生长大尺寸蓝宝石的单晶炉改进结构的制作方法
【专利说明】
[0001](一)
技术领域
[0002]本实用新型涉及一种生长大尺寸蓝宝石的单晶炉改进结构，具体涉及一种泡生法生长大尺寸蓝宝石的单晶炉改进结构。
[0003](二)
【背景技术】
[0004]蓝宝石单晶具有优异的力学、热学、光学等性能，被广泛应用于科学技术、国防与民用工业、半导体行业的诸多领域，是目前LED市场中蓝光GaN外延基板的首选材料。随着蓝宝石单晶生长及加工技术的不断进步，行业发展日趋成熟，蓝宝石产品在成本及性能方面的综合优势日趋突显，也因此使蓝宝石在消费类电子及其它消费类产品方面呈现出很好的应用前景。
[0005]随着蓝宝石应用市场的不断开发与晶体生长和加工技术的不断进步，下游对蓝宝石产品的质量与尺寸提出了更高的要求，大尺寸、高品质、低成本是蓝宝石单晶产业发展的必然趋势。
[0006]蓝宝石的生长方法有很多，目前市面上高品质蓝宝石单晶的主要生长方法为泡生法，采用该方法生长的蓝宝石单晶占市场总量的70%以上。泡生法虽然自动化程度相对较低，但45公斤以下的蓝宝石单晶生长设备与技术已基本成熟。然而，更大尺寸蓝宝石单晶的生长对设备与工艺提出了更高的要求，建立与维持合理的温场难度更大。尤其对于晶体生长后期，由于熔体温度梯度小，生长速度不易控制，晶体应力大，生长成品率相对较低。
[0007](三)
【发明内容】
[0008]本实用新型的目的在于通过一种使炉内温场分布更加均匀，同时生长界面保持一定的凸出率。避免了晶体生长前期生长速度不稳定及因后期晶体生长速度过快而导致形成气泡、开裂等缺陷，提高大尺寸蓝宝石单晶晶体生长成品率的生长大尺寸蓝宝石的单晶炉改进结构。
[0009]本实用新型的目的是这样实现的:结构分为上部、侧面及底部保温结构和鸟笼状加热体7，上部保温结构包括上钼隔热屏I和钼坩祸盖2，侧面保温结构包括钼筒隔热屏3和陶瓷保温层4，底部保温结构包括下钼隔热屏5和底部陶瓷保温层6，侧面保温结构由上至下陶瓷保温层4厚度逐渐减小，钼筒隔热屏3为多层钼筒，内部靠近加热体的2~6层为非全高钼筒，外部为全高钼筒，非全高钼筒由内至外高度逐渐增大，相邻钼筒高度差逐渐减小，鸟笼状加热体7直径由上至下逐渐减小，呈倒锥形。
[0010]本实用新型还有这样一些特征:
[0011]1、所述的陶瓷保温层4为氧化铝或氧化锆陶瓷保温砖或保温球层组成；
[0012]2、所述的多层钼筒位于加热体与陶瓷保温层之间，共10~18层，钼片厚度0.3?2mm。
[0013]本实用新型的有益效果有:
[0014]1.侧面保温结构中增加了非全高钼筒层，一方面加强了炉内保温，有助于缩短化料时间，增大熔体底部温度梯度；另一方面，上部保温结构增强，可减小熔体液面散热速度，增大径向温度梯度，有利于稳定晶体生长速度。
[0015]2.非全高钼筒层高度逐渐增加，有利于形成均匀的轴向温度梯度，既可以保证晶体生长前沿的凸出率，使气泡容易排出，又可以避免后期晶体生长速度过快，晶体底部出现大量云雾。
[0016]3.加热体设计成倒锥形结构，可保证炉内具有足够的轴向温度梯度，避免晶体生长速度过快，同时在晶体生长后期也会在一定程度上降低径向生长速度，保持一定的界面凸出率，减少底部云雾的形成几率，减少晶体内应力。
[0017]4.侧面保温结构与加热体的改进，使热场更加均匀稳定，降低了晶体生长控制难度，进而减少了人员的依赖性。
[0018]本实用新型是在前期授权专利ZL200920100239.0的基础上对热场结构进行改进，主要克服两方面问题:一是炉内高度大，炉体上部散热对底部影响小，温场中轴向温度梯度分布变化大，熔体上部温度梯度较大，而底部温度梯度过小，这回导致晶体生长速度，尤其是后期难以控制；二是大尺寸蓝宝石单晶生长炉内因直径大，上部散热快，径向温度梯度小，易导致晶体不稳定生长。本实用新型通过对侧隔热屏及加热体进行特殊设计，二者相互配合，使炉内温场分布更加均匀，同时生长界面保持一定的凸出率。避免了晶体生长前期生长速度不稳定及因后期晶体生长速度过快而导致形成气泡、开裂等缺陷，提高大尺寸蓝宝石单晶的晶体生长成品率。
[0019](四)
【附图说明】
[0020]图1为本实用新型结构示意图。
[0021](五)
【具体实施方式】
[0022]下面结合附图对本实用新型进行详细说明。图1为本实施例改进的蓝宝石单晶结构示意图，该整体结构单晶炉内保温基本结构不变，仍然分为上部(上钼隔热屏I和钼坩祸盖2)、侧面(钼筒隔热屏3和陶瓷保温层4)及底部保温结构(下钼隔热屏5和底部陶瓷保温层6)。上部与底部保温结构与前期专利中基本相同，不同之处在于侧面保温结构由上下结构相同改为由上至下保温层厚度逐渐减小，具体如图所示，改进前多层钼筒侧隔热屏3的高度相同，改进后多层钼筒隔热屏3内部靠近加热体的2~6层为为非全高钼筒，外部为全高钼筒。进一步，非全高钼筒由内至外高度逐渐增大，相邻钼筒高度差逐渐减小。鸟笼状加热体7直径由上至下逐渐减小，呈倒锥形。
[0023]在本实用新型陈述了尤其适于生长高长径比蓝宝石单晶的改进侧面隔热屏及加热体结构，在本实用新型的思想基础上，也可根据具体生长晶体的规格进行调整，例如通过对陶瓷保温层厚度进行设计，以达到使温场均匀的目的也属于本实用新型的保护范围。
【主权项】
1.一种生长大尺寸蓝宝石的单晶炉改进结构，它包括上部、侧面及底部保温结构和鸟笼状加热体，上部保温结构包括上钼隔热屏和钼坩祸盖，侧面保温结构包括钼筒隔热屏和陶瓷保温层，底部保温结构包括下钼隔热屏和底部陶瓷保温层，其特征在于所述的侧面保温结构由上至下陶瓷保温层厚度逐渐减小，钼筒隔热屏为多层钼筒，内部靠近加热体的2~6层为非全高钼筒，外部为全高钼筒，非全高钼筒由内至外高度逐渐增大，相邻钼筒高度差逐渐减小，鸟笼状加热体直径由上至下逐渐减小，呈倒锥形。2.根据权利要求1所述的生长大尺寸蓝宝石的单晶炉改进结构，其特征在于所述的陶瓷保温层为氧化铝或氧化锆陶瓷保温砖或保温球层组成。3.根据权利要求1或2所述的生长大尺寸蓝宝石的单晶炉改进结构，其特征在于所述的多层钼筒位于加热体与陶瓷保温层之间，共10~18层，钼片厚度0.3~2_。
【专利摘要】本实用新型提供了一种生长大尺寸蓝宝石的单晶炉改进结构，它包括上部、侧面及底部保温结构，上部与底部保温结构与前期专利中相同，不同之处在于侧面保温结构由上下结构相同改为由上至下保温层厚度逐渐减小，鸟笼状加热体直径由上至下逐渐减小，呈倒锥形。本实用新型热场均匀合理，晶体生长速度稳定，可有效减少晶体产生云雾、粘埚等缺陷，工艺控制人员依赖性低，晶体生长成品率高。
【IPC分类】C30B17/00, C30B29/20
【公开号】CN204939656
【申请号】CN201520675592
【发明人】左洪波, 杨鑫宏, 张学军
【申请人】哈尔滨奥瑞德光电技术有限公司
【公开日】2016年1月6日
【申请日】2015年9月2日