坩堝壁接觸，大大延長坩堝的使用壽命；同時(shí)，解決了坩堝下降法、TGT和 HEM生長過程不能直接觀察的問題，實(shí)現(xiàn)了晶體生長的實(shí)時(shí)控制。


圖1為本發(fā)明用于生長大尺寸高溫氧化物晶體的方法的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式
為了使本發(fā)明實(shí)現(xiàn)的技術(shù)手段、創(chuàng)作特征、達(dá)成目的與功效易于明白了解，下面結(jié) 合具體圖示，進(jìn)一步闡述本發(fā)明。 如圖1所示，一種頂部籽晶溫度梯度法生長大尺寸高溫氧化物晶體的方法，包括 提拉結(jié)構(gòu)l，將提拉結(jié)構(gòu)1與爐蓋2和爐膛3相連接，其中爐膛3中安裝法蘭座4、金屬發(fā)熱 體5、保溫罩6和坩堝7，金屬發(fā)熱體5放置在法蘭座4上，法蘭座4下固定環(huán)狀組合保溫層 8，坩堝7下安裝坩堝托9和坩堝托桿10用于支撐坩堝4，坩堝托桿10穿過下保溫罩11，并 在保溫罩6和下保溫罩11的外部包覆一層陶瓷絕緣體。在坩堝7的開口處還放置坩堝蓋 12，坩堝蓋12內(nèi)表面制有不同臺階面，具有可調(diào)梯度。 將爐蓋2分為小爐蓋21、大爐蓋22和下爐蓋23，大爐蓋22和下爐蓋23固定在爐 膛3的上下面，構(gòu)成了生長的空腔，在空腔的一側(cè)和真空裝置13相通。其中小爐蓋21、大爐 蓋22和下爐蓋23都是可調(diào)梯度的，內(nèi)部安裝有機(jī)械提升機(jī)構(gòu)。通過裝爐、抽高真空、升溫 化料、洗籽晶、實(shí)時(shí)溫場調(diào)節(jié)、提拉法下種、多次"縮徑工藝"、提拉法"放肩工藝"、泡生法"等 徑工藝"、HEM熱交換結(jié)合TGT技術(shù)等徑生長(控徑技術(shù)為CZ稱重)、CZ法收尾&脫坩堝、 退火后得到大尺寸高溫氧化物晶體。 以上顯示和描述了本發(fā)明的基本原理和主要特征和本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)。本行業(yè)的技術(shù) 人員應(yīng)該了解，本發(fā)明不受上述實(shí)施例的限制，上述實(shí)施例和說明書中描述的只是說明本 發(fā)明的原理，在不脫離本發(fā)明精神和范圍的前提下，本發(fā)明還會(huì)有各種變化和改進(jìn)，這些變 化和改進(jìn)都落入要求保護(hù)的本發(fā)明范圍內(nèi)。本發(fā)明要求保護(hù)范圍由所附的權(quán)利要求書及其 等效物界定。
權(quán)利要求
一種頂部籽晶溫度梯度法生長大尺寸高溫氧化物晶體的方法，其特征在于包括提拉結(jié)構(gòu)，在所述的提拉結(jié)構(gòu)下與爐蓋和爐膛相連，所述的爐膛中設(shè)置有法蘭座、金屬發(fā)熱體、保溫罩和坩堝，在所述的法蘭座下固定環(huán)狀組合保溫層，所述的坩堝下設(shè)置坩堝托和坩堝托桿用于支撐坩堝，所述坩堝托桿外包裹下保溫罩。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述生長大尺寸高溫氧化物晶體的方法，其特征在于所述的爐蓋 包括小爐蓋、大爐蓋和下爐蓋，大爐蓋和下爐蓋固定在爐膛的上下面，構(gòu)成了生長的空腔， 在空腔的一側(cè)和真空裝置相通。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述生長大尺寸高溫氧化物晶體的方法，其特征在于所述的小爐 蓋、大爐蓋和下爐蓋都是可調(diào)梯度的，內(nèi)部設(shè)置有機(jī)械提升機(jī)構(gòu)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述生長大尺寸高溫氧化物晶體的方法，其特征在于所述的保溫 罩外包覆有陶瓷絕緣體。
5. 根據(jù)權(quán)利要求l所述生長大尺寸高溫氧化物晶體的方法，其特征在于將泡生法、提拉法(CZ)、熱交換法(HEM)、溫梯法(TGT)和坩堝下降法結(jié)合在一起，創(chuàng)造一個(gè)可調(diào)節(jié)溫度 梯度和溫場中心的特殊高溫真空晶體爐，通過裝爐、抽高真空、升溫化料、洗籽晶、實(shí)時(shí)溫場 調(diào)節(jié)、提拉法下種、多次"縮徑工藝"、提拉法"放肩工藝"、泡生法"等徑工藝"、HEM熱交換結(jié) 合TGT技術(shù)等徑生長(控徑技術(shù)為CZ稱重)、CZ法收尾&脫坩堝、退火，生產(chǎn)出大尺寸高溫 氧化物晶體，同樣適用于高真空環(huán)境和氣氛保護(hù)環(huán)境。
全文摘要
一種頂部籽晶溫度梯度法生長大尺寸高溫氧化物晶體的方法，涉及晶體生長新工藝，將泡生法、提拉法(CZ)、熱交換法(HEM)、溫梯法(TGT)和坩堝下降法結(jié)合在一起，創(chuàng)造一個(gè)可調(diào)節(jié)溫度梯度和溫場中心的特殊高溫真空晶體爐，通過裝爐、抽高真空、升溫化料、洗籽晶、實(shí)時(shí)溫場調(diào)節(jié)、提拉法下種、多次“縮徑工藝”、提拉法“放肩工藝”、泡生法“等徑工藝”、HEM熱交換結(jié)合TGT技術(shù)等徑生長(控徑技術(shù)為CZ稱重)、CZ法收尾&脫坩堝、退火，生產(chǎn)出大尺寸高溫氧化物晶體，同樣適用于高真空環(huán)境和氣氛保護(hù)環(huán)境。有益效果是利用最低的能耗和最低的成本制造出多種高品質(zhì)高溫氧化物晶體材料制品。
文檔編號C30B11/00GK101705516SQ200910196349
公開日2010年5月12日 申請日期2009年9月25日 優(yōu)先權(quán)日2009年9月25日
發(fā)明者黃小衛(wèi) 申請人:上海元亮光電科技有限公司