[發明專利]一種多片式導模法藍寶石晶片生長工藝

無效

• 申請號: 201410104117.4
• 申請日: 2014-03-19
• 公開（公告）號: CN103849928A
• 公開（公告）日: 2014-06-11
• 發明（設計）人: 汪傳勇;錢梅仙;左然;于海群
• 申請（專利權）人: 江蘇蘇博瑞光電設備科技有限公司
• 主分類號: C30B15/34
• 分類號: C30B15/34;C30B29/20
• 代理公司: 南京縱橫知識產權代理有限公司 32224
• 代理人: 董建林

技術領域

本發明涉及藍寶石晶體生長領域，特別是一種多片式導模法藍寶石晶片生長工藝。

背景技術

藍寶石單晶(α-Al₂O₃單晶)是一種簡單配位型氧化物晶體，屬六方晶系，空間群D63d2R3?mc?，具有良好的力學、機械、熱學和電學性能及穩定的物理化學性能，是一種耐高溫、耐磨損、抗腐蝕性和具有較寬透光波段的優質光功能材料。在激光、紅外、半導體、LED襯底、新能源技術、高檔奢侈品等領域有廣泛的應用。

與其它性質類似的功能材料相比，藍寶石產率低、生長速度慢、生產可重復性差，導致價格過于昂貴，大大限制了藍寶石晶體的應用。人類對藍寶石的認識較早，生長技術多樣，各種生長方法互有利弊，其中EFG法是利用液態藍寶石熔體的毛細現象，通過模具細縫引導Al₂O₃熔體上爬，并在模具口結晶的過程。在這一過程中對藍寶石結晶外形進行精確控制，得到理想外形的產品。這樣的生長方法簡化了晶體的加工程序，降低了晶體加工難度，減少了藍寶石晶體材料在加工過程中的浪費并節省了晶體生長時間，可以顯著提高經濟效益，是當前人工藍寶石晶體最具潛力的生長方法。

目前的導模法工藝水平普遍只能一次生長幾片晶片，例如少于10片，且寬度也較小，例如寬度＜50mm。在一次生長多片（例如≥10片）晶片時，由于同步性差，周向溫度梯度不均勻等因素，造成晶片位錯密度大，散射顆粒多，雜質分布不均勻等，導致晶體質量不理想，大大限制了其在多領域中的應用。

因此迫切需要在EFG法中同步生長更多片數的藍寶石單晶片，并保證晶體質量。

應該增加一些對已有的類似專利技術的介紹，特別指出已有專利技術的特色和不足，從而襯托你的發明的特色和重要性！！！

例如：發明專利（申請號201310045422）提出導模法生長多條藍寶石晶體的制備工藝，能夠實現對多顆晶體生長的同時及獨立的控制，但是，該專利對Al₂O₃料塊沒有進行處理，步驟1中控制單晶生長爐內的真空度為1.0×10^-3~1.0×10^-4Pa?，為高真空，需要使用分子泵，且分子泵和真空泵連續工作，成本高，操作不方便，同時真空泵振動大，容易造成晶體生長裂紋。?

發明內容

本發明提供了一種可同步生長出多片優質片狀藍寶石單晶體的工藝，對原有的生長工藝原料處理、裝爐、抽真空及充氬氣、升溫步驟進行改進，生長出多片高純度、無裂紋的藍寶石晶片。

本發明的技術方案為：一種多片式導模法藍寶石晶片生長工藝，包括以下步驟，

S01，藍寶石原料處理：將高純（99.999%）Al₂O₃料塊經過800℃~1000℃保溫5小時~20小時氧化氣氛烘干，裝入鉬制坩堝中并蓋好坩堝蓋。Al₂O₃料塊經過高溫氧化，不僅能夠烘干Al₂O₃料塊，同時有利于揮發料塊中的雜質，有利于提高晶片的純度。

S02，裝爐，將籽晶塊和藍寶石晶片生長模具裝入鉬制坩堝中固定，將鉬制坩堝放入鎢發熱體中，將石墨硬氈保溫罩空燒除塵后，套設在鎢發熱體外，綁好籽晶塊，校正籽晶桿，使籽晶桿垂直于藍寶石晶片模具，并且籽晶桿位于藍寶石晶片生長模具正中間；藍寶石晶片生長模具為新式間夾并排式模具，包括若干片狀夾片，所述片狀夾片之間設置有縫隙，所述縫隙為藍寶石晶片生長區，這種模具擺放方式保證了各模具口處溫度的一致性，同時避免由于晶片散熱過快而導致的熱應力問題，為得到優質藍寶石單晶片奠定了基礎。根據晶片形狀及模具擺放位置，設計了一種新式長方形鉬制坩堝，鉬制坩堝包括鉬坩堝堝體、坩堝蓋，所述鉬坩堝堝體為長方形堝體，所述坩堝蓋設置有模具孔，所述藍寶石晶片生長模具設置在模具孔中，將晶片的周向溫度梯度均勻合理的分布在每一片晶片上，保證了每片晶片在寬度方向和厚度方向上溫度梯度的一致性，便于多片晶片同步控制。

在該步驟中，籽晶塊包括籽晶桿連接端、籽晶本體和模具接觸端，籽晶桿連接端垂直設置在籽晶本體上表面，模具接觸端設置在籽晶本體下表面，模具接觸端背離籽晶本體的一端為楔形，模具接觸端的尖端用于與藍寶石晶片生長模具接觸，這樣，在引晶及放肩的過程中保證各片晶片的高度可以保持同步性和一致性；同時，籽晶塊的生長面C面朝向籽晶本體的一個側面設置，確定了晶片的生長方向，大大提高了晶片的晶向精度。