[发明专利]一种多片式导模法蓝宝石晶片生长工艺

说明书

技术领域

本发明涉及蓝宝石晶体生长领域，特别是一种多片式导模法蓝宝石晶片生长工艺。

背景技术

蓝宝石单晶(α-Al₂O₃单晶)是一种简单配位型氧化物晶体，属六方晶系，空间群D63d2R3 mc ，具有良好的力学、机械、热学和电学性能及稳定的物理化学性能，是一种耐高温、耐磨损、抗腐蚀性和具有较宽透光波段的优质光功能材料。在激光、红外、半导体、LED衬底、新能源技术、高档奢侈品等领域有广泛的应用。

与其它性质类似的功能材料相比，蓝宝石产率低、生长速度慢、生产可重复性差，导致价格过于昂贵，大大限制了蓝宝石晶体的应用。人类对蓝宝石的认识较早，生长技术多样，各种生长方法互有利弊，其中EFG法是利用液态蓝宝石熔体的毛细现象，通过模具细缝引导Al₂O₃熔体上爬，并在模具口结晶的过程。在这一过程中对蓝宝石结晶外形进行精确控制，得到理想外形的产品。这样的生长方法简化了晶体的加工程序，降低了晶体加工难度，减少了蓝宝石晶体材料在加工过程中的浪费并节省了晶体生长时间，可以显著提高经济效益，是当前人工蓝宝石晶体最具潜力的生长方法。

目前的导模法工艺水平普遍只能一次生长几片晶片，例如少于10片，且宽度也较小，例如宽度＜50mm。在一次生长多片（例如≥10片）晶片时，由于同步性差，周向温度梯度不均匀等因素，造成晶片位错密度大，散射颗粒多，杂质分布不均匀等，导致晶体质量不理想，大大限制了其在多领域中的应用。

因此迫切需要在EFG法中同步生长更多片数的蓝宝石单晶片，并保证晶体质量。

应该增加一些对已有的类似专利技术的介绍，特别指出已有专利技术的特色和不足，从而衬托你的发明的特色和重要性！！！

例如：发明专利（申请号201310045422）提出导模法生长多条蓝宝石晶体的制备工艺，能够实现对多颗晶体生长的同时及独立的控制，但是，该专利对Al₂O₃料块没有进行处理，步骤1中控制单晶生长炉内的真空度为1.0×10^-3~1.0×10^-4Pa ，为高真空，需要使用分子泵，且分子泵和真空泵连续工作，成本高，操作不方便，同时真空泵振动大，容易造成晶体生长裂纹。 

发明内容

本发明提供了一种可同步生长出多片优质片状蓝宝石单晶体的工艺，对原有的生长工艺原料处理、装炉、抽真空及充氩气、升温步骤进行改进，生长出多片高纯度、无裂纹的蓝宝石晶片。

本发明的技术方案为：一种多片式导模法蓝宝石晶片生长工艺，包括以下步骤，

S01，蓝宝石原料处理：将高纯（99.999%）Al₂O₃料块经过800℃~1000℃保温5小时~20小时氧化气氛烘干，装入钼制坩埚中并盖好坩埚盖。Al₂O₃料块经过高温氧化，不仅能够烘干Al₂O₃料块，同时有利于挥发料块中的杂质，有利于提高晶片的纯度。

S02，装炉，将籽晶块和蓝宝石晶片生长模具装入钼制坩埚中固定，将钼制坩埚放入钨发热体中，将石墨硬毡保温罩空烧除尘后，套设在钨发热体外，绑好籽晶块，校正籽晶杆，使籽晶杆垂直于蓝宝石晶片模具，并且籽晶杆位于蓝宝石晶片生长模具正中间；蓝宝石晶片生长模具为新式间夹并排式模具，包括若干片状夹片，所述片状夹片之间设置有缝隙，所述缝隙为蓝宝石晶片生长区，这种模具摆放方式保证了各模具口处温度的一致性，同时避免由于晶片散热过快而导致的热应力问题，为得到优质蓝宝石单晶片奠定了基础。根据晶片形状及模具摆放位置，设计了一种新式长方形钼制坩埚，钼制坩埚包括钼坩埚埚体、坩埚盖，所述钼坩埚埚体为长方形埚体，所述坩埚盖设置有模具孔，所述蓝宝石晶片生长模具设置在模具孔中，将晶片的周向温度梯度均匀合理的分布在每一片晶片上，保证了每片晶片在宽度方向和厚度方向上温度梯度的一致性，便于多片晶片同步控制。

在该步骤中，籽晶块包括籽晶杆连接端、籽晶本体和模具接触端，籽晶杆连接端垂直设置在籽晶本体上表面，模具接触端设置在籽晶本体下表面，模具接触端背离籽晶本体的一端为楔形，模具接触端的尖端用于与蓝宝石晶片生长模具接触，这样，在引晶及放肩的过程中保证各片晶片的高度可以保持同步性和一致性；同时，籽晶块的生长面C面朝向籽晶本体的一个侧面设置，确定了晶片的生长方向，大大提高了晶片的晶向精度。