專利名稱：藍寶石單晶生長裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種藍寶石單晶生長裝置，尤其涉及一種能夠減少晶種替換的工序時間的藍寶石單晶生長裝置。
背景技術(shù)：
藍寶石是具有六方晶系結(jié)構(gòu)的氧化鋁(Al2O3)的單晶。藍寶石單晶在發(fā)光二極管(LED)制造時用作基板。藍寶石單晶制造方法有提拉法(czochralski method:以下簡稱 CZ 法)、火焰熔融法(verneuil method)、泡生法(kyropoulos method)、導(dǎo)模法(EFG 法，Edge-Defined Film-Fed Growth)、HEM 法(heat exchanger method,熱交換法)等。其中，CZ法可實現(xiàn)單晶的大型化，容易調(diào)節(jié)溫度梯度，從而能夠生產(chǎn)高質(zhì)量的單晶，并且在制造C面基板時能夠防止浪費原料，因此是非常有效的方法。并且，近年來為了提高LED制造時的 生產(chǎn)性能并減少制造單價，基板的直徑正在變大，而在這種趨勢下利用CZ法的藍寶石晶體生長同樣具有很多優(yōu)點。圖I為示出了利用現(xiàn)有技術(shù)的CZ法的藍寶石單晶生長裝置10的圖。如圖I所示，位于由隔熱材料構(gòu)成的坩堝收容容器11的內(nèi)部的坩堝12中填充有氧化鋁，高頻線圈14加熱坩堝12。通過坩堝12的熱，氧化鋁熔融而形成氧化鋁熔液13。提升棒15的下端連接晶種16，接觸氧化鋁熔液13后，一邊旋轉(zhuǎn)一邊緩緩提升，從而生長藍寶石單晶17。此時，氧化鋁熔液13中需要形成對流現(xiàn)象，而為了觀察熔液13的對流現(xiàn)象，使用CCD攝像機(電荷耦合攝像機)(未示出)。但是，由于CXD攝像機的位置、過濾器、縮放等，有時也不能準(zhǔn)確觀察到對流現(xiàn)象。由此，會發(fā)生高頻線圈14的輸出持續(xù)增加，使得藍寶石單晶生長裝置10的內(nèi)部溫度也隨之提高，從而會發(fā)生晶種16熔化變短或在提升棒15的下端完全消失的情況。最終，導(dǎo)致無法進行藍寶石單晶17的生長，因此需要在提升棒15的下端替換并連接新晶種16。為此，需要使高頻線圈10的輸出值達到0，并使其自然冷卻。接著，在提升棒15的下端連接晶種16。當(dāng)再次增加高頻線圈14的輸出值時，高頻線圈14加熱坩堝12。即，為了替換晶種來生長藍寶石單晶，需要變化高頻線圈的輸出，這需要相當(dāng)長的時間。因此，存在以下問題，在晶種替換方面需要相當(dāng)長的時間。并且，坩堝或坩堝收容容器被反復(fù)冷卻或再加熱而變形，由此還具有壽命減少的問題。

發(fā)明內(nèi)容
要解決的技術(shù)問題本發(fā)明的目的在于提供一種容易進行設(shè)置在晶種桿上的晶種替換，能夠減少替換晶種所需時間的藍寶石單晶生長裝置。并且，本發(fā)明的目的還在于提供一種能夠減少因反復(fù)冷卻和再加熱引起的坩堝或坩堝收容容器的變形并能夠延長坩堝或坩堝收容容器壽命的藍寶石單晶生長裝置。技術(shù)方案
本發(fā)明公開了一種藍寶石單晶生長裝置，其為在氧化鋁熔液中接觸晶種后使其上升，從而使藍寶石單晶生長的藍寶石單晶生長裝置，其特征為，所述藍寶石單晶生長裝置包括第一腔室(所述第一腔室的上面形成有插入口)，其容納氧化鋁，所述氧化鋁在其中熔融；第二腔室，其設(shè)置在所述第一腔室的上部，以與所述第一腔室的插入口接通；晶種桿(所述晶種桿的終端設(shè)置有所述晶種)，其通過所述第二腔室下降至所述第一腔室內(nèi)，或從所述第一腔室上升；以及腔室阻隔部，其設(shè)置在所述第二腔室的下端，開閉所述插入口，為了替換所述晶種，當(dāng)所述晶種桿的終端上升并位于所述第二腔室的內(nèi)部時，所述腔室阻隔部關(guān)閉所述插入口。本發(fā)明還公開了一種藍寶石單晶生長裝置，其特征為，所述第一腔室包括坩堝收容容器，其位于所述第一腔室的內(nèi)部；坩堝，其位于所述坩堝收容容器的內(nèi)部并裝有所述氧化鋁；以及加熱部，其被配置為包圍所述坩堝收容容器，并使所述氧化鋁熔融而形成所述氧化鋁熔液。并且，本發(fā)明還公開了一種藍寶石單晶生長裝置，其特征為，所述第二腔室包括氣 體管線，所述氣體管線從所述第二腔室的外周面延長，并向所述第二腔室的內(nèi)部注入可控氣氛(controlled atmosphere)。并且，本發(fā)明還公開了一種藍寶石單晶生長裝置，其特征為，所述坩堝收容容器由隔熱材料構(gòu)成。并且，本發(fā)明還公開了一種藍寶石單晶生長裝置，其特征為，所述加熱部為高頻線圈。有益效果本發(fā)明的藍寶石單晶生長裝置包括第一腔室、第二腔室、晶種桿及腔室阻隔部。其中，第二腔室設(shè)置在所述第一腔室的上部，以與通過晶種桿的第一腔室的插入口接通，可控氣氛被注入到第二腔室的內(nèi)部。并且，當(dāng)腔室阻隔部被設(shè)置在第二腔室的下端并關(guān)閉插入口時，第二腔室和第一腔室達到隔離狀態(tài)。因此，晶種位于與第一腔室處于隔離狀態(tài)的第二腔室的內(nèi)部，通過可控氣氛被冷卻后可被替換?，F(xiàn)有技術(shù)中，為了在單一腔室內(nèi)替換晶種，需要經(jīng)過相當(dāng)長時間對加熱部進行冷卻和再加熱，但是通過本發(fā)明能夠省略需要相當(dāng)長時間的對加熱部的冷卻和再加熱。因此，本發(fā)明的藍寶石單晶生長裝置具有以下效果，可顯著減少用于晶種替換的時間。并且，本發(fā)明的藍寶石單晶生長裝置，在晶種的替換中通過加熱部被反復(fù)冷卻和再加熱的坩堝或坩堝收容容器保持在一定溫度環(huán)境下，從而具有能夠防止由反復(fù)的冷卻和再加熱引起的變形和壽命減少的效果。


圖I為利用了現(xiàn)有技術(shù)的CZ法的藍寶石單晶生長裝置的圖。圖2為示出了本發(fā)明的優(yōu)選實施例的藍寶石單晶生長裝置的圖。圖3為示出了圖2所示藍寶石單晶生長裝置的第二腔室的腔室阻隔部的立體圖。附圖標(biāo)記說明100 :藍寶石單晶生長裝置101 :第一腔室 102 :坩堝收容容器
103 : 甘堝104 :加熱部105:第二腔室106:晶種桿107:腔室阻隔部 110:晶種151 :氣體管線
具體實施例方式下面，參照附圖對本發(fā)明的優(yōu)選實施例進行詳細的說明。在說明本發(fā)明時，當(dāng)判斷為關(guān)聯(lián)的公知功能或結(jié)構(gòu)的具體說明會不必要地使本發(fā)明的主旨不清楚時，省略其詳細說明。 圖2為示出了本發(fā)明優(yōu)選實施例的藍寶石單晶生長裝置100的圖，圖3為示出了圖2所示藍寶石單晶生長裝置100的第二腔室105的腔室阻隔部107的立體圖。如圖2及圖3所示，本發(fā)明優(yōu)選實施例的藍寶石單晶生長裝置100包括第一腔室101、坩堝收容容器102、坩堝103、加熱部104、第二腔室105、晶種桿106及腔室阻隔部107，將設(shè)置在晶種桿106終端上的晶種110接觸到氧化鋁熔液后，使其上升，從而使藍寶石單晶120生長。第一腔室101收容坩堝收容容器102、坩堝103及加熱部104，從而使坩堝收容容器102、坩堝103及加熱部104不受外部環(huán)境影響，起到保護作用，并且防止坩堝收容容器102、坩堝103及加熱部104的熱向外部、第一腔室101的外部發(fā)散。并且，第一腔室101的上面配置有上蓋101a，上蓋IOla可從第一腔室101分離，從而還起到如同第一腔室101的蓋子的功能。并且，上蓋IOla上形成有插入口 111。插入口 111使第一腔室101的內(nèi)部和外部連通，晶種桿106可通過插入口 111下降至第一腔室101的內(nèi)部并插入。坩堝收容容器102位于第一腔室101的內(nèi)部，并且由隔熱材料構(gòu)成。坩堝103位于坩堝收容容器102的內(nèi)部并用于裝氧化鋁。此時，氧化鋁為固態(tài)。并且，坩堝103由銥材料制造，坩堝103的大小可根據(jù)藍寶石單晶120的大小選擇。并且，坩堝103的上面為開放的狀態(tài)，并且與第一腔室101的插入口 111對應(yīng)。加熱部104配置為包圍坩堝收容容器102，加熱坩堝103使裝在坩堝103中的氧化鋁熔融，從而形成氧化鋁熔液。并且，加熱部104的輸出可調(diào)整，增加加熱部104的輸出直至固態(tài)氧化鋁生成為熔融的氧化鋁熔液而在氧化鋁熔液中發(fā)生對流現(xiàn)象。優(yōu)選地，加熱部104由纏繞坩堝收容容器102的高頻線圈構(gòu)成。另一方面，為了確認(rèn)坩堝103中氧化鋁熔液的對流現(xiàn)象，第一腔室101的上蓋IOla上形成第一觀察窗口 113。通過第一觀察窗口 113確認(rèn)氧化鋁熔液的當(dāng)前狀態(tài)。當(dāng)發(fā)生氧化鋁熔液的對流現(xiàn)象時，停止增加加熱部104的輸出，能夠?qū)崿F(xiàn)利用晶種110的藍寶石單晶120的生長。此時，第一腔室101的內(nèi)部過亮，難以用肉眼確認(rèn)氧化鋁熔液的狀態(tài)。因此，CXD攝像機等拍攝裝置(未示出)通過第一觀察窗口 113拍攝氧化鋁熔液并提供氧化鋁熔液的狀態(tài)。第二腔室105設(shè)置在第一腔室101的上部，以與第一腔室101的插入口 111接通。通常，為了確認(rèn)氧化鋁熔液的當(dāng)前狀態(tài)，即使使用拍攝裝置，根據(jù)拍攝裝置的位置、濾鏡、變焦等，有時也不能準(zhǔn)確觀察到熔液的狀態(tài)，尤其是對流現(xiàn)象。因此會發(fā)生以下情況，即使發(fā)生對流現(xiàn)象加熱部104的輸出還會持續(xù)增加。此時，第一腔室101的內(nèi)部溫度升高，導(dǎo)致晶種110在實現(xiàn)藍寶石單晶120的生長之前變小或熔化。此時，第二腔室105用于替換設(shè)置在晶種桿106的終端的晶種110。并且，優(yōu)選地，第二腔室105的內(nèi)徑的形成大小為以晶種110幾乎接觸第二腔室105內(nèi)壁的程度。因此，晶種110能夠不受第二腔室105的干擾而通過第二腔室105，并且能夠限制第一腔室101內(nèi)部的熱通過第二腔室105發(fā)散。并且，第二腔室105的外周面上形成氣體管線151。氣體管線151將可控氣氛注入到第二腔室105的內(nèi)部。這種可控氣氛限制第一腔室104內(nèi)部的熱通過第二腔室105，并且冷卻位于第二腔室105內(nèi)部的晶種桿106。并且，第二腔室105的外周面上形成第二觀察窗口 153?？赏ㄟ^第二觀察窗口 153確認(rèn)第二腔室105的內(nèi)部。因此，設(shè)置在晶種桿106終端的晶種110位于第二腔室105的內(nèi)部并被冷卻，從而能夠確認(rèn)是否能夠替換?！?br> 晶種桿106通過第二腔室105下降至第一腔室101內(nèi)，或從第一腔室101上升。隨著在晶種桿106的終端上設(shè)置晶種110，晶種桿106下降使晶種110接觸氧化鋁熔液后上升，從而使晶種110生長為監(jiān)寶石單晶120。此時，晶種桿106也同樹禍103由依材料構(gòu)成。腔室阻隔部107設(shè)置在第二腔室105的下端，開閉插入口 111。通常，腔室阻隔部107使插入口 111保持在開放的狀態(tài)，并且使晶種110通過晶種桿106的下降和上升而順利地生長為藍寶石單晶120。另一方面，當(dāng)晶種110在生長為藍寶石單晶120之前變小或熔化時，需要進行替換。此時，利用第二觀察窗口 153使晶種桿106的終端位于第二腔室105的內(nèi)部。接著，腔室阻隔部107關(guān)閉插入口 111使第一腔室101和第二腔室105達到隔離狀態(tài)。因此，設(shè)置在晶種桿106終端的晶種110在被替換之前不受第一腔室101內(nèi)部的熱的影響，能夠被通過氣體管線151注入的可控氣氛集中冷卻。晶種110在第二腔室中被充分冷卻到可替換的溫度后被替換。腔室阻隔部107再次開放插入口 111，晶種110利用晶種桿106下降至第一腔室101內(nèi)而生長藍寶石單晶120。并且，如圖3所示，雖然示出了腔室阻隔部107在第二腔室105的下端以一軸為中心，通過左右旋轉(zhuǎn)來開閉插入口 111，但不限于此，其可以以相對于第二腔室105直線移動或位于第二腔室105的內(nèi)壁上，以一軸為中心上下方向旋轉(zhuǎn)等多種方式開閉插入口 111。為了確認(rèn)本發(fā)明的藍寶石單晶生長裝置100的效果，在下述實施例I、實施例2及比較例I中測定了晶種110熔化后被替換，直至再通過藍寶石單晶生長裝置100生長為藍寶石單晶120的狀態(tài)所需的時間。實施例I利用了包括第二腔室105和腔室阻隔部107的藍寶石單晶生長裝置，在第二腔室105中沒有注入可控氣氛。在第一腔室101的內(nèi)部，晶種110熔化的狀態(tài)下，晶種桿106上升，晶種110位于第二腔室105的內(nèi)部。此時，通過腔室阻隔部107關(guān)閉插入口111，晶種110在沒有采取特別措施的情況下，使其在第二腔室105內(nèi)自然冷卻。晶種110在達到可替換的溫度時被替換，在插入口 111通過腔室阻隔部107再次開放的狀態(tài)下，通過晶種桿106再次下降至第一腔室101內(nèi)。至此，測定了各步驟所需的時間。實施例2同實施例I 一樣利用了包括第二腔室105和腔室阻隔部107的藍寶石單晶生長裝置，但是與實施例I不同，向第二腔室105注入了可控氣氛。在第一腔室101的內(nèi)部，晶種Iio在熔化的狀態(tài)下，晶種桿106上升，晶種110位于第二腔室105的內(nèi)部。此時，通過腔室阻隔部107關(guān)閉插入口 111，晶種110通過注入到第二腔室105內(nèi)的可控氣氛被冷卻。晶種110達到可替換的溫度后被替換，在插入口 111被腔室阻隔部107再次開放的狀態(tài)下，通過晶種桿106再次下降至第一腔室101內(nèi)。至此，測定了各步驟所需的時間。比較例I利用了不包括第二腔室105和腔室阻隔部107的藍寶石生長裝置。因此，執(zhí)行的步驟如同現(xiàn)有技術(shù)，是加熱部104的輸出值達到O的冷卻(cool down)步驟,在第一腔室101的內(nèi)部熔化的晶種110位于第一腔室101的外部，在沒有采取特別的措施的情況下，使其自然冷卻。晶種110達到可替換的溫度后，再次執(zhí)行升溫步驟，使加熱部104的輸出值增加以再次發(fā)生氧化鋁熔液的對流現(xiàn)象，晶種110再次下降至第一腔室101內(nèi)。至此，測定了各步驟所需的時間。實驗結(jié)果如表I所示。表I顯示了為了晶種110的替換而執(zhí)行的各個步驟所需的時間。
表I
實施例I實施例2比較例I
冷去POO20
可控氣氛注入 O O
晶種自然冷卻 5O24
晶種替換
清洗(purge) O. 5O. 5I. 5
升溫OO15
合計θΓδ2 5605查看表I可確認(rèn)，本實施例的藍寶石單晶生長裝置100包括第二腔室105和腔室阻隔部107，因此省略了冷卻和升溫步驟，冷卻晶種的時間顯著減少。并且確認(rèn)了通過在第二腔室105中注入可控氣氛，使得晶種的冷卻時間減少更多。因此，本發(fā)明的藍寶石單晶生長裝置利用用于替換晶種的第二腔室，省略了調(diào)節(jié)加熱部輸出的步驟，向依靠腔室阻隔部與第一腔室隔離的第二腔室注入可控氣氛，迅速冷卻晶種，使其可替換。因此，晶種110的替換時間顯著減少，并且能夠防止藍寶石單晶的生產(chǎn)性能下降。并且，坩堝或坩堝收容容器，由于省略了反復(fù)冷卻和再加熱，從而減少了由冷卻和再加熱引起的變形，還能防止由此引起的壽命減少。以上，對具體實施例進行了說明，但是對于本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明的范圍內(nèi)可進行各種變形是顯而易見的。
權(quán)利要求
1.一種藍寶石單晶生長裝置，其為在氧化鋁熔液中接觸晶種后使其上升，從而使藍寶石單晶生長的藍寶石單晶生長裝置，其特征在于，所述藍寶石單晶生長裝置包括 第一腔室，其容納氧化鋁，所述氧化鋁在其中熔融，所述第一腔室的上面形成有插入Π ； 第二腔室，其設(shè)置在所述第一腔室的上部，以與所述第一腔室的插入口接通； 晶種桿，其通過所述第二腔室下降至所述第一腔室內(nèi)，或從所述第一腔室上升，所述晶種桿的終端設(shè)置有所述晶種；以及 腔室阻隔部，其設(shè)置在所述第二腔室的下端，開閉所述插入口 ； 為了替換所述晶種，當(dāng)所述晶種桿的終端上升并位于所述第二腔室的內(nèi)部時，所述腔室阻隔部關(guān)閉所述插入口。
2.如權(quán)利要求I所述的藍寶石單晶生長裝置，其特征在于，所述第一腔室包括 坩堝收容容器，其位于所述第一腔室的內(nèi)部； 坩堝，其位于所述坩堝收容容器的內(nèi)部并裝有所述氧化鋁；以及加熱部，其被配置為包圍所述坩堝收容容器，并使所述氧化鋁熔融而形成所述氧化鋁熔液。
3.如權(quán)利要求I所述的藍寶石單晶生長裝置，其特征在于，所述第二腔室包括氣體管線，所述氣體管線從所述第二腔室的外周面延長，并向所述第二腔室的內(nèi)部注入可控氣氛。
4.如權(quán)利要求2所述的藍寶石單晶生長裝置，其特征在于，所述坩堝收容容器由隔熱材料構(gòu)成。
5.如權(quán)利要求2所述的藍寶石單晶生長裝置，其特征在于，所述加熱部為高頻線圈。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種藍寶石單晶生長裝置，其為在氧化鋁熔液中接觸晶種后將其上升，從而使藍寶石單晶生長的藍寶石單晶生長裝置，其包括第一腔室(第一腔室的上面形成有插入口)，其容納氧化鋁，氧化鋁在其中熔融；第二腔室，其設(shè)置在第一腔室的上部，以與第一腔室的插入口接通；晶種桿(晶種桿的終端設(shè)置有晶種)，其通過第二腔室下降至第一腔室內(nèi)，或從第一腔室上升；以及腔室阻隔部，其設(shè)置在第二腔室的下端，開閉插入口，為了替換晶種，當(dāng)晶種桿的終端上升并位于第二腔室的內(nèi)部時，腔室阻隔部關(guān)閉插入口。上述藍寶石單晶生長裝置通過顯著減少晶種替換的時間，提高生產(chǎn)性能，防止由反復(fù)冷卻和再加熱引起的變形和壽命減少。
文檔編號C30B15/00GK102899717SQ201210262668
公開日2013年1月30日 申請日期2012年7月26日 優(yōu)先權(quán)日2011年7月26日
發(fā)明者郭晚錫, 金大淵 申請人:株式會社Kcc