[發(fā)明專(zhuān)利]一種成型藍(lán)寶石晶體的生長(zhǎng)方法及設(shè)備

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201210037678.8
• 申請(qǐng)日: 2012-02-17
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN103255477B
• 公開(kāi)（公告）日: 2016-10-19
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 維塔利·塔塔琴科;劉一凡;帕維爾·斯萬(wàn)諾夫;李東振;王東海;陳文淵;朱枝勇;牛沈軍
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 江蘇中電振華晶體技術(shù)有限公司
• 主分類(lèi)號(hào): C30B29/20
• 分類(lèi)號(hào): C30B29/20;C30B15/34;C30B15/28
• 代理公司: 北京一格知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11316
• 代理人: 滑春生

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于晶體生長(zhǎng)技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種晶體的生長(zhǎng)方法，尤其涉及一種成型藍(lán)寶石晶體的生長(zhǎng)方法；同時(shí)，本發(fā)明還涉及一種成型藍(lán)寶石晶體的生長(zhǎng)設(shè)備。

背景技術(shù)

藍(lán)寶石的組成為氧化鋁(Al₂O₃)，是由三個(gè)氧原子和兩個(gè)鋁原子以共價(jià)鍵形式結(jié)合而成，其晶體結(jié)構(gòu)為六方晶格結(jié)構(gòu)。由于藍(lán)寶石具有高聲速、耐高溫、抗腐蝕、高硬度、高透光性、熔點(diǎn)高(2045℃)等特點(diǎn)，因此常被用來(lái)作為光電元件的材料。目前超高亮度白/藍(lán)光LED的品質(zhì)取決于氮化鎵外延層(GaN)的材料品質(zhì)，而氮化鎵外延層品質(zhì)則與所使用的藍(lán)寶石襯底表面加工品質(zhì)息息相關(guān)。由于藍(lán)寶石(單晶Al₂O₃)c面與Ⅲ-Ⅴ和Ⅱ-Ⅵ族沉積薄膜之間的晶格常數(shù)失配率小，同時(shí)符合GaN外延制程中耐高溫的要求，使得藍(lán)寶石晶片成為制作白/藍(lán)/綠光LED的關(guān)鍵材料。

藍(lán)寶石晶體材料的生長(zhǎng)方法目前已有很多種方法，主要有：導(dǎo)模法(即Edge?Defined?Film-fed?Growth?Techniques法，簡(jiǎn)稱(chēng)EFG法)、布里奇曼法(即Bridgman法，或坩堝下降法)、泡生法(即Kyropoulos法，簡(jiǎn)稱(chēng)Ky法)、熱交換法(即Heat?Exchanger?Method法，簡(jiǎn)稱(chēng)HEM法)、提拉法(即Czochralski法，簡(jiǎn)稱(chēng)Cz法)等。

導(dǎo)模法也稱(chēng)邊緣限定薄膜喂料法，主要用于生長(zhǎng)薄板材料。它利用了毛細(xì)原理，將熔體導(dǎo)入模具的頂部，用籽晶將這部分熔體提拉生成單晶片。然后利用掏片加工，掏制出一個(gè)個(gè)LED用的毛片。由于長(zhǎng)晶過(guò)程中，薄板的雙面均有大面積的氣泡，所以板材的厚度大于標(biāo)準(zhǔn)LED用的襯底厚度，導(dǎo)致晶片加工過(guò)程中的去除量大，直接增加了晶片加工成本。

坩堝下降法，主要是以移動(dòng)坩堝的方式，使熔體內(nèi)產(chǎn)生溫度梯度，進(jìn)而開(kāi)始生長(zhǎng)晶體。坩堝下降法所使用的加熱器分為上下兩部分，爐體內(nèi)上方之加熱器溫度較高，下方溫度較低，利用加熱器產(chǎn)生的溫差造成其溫度梯度產(chǎn)生，進(jìn)而生長(zhǎng)晶體。由于生長(zhǎng)過(guò)程中，加熱器的溫度是不變的，其晶體生長(zhǎng)時(shí)的固液界面與加熱器的距離是固定的，此時(shí)必須使坩堝下降，使熔體經(jīng)過(guò)固液界面，利用坩堝下降之方式，使熔體正常凝固形成單晶。晶體的形狀可以隨坩堝的形狀而定，適合異型晶體的生長(zhǎng)。

凱氏長(zhǎng)晶法(Kyropoulos?Method)，簡(jiǎn)稱(chēng)KY法，亦稱(chēng)泡生法。其原理與柴氏拉晶法(Czochralski?Method)類(lèi)似，先將原料加熱至熔點(diǎn)后熔化形成熔體，再以單晶的籽晶(Seed?Crystal)接觸到熔體表面，在籽晶與熔體的固液界面上開(kāi)始生長(zhǎng)和籽晶相同晶體結(jié)構(gòu)的單晶，籽晶以極緩慢的速度往上拉升，但在籽晶往上拉晶一段時(shí)間以形成晶頸，待熔體與籽晶界面的凝固速率穩(wěn)定后，籽晶便不再拉升，也沒(méi)有作旋轉(zhuǎn)，僅以控制冷卻速率方式來(lái)使單晶從上方逐漸往下凝固，最后凝固成一整個(gè)單晶晶碇。然后，利用掏棒加工，沿垂直軸向掏制標(biāo)準(zhǔn)LED用的晶棒。泡生法的優(yōu)點(diǎn)是：高品質(zhì)(光學(xué)等級(jí))，低缺陷密度；缺點(diǎn)是：操作復(fù)雜、一致性不高、成品率較低、不易生長(zhǎng)C軸晶體、材料利用率很低。此外泡生法引晶難度很大，需要長(zhǎng)時(shí)間學(xué)習(xí)才能掌握，對(duì)操作人員的要求很高。

上述三種長(zhǎng)晶方法都有自己的優(yōu)勢(shì)，但也存在各自的不足。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是：提供一種成型藍(lán)寶石晶體的生長(zhǎng)方法，可制得近圓柱狀的藍(lán)寶石晶體，有效提高藍(lán)寶石晶體制備效率，降低生產(chǎn)成本。

此外，本發(fā)明還提供一種成型藍(lán)寶石晶體的生長(zhǎng)設(shè)備，可制得近圓柱狀的藍(lán)寶石晶體，有效提高藍(lán)寶石晶體制備效率，降低生產(chǎn)成本。

為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

一種成型藍(lán)寶石晶體的生長(zhǎng)方法，所述方法包括如下步驟：

步驟S1、將設(shè)定重量的高純藍(lán)寶石塊料或粉料裝入一坩堝中；所述坩堝的上部呈長(zhǎng)方體形狀，底部呈半圓柱面形狀；所述坩堝上部?jī)?nèi)還設(shè)有半圓柱面的內(nèi)坩堝，內(nèi)坩堝上部連有一根細(xì)管，內(nèi)坩堝的材料為與藍(lán)寶石熔體具有浸潤(rùn)性的耐高溫材料或其合金材料；內(nèi)坩堝放在藍(lán)寶石料上，放置時(shí)保證內(nèi)坩堝上的細(xì)管和籽晶的同軸度；

步驟S2、將晶體生長(zhǎng)爐抽真空，真空度為～10^-3Pa；

步驟S3、通過(guò)加熱器控制晶體生長(zhǎng)爐升溫至2000-2100℃，待藍(lán)寶石熔化成熔體；熔體通過(guò)內(nèi)坩堝上部的細(xì)管依據(jù)毛細(xì)管原理上升到細(xì)管頂部，形成熔體膜；

步驟S4、下籽晶，進(jìn)行引晶；