[发明专利]一种蓝宝石单晶炉和蓝宝石引晶方法

说明书

技术领域

本发明涉及蓝宝石制造技术领域，特别涉及一种蓝宝石单晶炉和蓝宝石引晶方法。

背景技术

随着全球半导体照明产业的迅猛发展，特别是LED在LCE-TV背光、通用照明等应用领域的迅速扩展，LED芯片的需求也随之大幅增加，直接带动了衬底材料市场需求的大发展。目前规模化用于LED外延生长的衬底材料主要有两种，即蓝宝石和碳化硅。

蓝宝石单晶炉是针对半导体照明市场所需的LED衬底材料而开发的高性能晶体生长炉。主要是通过调控系统内的热量输运来控制整个晶体的生长过程，因此实时功率调控、生长速率与冷却速率的控制等工艺问题，对能否生长出品质优良的蓝宝石晶体都至关重要。

泡生法蓝宝石单晶生长过程中，引晶是非常重要的一个环节，它需要长时间的观察，确定引晶是否良好，若出现孪晶必须熔掉，重新引晶。温度的高低是否合理，引晶状态是否合理，是否能长出良好的晶体，都需要很好的温度控制。

目前大多数厂家蓝宝石单晶炉未设置籽晶保护装置，容易造成籽晶污染而影响蓝宝石晶体的品质。同时，可长时间连续观察的窗口，有少数厂家设置了，采用手动控制的可连续观察的窗口，完全依靠工艺人员操作水平，有时容易造成不完全关闭状态，而造成挥发物在腔体上石英观察窗上沉积。

目前大尺寸的泡生法蓝宝石晶体，普遍自动化程度不高，其工业化生产需要大量的工艺技术人员在现场完成，而且晶体生产过程漫长，人的劳动强度大，单位人员的生产效率底下，而且晶体的品质难以保证，完全依赖于人。

发明内容

本发明的目的是提供一种蓝宝石单晶炉，以实现自动引晶，提高生产效率；本发明的另一目的是提供一种蓝宝石引晶方法，以提高生产效率。

为解决上述技术问题，本发明提供如下方案：

一种蓝宝石单晶炉，包括：炉体，所述炉体中设置有加热部件、温度测量装置和坩埚，炉体盖，所述炉体盖设置在所述炉体上，所述炉体盖上开设有观察窗口，籽晶轴，所述籽晶轴设置在所述炉体盖上，并通过籽晶轴升降装置控制升降，控制装置，所述控制装置控制所述籽晶轴升降装置，影像装置，所述影像装置包括图像处理装置和摄像装置，所述摄像装置对准所述观察窗口，所述图像处理装置与所述摄像装置连接，所述控制装置与所述影像装置连接，温度控制装置，所述温度测量装置与所述温度控制装置连接。

优选的，上述的蓝宝石单晶炉还包括第一驱动装置，所述观察窗口包括第一盖板和开设在所述炉体盖上的观察窗体，所述第一盖板与所述观察窗体配合使用所述第一驱动装置驱动所述第一盖板旋转。

优选的，上述第一驱动装置包括电机和转轴，所述电机驱动所述转轴旋转，所述第一盖板固定在所述转轴上。

优选的，上述炉体盖上还开设有通孔，所述籽晶轴从所述通孔中插入所述炉体，所述通孔处设置有第二盖板。

优选的，上述的蓝宝石单晶炉还包括第二驱动装置，所述第二驱动装置包括电机和转轴，所述电机驱动所述转轴旋转，所述第二盖板固定在所述转轴上。

优选的，上述炉体盖上还设置有用于检测所述第二盖板是否盖住所述通孔的检测装置。

本发明还提供一种蓝宝石引晶方法，包括：步骤1)将原料装入坩埚，并将经过定向的蓝宝石籽晶装到单晶炉的籽晶轴上；步骤2)合上炉体盖，进行抽真空检漏；步骤3)加热所述原料，使得所述原料形成熔体，下降籽晶轴；步骤4)温度控制装置通过温度测量装置判断是否达到最佳引晶温度；当所述温度测量装置测取的温度与标准引晶温度有差异时，温度控制装置通过控制加热部件来调整温度；步骤5)开始洗晶结，使得籽晶外表面熔去部分晶体；步骤6)将干净的籽晶埋入所述熔体，开始自动引晶，影像装置采集蓝宝石籽晶接触所述熔体的液面时，晶结生长的状态图像，同时控制装置控制籽晶轴提拉速度；步骤7)所述温度控制装置逐步降低所述加热部件的功率；步骤8)自然冷却后，开炉取出晶体。

优选的，上述炉体盖上设置有通孔，在所述籽晶轴插入所述通孔进入炉体之前，打开遮盖所述通孔的第二盖板。

优选的，上述步骤6)具体为将所述籽晶埋入所述熔体5-40mm。

优选的，上述步骤6)具体为所述影像装置采集所述晶结生长的状态图像时，第一盖板转动，避开开设在所述炉体盖上的观察窗体，所述影像装置通过所述观察窗体采集所述晶结生长的状态图像。