[发明专利]C-平面单晶蓝宝石及其板材和由其形成的蓝宝石晶片

说明书

本申请是申请日为2007年9月21日，申请号为200780035269.1，发明名称为C-平面蓝宝石方法和设备的申请的分案申请。

相关申请

本申请要求2006年9月22日提交的名为“C平面蓝宝石方法和设备”的美国临时专利申请第60/826,723号的优先权，该专利申请的内容参考结合入本文中。

背景

1.发明领域

本发明涉及陶瓷和制备方法，具体涉及C-平面单晶蓝宝石和制备C-平面单晶蓝宝石的方法。

2.相关技术说明

单晶蓝宝石，即α-氧化铝，是一种陶瓷材料，其性质使其对于在许多领域中的应用都极具吸引力。例如，单晶蓝宝石很坚硬，透明且具有耐热性，使其可用于例如光学、电子领域、装甲和晶体生长应用。由于单晶蓝宝石的晶体结构，会在各种平面取向方向形成蓝宝石片，包括C-平面，m-平面，r-平面和a-平面。C-平面单晶蓝宝石具有均匀的性质，可优于其它取向的形式。一种优选使用C-平面蓝宝石的应用是光学领域，其中例如优选不存在天然的晶体双折射。其它应用包括需要更快地从蓝宝石表面除去材料的情况。C-平面蓝宝石还可用于LED的生长，例如氮化镓LED。

一些已知的用来制备单晶蓝宝石的技术包括凯罗珀罗法(Kyropolos)，科佐池来斯基法(Czochralski)，水平布莱德利曼法(Horizontal Bridgman)，威努尔(Verneuile)技术，热交换法和成形晶体生长技术，例如边缘限制的膜进料生长法。

发明内容

在一些情况下，本申请的主题可包括相关产品，对于特定问题的替代解决方案，以及/或者单独体系或制品的多种不同应用。

在一个方面，提供了一种单晶生长设备，该设备包括熔体源，与所述熔体源相邻的模头，具有第一热梯度的第一区域，该第一区域与模头开口相邻，还包括具有第二热梯度的第二区域，该第二区域与所述第一区域相邻，远离所述模头，其中所述第二热梯度小于第一热梯度。

在另一个方面，提供了一种形成单晶C-平面蓝宝石材料的方法，该方法包括：用晶种对熔体固定装置进行晶种接种(seeding)，所述晶种具有基本垂直于模头开口的纵轴的C-轴取向；在模头上方结晶单晶蓝宝石，所述单晶蓝宝石的C-轴取向基本垂直于所述蓝宝石的主表面；对C-平面蓝宝石进行冷却，制得位错密度小于10,000个位错/厘米²的材料。

在另一个方面，提供了一种形成C-平面单晶蓝宝石的方法，该方法包括使得蓝宝石通过具有第一热梯度的第一区域，同时该蓝宝石被加热至高于1850℃，然后使得该蓝宝石通过具有第二热梯度的第二区域，同时该蓝宝石被加热至高于1850℃，所述第二热梯度小于第一热梯度。

在另一个方面，提供了一种C-平面单晶蓝宝石板，该蓝宝石板的宽度大于或等于5厘米，位错密度小于1000个位错/厘米²。

在另一个方面，提供了一种蓝宝石晶片，所述晶片的位错密度小于100个位错/厘米²。

在另一个方面，提供了单晶蓝宝石，所述单晶蓝宝石的尺寸大于1厘米，位错密度小于100个位错/厘米²。

在另一个方面，提供了一种用来制备单晶蓝宝石的设备，所述设备包括：模头；熔体源，其设置并构建成与至少一个空腔流体连通；构建和设置用来加热所述熔体源的第一加热器；以及构建和设置用来加热位于模头下游的设备区域的第二加热器。

在另一个方面，提供了一种用来制备单晶蓝宝石的设备，该设备包括：熔体源；与所述熔体源流体连通的模头；构建和设置用来主动地为熔体源和模头下游的设备区域进行加热的加热器。

附图简要说明

在附图中，图1是显示a-平面单晶材料的晶体取向的图；

图2是显示C-平面单晶材料的晶体取向的图；

图3A是单晶生长设备的一个实施方式的横截面图；

图3B是图3A中的设备的一部分的放大图；

图4是单晶生长设备的一个实施方式的另一横截面图；

图5是用来制备C-平面单晶蓝宝石的生长设备的一个实施方式的截面图；

图6是C-平面带材的X射线形貌照片复制件(photocopy of X-raytopograph)，图中显示了高多晶性；

图7是一个实施方式中C-平面单晶蓝宝石带材的X射线形貌照片复制件，图中显示了低的多晶性；