[實用新型]用提拉法生長鋁酸鋰晶體的裝置

無效

• 申請號: 200820155745.5
• 申請日: 2008-11-21
• 公開（公告）號: CN201321505Y
• 公開（公告）日: 2009-10-07
• 發明（設計）人: 周圣明;林輝;王軍;滕浩
• 申請（專利權）人: 中國科學院上海光學精密機械研究所
• 主分類號: C30B15/00
• 分類號: C30B15/00;C30B29/22
• 代理公司: 上海新天專利代理有限公司
• 代理人: 張澤純

技術領域

本實用新型涉及鋁酸鋰晶體，特別是一種用提拉法生長鋁酸鋰晶體的裝置。

背景技術

近年來，鋁酸鋰晶體因在其上可以外延獲得非極性的GaN薄膜及器件而引起了研究人員很大興趣。但是，采用傳統提拉法生長鋁酸鋰晶體過程中往往伴隨著嚴重的熔體組分揮發，晶體偏離化學計量比比較嚴重，使晶體出現失透、開裂等現象，晶體質量受到影響且難以長長；另外在晶體生長降溫過程中產生的熱應力會使得晶體在降溫過程中炸裂或在切片加工中出現晶片曲翹甚至開裂等現象。傳統提拉爐裝置見圖1，圖中：1-爐壁、4-保溫罩上蓋、5-籽晶桿、6-氧化鋯保溫罩、8-銥坩堝、9-石英桶、10-氧化鋯保溫砂、11-氧化鋁托盤、12-托盤支架、13-感應線圈、14-爐壁觀察窗口、19-保溫罩側壁觀察窗口。圖1中還有，15-熔體、16-籽晶、17-光線、18-人眼。這是因為用傳統提拉爐裝置進行鋁酸鋰晶體生長的坩堝外有中空圓柱體的保溫罩6，該保溫罩一般是用氧化鋯制成的，保溫罩頂部有氧化鋯頂蓋4，頂蓋中央有一小的開孔，籽晶桿通過此孔，伸入保溫罩內部，通過籽晶桿5下端固定的籽晶16從熔體中提拉出晶體。另一方面，保溫罩6外側一般開有一個小孔，此保溫罩6外側觀察窗19和保溫罩頂部的頂蓋的開孔由于溫差形成對流通路，但這種保溫罩往往不能解決組分易揮發的高溫晶體生長的質量問題，而如何抑制晶體在高溫生長時組分的揮發，是得到高質量晶體材料的技術關鍵。因此，開發一種可以有效解決用提拉法生長的鋁酸鋰晶體過程中存在的熔體組分揮發及減小由溫場分布不均、溫度梯度不對稱而在晶體中引入的熱應力的生長裝置便顯得越發重要了。

發明內容

本實用新型的目的是解決用提拉法(Czochralski法或Cz法)生長鋁酸鋰晶體過程中碰到的最突出的熔體組分揮發的問題，提供一種用提拉法生長鋁酸鋰晶體的裝置，防止鋁酸鋰晶體在生長過程中組分偏離化學計量比而引起晶體失透和開裂現象，實現大尺寸高質量鋁酸鋰晶體生長。

在Cz法鋁酸鋰晶體生長階段，導致鋁酸鋰熔體揮發的機制比較復雜。我們大量的實驗發現銥堝和其上保溫罩系統的微小變動就有可能使幾乎無揮發狀態變為嚴重揮發狀態。由此我們認為，抑制揮發的關鍵是通過調節溫場，抑制熔體上方保溫罩內腔與罩外的氣體對流。其中一個主要的強烈氣體對流就是由位于保溫罩側面的觀察窗口導致溫場和溫度梯度分布的不對稱所引起的，從而嚴重影響溫場的穩定性、均勻性，導致鋁酸鋰晶體在生長過程中存在嚴重的組分揮發現象。

本實用新型的技術解決方案如下：

一種用提拉法生長鋁酸鋰晶體的裝置，包括一臺提拉法生長單晶爐，在爐壁構成的爐膛內有托盤支架，在該托盤支架上是氧化鋁托盤，在該氧化鋁托盤上設置石英桶和銥坩堝，在所述的銥坩堝上裝有圓筒形銥后熱器，在該銥后熱器之外設置圓筒形氧化鋯保溫罩，在所述的石英桶和銥坩堝、圓筒形氧化鋯保溫罩之間填充氧化鋯保溫砂，在所述的石英桶之外是感應線圈，所述的爐壁有爐壁觀察窗口，其特點在于：所述的圓筒形氧化鋯保溫罩側壁是完整的，不設觀察窗，在與所述的爐壁觀察窗口相對的爐壁上通過觀察鏡支架架設一塊觀察鏡于所述的圓筒形氧化鋯保溫罩的上方，以便通過所述的觀察鏡的反射實現對所述的銥坩堝內熔體界面的觀察。

所述的圓筒形氧化鋯保溫罩還有保溫罩上蓋。

所述的保溫罩上蓋是由透明材料或不透明材料制成的具有中央通孔的圓盤片，該通孔供方便觀察籽晶下種、晶體生長情況、和籽晶下種、晶體的提升等。

所述的保溫罩上蓋為雙面拋光的藍寶石圓片、雙面拋光的鎂鋁尖晶石圓片、雙面拋光的石英圓片或雙面拋光的釔鋁石榴石圓片。

所述的觀察鏡為拋光銅片鍍銀平面鏡、石英玻璃鍍銀平面鏡、K9玻璃鍍銀平面鏡、拋光銅片鍍銀微凸鏡面、石英玻璃鍍銀微凸鏡面，或K9玻璃鍍銀微凸鏡面。

本實用新型的技術效果：

該裝置由于所述的圓筒形氧化鋯保溫罩側壁是完整的，不設觀察窗可以有效改善傳統提拉法晶體生長系統中的溫場均勻性、對稱性，抑制提拉法生長鋁酸鋰晶體過程中由于強烈的側向氣體對流引起的熔體組分揮發，防止鋁酸鋰晶體在生長過程中嚴重偏離化學計量比，顯著提高了晶體生長的質量，可用生長出大尺寸高質量鋁酸鋰晶體；

本實用新型裝置也適用于生長非揮發類晶體，該裝置也可以有效改善提拉爐系統中的溫場及溫度梯度均勻性、對稱性，有利于提高晶體質量及成品率，且具有成本低廉，易于操作等優點。

附圖說明

圖1為現有的提拉晶體爐的示意圖，

圖2為本實用新型用提拉法生長鋁酸鋰晶體的裝置一個實施例的結構示意圖

具體實施方式