专利名称：一种蓝宝石晶体的生长方法
技术领域：
本发明涉及蓝宝石晶体制作技术领域，尤其指一种蓝宝石晶体的生长方法。
背景技术：
蓝宝石是一种氧化铝的单晶，又称为刚玉。蓝宝石晶体具有优异的光学性能，机械性能和化学稳定性，强度高、硬度大，耐冲刷，可在接近2000度的高温条件下工作，因而被广泛的应用于红外军事装置，卫星空间技术，高强度激光的窗口材料。蓝宝石晶体独特的晶格结构，优异的力学性能、良好的热学性能使其成为实际应用的半导体发光二极管，大规模集成电路SOI和SOS及超导纳米结构薄膜等最为理想的衬底材料。故蓝宝石晶体的生长方法成为行业研究探索的热点，现大致有如下几种方法火焰融熔法是利用氢气、氧气燃烧高温火炬，将从上而下掉落的氧化铝粉融化，·液融滴在盘承接的晶体上而固化，有如钟乳石洞内的石笋般长大。用此种方法生长成的蓝宝石晶体，直径可达3厘米，但其内含有气泡及未融化的氧化铝粉等。助熔法是利用助熔剂，如氧化铅，氟化铝以及氟化钠等，将氧化铝在2050度以下熔解，再经由液体慢慢冷却，过饱和析出。此种方法目前还处在实验阶段，尚不成熟，有适应产业化。热梯度化是以定向晶体诱导的熔体单晶体方法，此种方法在生长过程中存在钥污染,其杂质主要由原材料引入。由此可见，上述几种方法均不同程度存在缺陷和不足，位错密度、光学透过率以及光学均匀性等指标均难达到要求。
发明内容
本发明针的目的在于提供一种蓝宝石晶体的生长方法，以克服现有生长方法所得产品存在的不足和缺陷。为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案本发明所述的一种蓝宝石晶体的生长方法，其依次包括如下步骤(I)将坩埚置于晶体生长炉内，使坩埚中心与晶体生长炉的感应线圈的几何中心重合；将模具置于坩埚内，使模具中心与坩埚中心重合； (2)将高纯氧化铝粉末置于坩埚内；(3)密封晶体生长炉，抽真空；(4)向晶体生长炉内充入高纯氩气；(5)通过感应线圈加热，使高纯氧化铝粉末全部融化；(6)缓慢向下移动拉晶杆，直至拉晶杆与模具内高纯氧化铝液体接触后停止；(7)向上提拉拉晶杆，得成品。其中，所述步骤(I)中模具为多腔模具，模具的腔数为两个或两个以上。其中，所述步骤⑴中的坩埚为钥坩埚、钨坩埚或合金坩埚；所述步骤⑴中的模具为钥模具、钨模具或合金模具。其中，所述步骤(2)中所述高纯氧化铝粉末为99. 9%以上。其中，所述步骤(3)中所述真空的真空度为l_3*10_3Pa。其中，所述步骤(4)中充入高纯氩气后的压力为O. 001-0. 05MPa。其中，所述步骤(6)中所述拉晶杆与氧化铝液体接触后停止时间为10-30分钟。其中，所述步骤(6)中所述 拉晶杆的提拉迅速为l_60mm/hr。本发明的有益效果为通过本发明所述生长方法所得产品，其位错密度、光学透过率以及光学均匀性等指标均优于现有技术方法所得产品。
具体实施例方式下面结合具体实施例对本发明进行详细描述。实施例I将坩埚置于晶体生长炉内，使坩埚中心与晶体生长炉的感应线圈的几何中心重合；将一个两腔模具置于坩埚内，使模具中心与坩埚中心重合。将纯度为99. 9%氧化铝粉末置于坩埚内；密封晶体生长炉，抽真空，真空度为l*10_3Pa，后向晶体生长炉内充入高纯氩气，使晶体生长炉内压力保持在O. OOlMPa;通过感应线圈加热，使高纯氧化铝粉末全部融化；缓慢向下移动拉晶杆，直至拉晶杆与模具内高纯氧化铝液体接触后停止；以lmm/hr向上提拉拉晶杆，慢慢冷却得成品。因本发明所用模具为两腔模具，即可同时生长两块晶片。经检测，本发明方法所得成品的各项指标如下位错密度D < 5* IO3CnT2 ； 光学透过率紫外O. 3um波段T > 80 %，O. 4_4um波段T > 87 % ;光学均匀性Λη彡8*1(Γ5。实施例2将坩埚置于晶体生长炉内，使坩埚中心与晶体生长炉的感应线圈的几何中心重合；将一个三腔模具置于坩埚内，使模具中心与坩埚中心重合。将纯度为99. 99%氧化铝粉末置于坩埚内；密封晶体生长炉，抽真空，真空度为2*10_3Pa，后向晶体生长炉内充入高纯氩气，使晶体生长炉内压力保持在O. 02MPa ;通过感应线圈加热，使高纯氧化铝粉末全部融化；缓慢向下移动拉晶杆，直至拉晶杆与模具内高纯氧化铝液体接触后停止；以30mm/hr向上提拉拉晶杆，慢慢冷却得成品。因本发明所用模具为三腔模具，即可同时生长三块晶片。经检测，本发明方法所得成品的各项指标如下位错密度D < 4. 8* IO3CnT2,光学透过率紫外O. 3um波段T > 83 %，O. 4_4um波段T > 88 % ;光学均匀性Λη彡7· 9*1(Γ5。实施例3将坩埚置于晶体生长炉内，使坩埚中心与晶体生长炉的感应线圈的几何中心重合；将一个三腔模具置于坩埚内，使模具中心与坩埚中心重合。将纯度为99. 999%氧化铝粉末置于坩埚内；密封晶体生长炉，抽真空，真空度为3*10_3Pa，后向晶体生长炉内充入高纯氩气，使晶体生长炉内压力保持在O. 05MPa;通过感应线圈加热，使高纯氧化铝粉末全部融化；缓慢向下移动拉晶杆，直至拉晶杆与模具内高纯氧化铝液体接触后停止；以60mm/hr向上提拉拉晶杆，慢慢冷却得成品。因本发明所用模具为三腔模具，即可同时生长三块晶片。经检测，本发明方法所得成品的各项指标如下位错密度D < 4. 7* 103cnT2，光学透过率紫外O. 3um波段T > 85 %，O. 4_4um波段T > 89 % ;光学均匀性Λη彡7· 7*1(Γ5。以上仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为·本发明的保护范围。
权利要求
1.ー种蓝宝石晶体的生长方法，其特征在于，其依次包括如下步骤 (1)将坩埚置于晶体生长炉内，使坩埚中心与晶体生长炉的感应线圈的几何中心重合；将模具置于坩埚内，使模具中心与坩埚中心重合； (2)将高纯氧化铝粉末置于坩埚内； (3)密封晶体生长炉，抽真空； (4)向晶体生长炉内充入高纯氩气； (5)通过感应线圈加热，使高纯氧化铝粉末全部融化； (6)缓慢向下移动拉晶杆，直至拉晶杆与模具内高纯氧化铝液体接触后停止； (7)向上提拉拉晶杆，得成品。
2.根据权利要求I所述的生长方法，其特征在干所述步骤(I)中模具为多腔模具，模具的腔数为两个或两个以上。
3.根据权利要求I所述的生长方法，其特征在于所述步骤(I)中的坩埚为钥坩埚、钨坩埚或合金坩埚；所述步骤(I)中的模具为钥模具、钨模具或合金模具。
4.根据权利要求I所述的制作方法，其特征在干所述步骤(2)中所述高纯氧化铝粉末为99. 9%以上。
5.根据权利要求I所述的生长方法，其特征在于所述步骤(3)中所述真空的真空度为ト3*10，a。
6.根据权利要求I所述的生长方法，其特征在干所述步骤(4)中充入高纯氩气后的压カ为 0. 001-0. 05MPa。
7.根据权利要求I所述的生长方法，其特征在干所述步骤出)中所述拉晶杆与氧化招液体接触后停止时间为10-30分钟。
8.根据权利要求I所述的生长方法，其特征在于所述步骤出)中所述拉晶杆的提拉迅速为 l-60mm/hr。
全文摘要
本发明公开了一种蓝宝石晶体的生长方法，涉及蓝宝石晶体制作技术领域，包括如下步骤(1)将坩埚置于晶体生长炉内，使坩埚中心与晶体生长炉的感应线圈的几何中心重合；将模具置于坩埚内，使模具中心与坩埚中心重合；(2)将高纯氧化铝粉末置于坩埚内；(3)密封晶体生长炉，抽真空；(4)向晶体生长炉内充入高纯氩气；(5)通过感应线圈加热，使高纯氧化铝粉末全部融化；(6)缓慢向下移动拉晶杆，直至拉晶杆与模具内高纯氧化铝液体接触后停止；(7)向上提拉拉晶杆，得成品。通过本发明所述生长方法所得产品，其位错密度、光学透过率以及光学均匀性等指标均优于现有技术方法所得产品。
文档编号C30B29/20GK102787352SQ20121018261
公开日2012年11月21日 申请日期2012年5月31日 优先权日2012年5月31日
发明者俞后法 申请人:俞后法