[发明专利]一种蓝宝石晶体的生长方法

说明书

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钼污染，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：

(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。

其中，所述步骤(1)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(1)中的坩埚为钼坩埚、钨坩埚或合金坩埚；所述步骤(1)中的模具为钼模具、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1-3*10^-3Pa。

其中，所述步骤(4)中充入高纯氩气后的压力为0.001-0.05MPa。

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1-60mm/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。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细描述。

实施例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1*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0.001MPa；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1mm/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*10³cm^-2；

光学透过率：紫外0.3um波段T＞80％，0.4-4um波段T＞87％；

光学均匀性Δn≤8*10^-5。

实施例2