用于生长大尺寸方形蓝宝石单晶的坩埚的制作方法
【专利摘要】本实用新型用于生长大尺寸方形蓝宝石单晶的坩埚，涉及单晶生长专用的一般装置，其中，坩埚的外表面呈圆柱形，坩埚的内部空间为梯形锥体，坩埚内部空间梯形锥体的上口的口径大于坩埚内部空间梯形锥体的底口的口径，坩埚呈外圆内方形，利用蓝宝石单晶各向异性，平衡蓝宝石单晶因与坩埚热失配而导致的热应力，降低位错的微缺陷，并防止蓝宝石单晶中裂纹的萌生，提高晶体质量和成品率。
【专利说明】用于生长大尺寸方形蓝宝石单晶的坩埚
【技术领域】
[0001]本实用新型的技术方案涉及单晶生长专用的一般装置，具体地说是用于生长大尺寸方形蓝宝石单晶的坩埚。
【背景技术】
[0002]蓝宝石单晶具有优良的光学、力学、热学、介电、抗辐射和耐腐蚀的性能，是一种综合性能优良的晶体，广泛用于宽禁带半导体材料如氮化镓的衬底、航空航天、军事红外光学窗口和飞秒激光器基质材料领域。随着半导体照明市场的迅猛发展，对蓝宝石单晶材料提出了大尺寸、高质量和低成本的更高要求。近年来，苹果公司开始在智能手机领域广泛采用蓝宝石材料，包括手机摄像头镜面、蓝宝石HOME键镜面和蓝宝石手机盖板，进一步拓宽了蓝宝石的应用领域，市场空间被进一步打开。
[0003]蓝宝石组成为a-Al2O3,晶格结构为六方晶格结构，主要晶面A面、M面和C面的生长速率不同。传统的蓝宝石生产方法应用的坩埚为圆柱形坩埚，有利于生长具有特定对称轴系晶体。由于传统的蓝宝石单晶普遍采用A轴向生长，而A轴为非蓝宝石的对称轴，因此传统蓝宝石单晶生长方法不能保证生长界面的均匀性和稳定性，导致蓝宝石单晶晶体质量不高，同时由于其生长速率的各向异性，蓝宝石单晶晶体生长过程容易出现较大热应力而碎裂，制得的蓝宝石单晶晶体完整性较差。另外传统的蓝宝石生产方法，如导模法(EFG)Jt生法(KY)和提拉法(CZ)的工艺复杂，耗时长，生产成本高。由于生长的蓝宝石单晶晶体为圆型，需要按照特殊晶向要求从侧面钻取芯棒，晶体的利用率不到30%，利用率较低，导致成本很高。
实用新型内容
[0004]本实用新型所要解决的技术问题是:提供用于生长大尺寸方形蓝宝石单晶的坩埚，坩埚本体呈外圆内方形，利用蓝宝石单晶各向异性，即A面、M面和C面等各面生长速率不同的特性，平衡蓝宝石单晶因与坩埚热失配而导致的热应力，降低位错的微缺陷，并防止监宝石单晶中裂纹的明生，提闻晶体质量和成品率。
[0005]本实用新型解决该技术问题所采用的技术方案是:用于生长大尺寸方形蓝宝石单晶的坩埚，呈外圆内方形，即该坩埚的外侧表面呈圆柱形，坩埚底部外表面的形状为圆形，内部空间为梯形锥体，外侧表面上口的形状为圆形，内部空间梯形锥体的上口的形状为方形，内部空间梯形锥体的底口的形状为方形，内部空间梯形锥体的上口的口径大于内部空间梯形锥体的底口的口径，内部空间的内表面四侧呈等腰梯形，内部空间的内表面的各个等腰梯形内表面相邻侧面的连接处为平滑过渡的倒角圆弧，坩埚的外侧表面与坩埚底部外表面之间的连接处为平滑过渡倒角圆弧。
[0006]上述用于生长大尺寸方形蓝宝石单晶的坩埚，所述外侧表面呈圆柱形的高度为180?520mm,所述外侧表面上口的形状为圆形的外圆直径为140?450mm。
[0007]上述用于生长大尺寸方形蓝宝石单晶的坩埚，所述内部空间的梯形锥体的斜腰的边长为165?490mm，内部空间梯形锥体的上口的形状为方形的边长为80?300mm，内部空间梯形锥体的底口的形状为方形的边长为70?250mm。
[0008]上述用于生长大尺寸方形蓝宝石单晶的坩埚，所述内部空间梯形锥体的上口的形状和内部空间梯形锥体的底口的形状同时为长方形或同时正方形。
[0009]上述用于生长大尺寸方形蓝宝石单晶的坩埚，所述坩埚底部厚度为10?30mm。
[0010]本实用新型的有益效果是:与现有技术相比，本实用新型的突出特点和显著进步是:
[0011](I)本实用新型用于生长大尺寸方形蓝宝石单晶的坩埚呈外圆内方形，可以利用蓝宝石单晶各向异性，即A面、M面和C面等各面生长速率不同的特性，平衡蓝宝石单晶因与坩埚热失配而导致的热应力，降低位错的微缺陷，并防止蓝宝石单晶中裂纹的萌生，从而提闻晶体质量和成品率。
[0012](2)本实用新型用于生长大尺寸方形蓝宝石单晶的坩埚的外侧表面呈圆柱形，所用的外加热器也为圆柱形，这就保证单晶生长室的温场的相对稳定和均匀性。
[0013](3)本实用新型用于生长大尺寸方形蓝宝石单晶的坩埚的内部空间为梯形锥体，通过坩埚的强制作用，限制晶体形状的演变，保证了蓝宝石晶面与坩埚内面的一致性，生长具有特定晶面取向的方形蓝宝石晶体，大幅提高晶体的利用率至60%以上，使生产成本降低。
[0014](4)本实用新型用于生长大尺寸方形蓝宝石单晶的坩埚的内部空间梯形锥体的上口的口径大于内部空间梯形锥体的底口的口径，这有利于取晶。
【专利附图】
【附图说明】
[0015]下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。
[0016]图1为本实用新型用于生长大尺寸方形蓝宝石单晶的坩埚的剖面示意图。
[0017]图2为本实用新型用于生长大尺寸方形蓝宝石单晶的坩埚的内部空间梯形锥体的上口为长方形时的顶部俯视图。
[0018]图3为本实用新型用于生长大尺寸方形蓝宝石单晶的坩埚的内部空间梯形锥体的上口为正方形时的顶部俯视图。
[0019]图中，1.坩埚的外侧表面，2.内部空间的内表面，3.内部空间梯形锥体的上口，
4.内部空间梯形锥体的底口，5.坩埚底部，6.平滑过渡倒角圆弧I，7.外侧表面上口，8.平滑过渡倒角圆弧II，9.长方形边，10.正方形边。
【具体实施方式】
[0020]图1所示实施例表明，本实用新型用于生长大尺寸方形蓝宝石单晶的坩埚的呈圆柱形坩埚的外侧表面(I)与坩埚底部(5)外表面之间的连接处为平滑过渡倒角圆弧I (6)，由内部空间的内表面(2)形成的内部空间为梯形锥体，图中用虚线标示的内部空间梯形锥体的上口(3)的口径大于内部空间梯形锥体的底口(4)的口径。
[0021]图2所示实施例表明，本实用新型用于生长大尺寸方形蓝宝石单晶的坩埚的内部空间梯形锥体的上口(3)为长方形，外侧表面上口(7)的形状为圆形，内部空间的各个等腰梯形内表面相邻侧面的连接处为平滑过渡倒角圆弧II (8)，内部空间梯形锥体的上口的形状为长方形边(9)。
[0022]图3所示实施例表明，本实用新型用于生长大尺寸方形蓝宝石单晶的坩埚的内部空间梯形锥体的上口(3)为正方形，外侧表面上口(7)的形状为圆形，内部空间的各个等腰梯形内表面相邻侧面的连接处为平滑过渡倒角圆弧II (8)，内部空间梯形锥体的上口的形状为正方形边(10)。
[0023]实施例1
[0024]用于生长大尺寸方形蓝宝石单晶的坩埚，呈外圆内方形，S卩该坩埚的外侧表面(I)呈圆柱形，坩埚底部(5)外表面的形状为圆形，内部空间为梯形锥体，外侧表面上口(7)的形状为圆形，内部空间梯形锥体的上口(3)的形状为长方形，内部空间梯形锥体的底口(4)的形状为长方形，内部空间梯形锥体的上口(3)的口径大于内部空间梯形锥体的底口(4)的口径，内部空间的内表面(2)四侧呈等腰梯形，内部空间的内表面(2)的各个等腰梯形内表面相邻侧面的连接处为平滑过渡的倒角圆弧II (8)，坩埚的外侧表面(I)与坩埚底部(5)外表面之间的连接处为平滑过渡倒角圆弧I (6)。
[0025]本实施例的坩埚的外侧表面(I)呈圆柱形的高度为350mm，外侧表面上口(7)的形状为圆形的外圆直径为250mm，该坩埚的内部空间的梯形锥体的斜腰的边长为330mm，内部空间梯形锥体的上口(3)的长方形边(9)的长边为150mm和宽边为120mm，内部空间梯形锥体的底口(4)的长方形边(9)的长边为125mm和宽边为100mm，坩埚底部(5)的厚度为25mm。
[0026]实施例2
[0027]本实施例除坩埚的外侧表面(I)呈圆柱形的高度为200mm，外侧表面上口(7)的形状为圆形的外圆直径为150_，该坩埚的内部空间的梯形锥体的斜腰的边长为170_，内部空间梯形锥体的上口(3)的长方形边(9)的长边为IOOmm和宽边为90mm，内部空间梯形锥体的底口(4)的长方形边(9)的长边为85mm和宽边为75mm，坩埚底部(5)的厚度为20mm之夕卜，其他同实施例1。
[0028]实施例3
[0029]本实施例除坩埚的外侧表面(I)呈圆柱形的高度为500mm，外侧表面上口(7)的形状为圆形的外圆直径为400_，该坩埚的内部空间的梯形锥体的斜腰的边长为480_，内部空间梯形锥体的上口(3)的长方形边(9)的长边为250mm和宽边为180mm，内部空间梯形锥体的底口(4)的长方形边(9)的长边为210mm和宽边为150mm，坩埚底部(5)的厚度为25mm之外，其他同实施例1。
[0030]实施例4
[0031]本实施例除坩埚的外侧表面(I)呈圆柱形的高度为520mm，外侧表面上口(7)的形状为圆形的外圆直径为450mm，该坩埚的内部空间的梯形锥体的斜腰的边长为490mm，内部空间梯形锥体的上口(3)的长方形边(9)的长边为300mm和宽边为200mm，内部空间梯形锥体的底口(4)的长方形边(9)的长边为250mm和宽边为200mm，坩埚底部(5)的厚度为30mm之外，其他同实施例1。
[0032]实施例5
[0033]用于生长大尺寸方形蓝宝石单晶的坩埚，呈外圆内方形，S卩该坩埚的外侧表面(I)呈圆柱形，坩埚底部(5)外表面的形状为圆形，内部空间为梯形锥体，外侧表面上口(7)的形状为圆形，内部空间梯形锥体的上口(3)的形状为正方形，内部空间梯形锥体的底口(4)的形状为正方形，内部空间梯形锥体的上口(3)的口径大于内部空间梯形锥体的底口(4)的口径，内部空间的内表面(2)四侧呈等腰梯形，内部空间的内表面(2)的各个等腰梯形内表面相邻侧面的连接处为平滑过渡的倒角圆弧II (8)，坩埚的外侧表面(I)与坩埚底部(5)外表面之间的连接处为平滑过渡倒角圆弧I (6)。
[0034]本实施例的坩埚的外侧表面(I)呈圆柱形的高度为180mm，外侧表面上口(7)的形状为圆形的外圆直径为140mm，该坩埚的内部空间的梯形锥体的斜腰的边长为165mm，内部空间梯形锥体的上口(3)的正方形边(10)的边长为80mm，内部空间梯形锥体的底口(4)的正方形的边长为70mm，坩埚底部(5)的厚度为10mm。
[0035]实施例6
[0036]本实施例除坩埚的外侧表面(I)呈圆柱形的高度为200mm，外侧表面上口(7)的形状为圆形的外圆直径为155mm，该坩埚的内部空间的梯形锥体的斜腰的边长为175mm，内部空间梯形锥体的上口(3)的正方形边(10)的边长为95mm，内部空间梯形锥体的底口(4)的正方形的边长为80mm，坩埚底部(5)的厚度为15mm之外，其他同实施例5。
【权利要求】
1.用于生长大尺寸方形蓝宝石单晶的坩埚，其特征在于:呈外圆内方形，即该坩埚的外侧表面呈圆柱形，坩埚底部外表面的形状为圆形，内部空间为梯形锥体，外侧表面上口的形状为圆形，内部空间梯形锥体的上口的形状为方形，内部空间梯形锥体的底口的形状为方形，内部空间梯形锥体的上口的口径大于内部空间梯形锥体的底口的口径，内部空间的内表面四侧呈等腰梯形，内部空间的内表面的各个等腰梯形内表面相邻侧面的连接处为平滑过渡的倒角圆弧，坩埚的外侧表面与坩埚底部外表面之间的连接处为平滑过渡倒角圆弧。
2.根据权利要求1所说用于生长大尺寸方形蓝宝石单晶的坩埚，其特征在于:所述外侧表面呈圆柱形的高度为180?520mm,所述外侧表面上口的形状为圆形的外圆直径为140 ?450mm。
3.根据权利要求1所说用于生长大尺寸方形蓝宝石单晶的坩埚，其特征在于:所述内部空间的梯形锥体的斜腰的边长为165?490mm，内部空间梯形锥体的上口的形状为方形的边长为80?300mm，内部空间梯形锥体的底口的形状为方形的边长为70?250mm。
4.根据权利要求1所说用于生长大尺寸方形蓝宝石单晶的坩埚，其特征在于:所述内部空间梯形锥体的上口的形状和内部空间梯形锥体的底口的形状同时为长方形或同时正方形。
5.根据权利要求1所说用于生长大尺寸方形蓝宝石单晶的坩埚，其特征在于:所述坩祸底部厚度为10?30mm。
【文档编号】C30B11/00GK203546211SQ201320729660
【公开日】2014年4月16日 申请日期:2013年11月18日 优先权日:2013年11月18日
【发明者】陈洪建, 卢纪军, 刘维娜, 陈晨, 阎文博, 刘彩池, 王运满, 程鹏 申请人:河北工业大学, 唐山锐晶光电科技股份有限公司