[發明專利]用于生產氧化陶瓷單晶的坩堝

有效

• 申請號: 201380020669.0
• 申請日: 2013-04-16
• 公開（公告）號: CN104487618B
• 公開（公告）日: 2017-08-25
• 發明（設計）人: 朱迪斯·亞努斯楚斯基;海克·拉切爾;曼弗萊德·蘇利克
• 申請（專利權）人: 普蘭西歐洲股份公司
• 主分類號: C30B11/00
• 分類號: C30B11/00;C30B29/20;C30B35/00
• 代理公司: 北京天昊聯合知識產權代理有限公司11112
• 代理人: 張天舒,張杰

技術領域

本發明涉及一種由鉬或具有大于95原子％的鉬含量的鉬合金制成的坩堝，以及一種用于其生產和用于生產藍寶石單晶的方法。

背景技術

氧化陶瓷單晶，例如藍寶石單晶，其特別之處是在一種由鉬制成的坩堝內生產出來的。單晶藍寶石基片被用于，例如，氮化鎵的外延沉積，其被廣泛用于生產LED和特定半導體激光器。用于拉升氧化陶瓷單晶的各種方法是公知的，例如HEM(熱交換法)，泡生法和EFG(邊緣限定硅膜生產工藝)。

坩堝的費用在總成本中占了一個顯著的比例，這是因為當凝固單晶從坩堝中除去時坩堝通常會破裂。造成這種情況的原因是固化的氧化物熔體和坩堝之間過度的密合性，以及由于再結晶和晶粒成長所引起的鉬的高脆性。

DE 102008060520A1描述了一種坩堝以及一種用于在此坩堝中處理高熔點材料的方法。其中，與該高熔點材料的熔體相接觸的坩堝表面的部分由一金屬涂層所覆蓋，該金屬涂層含有至少1800℃的高熔點金屬。如果在金屬涂層和所述坩堝之間沒有形成一種材料匹配連接，熱傳輸可以局部地被降低，從而對溫度分布的精確調節產生不利影響。

發明內容

本發明的一個目的在于，提供一種用于晶體生長的坩堝，一種制造坩堝的方法以及用于在所述坩堝中藍寶石單晶生長的方法，以此可以減少用于藍寶石單晶生長的坩堝的成本。

本發明的上述目的可通過一種坩堝來實現，所述坩堝的內側至少部分地具有一涂層，所述涂層含有選自由鎢和鉬組成的組中的至少一種難熔金屬并且包含有孔。該涂層的孔隙率優選為>5體積％。選自于>10體積％、>15體積％、>20體積％和>25體積％的孔隙率是特別優選的。此外，所述的孔優選地至少部分地彼此連接，此處涉及到開孔率。根據本發明的坩堝，特別適合用于生產氧化陶瓷單晶，例如藍寶石單晶。

在本發明下文的描述中，鎢、鉬和鎢/鉬合金有時會被單獨提及，或統稱為高熔點金屬。因此，術語“難熔金屬”覆蓋了鎢、鉬和在整個混合范圍中的鎢/鉬合金。

上述涂層的孔隙率通常會導致在涂層和坩堝中拉升的單晶之間具有非常高的粘合強度，這是由于氧化鋁的熔體滲透到孔隙中的緣故，因此除了化學/物理機制外，該涂層也導致了在固化后的機械微銜接效果。相反地，根據本發明的涂層與鉬坩堝之間具有很低的密合性。在這種情況下，也可以通過一額外的涂層有利地影響——也就是減小所述坩堝和所述層之間的粘合強度，從而降低了難熔金屬層和所述坩堝之間的擴散過程。當從坩堝中移除單晶時，在坩堝/涂層/氧化物體系中的薄弱點就是坩堝和涂層之間的接合面。單晶可以相對容易地從所述坩堝中至少與部分粘合層一起被移除。因此，可以重復至少一次使用坩堝。

有利地，在涂層中的難熔金屬含量是多于50質量％。難熔金屬含量優選選自于>75質量％、>90質量％、>95質量％和>99質量％的組。特別優選使用的是純鎢的涂層，鎢對于氧化鋁熔化而言具有最高的耐抗性。因此，根據本發明的涂層對于大多數氧化陶瓷熔化，特別是對于氧化鋁熔化而言具有很高的耐抗性。

優選地，難熔金屬會形成一種連續的骨架結構。對于涂層的孔隙率有利的上限為60體積％。在孔隙率超過60體積％的情況下，有利的骨架結構只能通過很高的流程支出才能形成。進一步有利的，以非常細的顆粒構造所述的涂層，并且顆粒的粒徑大小在從0.1至5微米的范圍內。從而避免了坩堝壁區域上的鋁熔化物形成不希望的晶種。

用于生產藍寶石單晶的，除了難熔金屬外，涂層也可以含有氧化鋁，因為這不會對藍寶石的純度產生不利影響。含有氧化鋁的復合材料是非常適合于生產藍寶石單晶的，因為復合材料中的氧化鋁在使用過程中熔化，一經固化后與藍寶石中的氧化鋁形成接合網絡，這導致涂層和藍寶石單晶之間良好的粘合性。對于難熔金屬有利的是，形成一個連續的骨架結構，其限制了氧化鋁的含量至，優選地至60體積％。

因此，比較有利的是，所述的涂層包括以下材料：純鉬，純鎢，在整個混合范圍內的鎢/鉬合金，鉬/氧化鋁復合材料，鎢/氧化鋁復合材料，和鉬/鎢/氧化鋁復合材料。

進一步地，所述的涂層優選地具有從5至400微米的涂層厚度，特別優選地是從10至200微米的涂層厚度。厚的涂層對于鉬坩堝具有相對較差的涂層粘合性，從而使得分離移除過程變得容易。

對于進程管理而言，進一步有利的是，所述的坩堝的相對密度為大于99％，尤其優選的是大于99.5％。

進一步地，本發明的目的通過一種用于制造坩堝的方法得以實現。