專利名稱：藍(lán)寶石單晶生長(zhǎng)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種藍(lán)寶石單晶生長(zhǎng)裝置，尤其涉及一種能夠減少晶種替換的工序時(shí)間的藍(lán)寶石單晶生長(zhǎng)裝置。
背景技術(shù)：
藍(lán)寶石是具有六方晶系結(jié)構(gòu)的氧化鋁(Al2O3)的單晶。藍(lán)寶石單晶在發(fā)光二極管(LED)制造時(shí)用作基板。藍(lán)寶石單晶制造方法有提拉法(czochralski method:以下簡(jiǎn)稱 CZ 法)、火焰熔融法(verneuil method)、泡生法(kyropoulos method)、導(dǎo)模法(EFG 法，Edge-Defined Film-Fed Growth)、HEM 法(heat exchanger method,熱交換法)等。其中，CZ法可實(shí)現(xiàn)單晶的大型化，容易調(diào)節(jié)溫度梯度，從而能夠生產(chǎn)高質(zhì)量的單晶，并且在制造C面基板時(shí)能夠防止浪費(fèi)原料，因此是非常有效的方法。并且，近年來(lái)為了提高LED制造時(shí)的 生產(chǎn)性能并減少制造單價(jià)，基板的直徑正在變大，而在這種趨勢(shì)下利用CZ法的藍(lán)寶石晶體生長(zhǎng)同樣具有很多優(yōu)點(diǎn)。圖I為示出了利用現(xiàn)有技術(shù)的CZ法的藍(lán)寶石單晶生長(zhǎng)裝置10的圖。如圖I所示，位于由隔熱材料構(gòu)成的坩堝收容容器11的內(nèi)部的坩堝12中填充有氧化鋁，高頻線圈14加熱坩堝12。通過(guò)坩堝12的熱，氧化鋁熔融而形成氧化鋁熔液13。提升棒15的下端連接晶種16，接觸氧化鋁熔液13后，一邊旋轉(zhuǎn)一邊緩緩提升，從而生長(zhǎng)藍(lán)寶石單晶17。此時(shí)，氧化鋁熔液13中需要形成對(duì)流現(xiàn)象，而為了觀察熔液13的對(duì)流現(xiàn)象，使用CCD攝像機(jī)(電荷耦合攝像機(jī))(未示出)。但是，由于CXD攝像機(jī)的位置、過(guò)濾器、縮放等，有時(shí)也不能準(zhǔn)確觀察到對(duì)流現(xiàn)象。由此，會(huì)發(fā)生高頻線圈14的輸出持續(xù)增加，使得藍(lán)寶石單晶生長(zhǎng)裝置10的內(nèi)部溫度也隨之提高，從而會(huì)發(fā)生晶種16熔化變短或在提升棒15的下端完全消失的情況。最終，導(dǎo)致無(wú)法進(jìn)行藍(lán)寶石單晶17的生長(zhǎng)，因此需要在提升棒15的下端替換并連接新晶種16。為此，需要使高頻線圈10的輸出值達(dá)到0，并使其自然冷卻。接著，在提升棒15的下端連接晶種16。當(dāng)再次增加高頻線圈14的輸出值時(shí)，高頻線圈14加熱坩堝12。即，為了替換晶種來(lái)生長(zhǎng)藍(lán)寶石單晶，需要變化高頻線圈的輸出，這需要相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間。因此，存在以下問(wèn)題，在晶種替換方面需要相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間。并且，坩堝或坩堝收容容器被反復(fù)冷卻或再加熱而變形，由此還具有壽命減少的問(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容
要解決的技術(shù)問(wèn)題本發(fā)明的目的在于提供一種容易進(jìn)行設(shè)置在晶種桿上的晶種替換，能夠減少替換晶種所需時(shí)間的藍(lán)寶石單晶生長(zhǎng)裝置。并且，本發(fā)明的目的還在于提供一種能夠減少因反復(fù)冷卻和再加熱引起的坩堝或坩堝收容容器的變形并能夠延長(zhǎng)坩堝或坩堝收容容器壽命的藍(lán)寶石單晶生長(zhǎng)裝置。技術(shù)方案
本發(fā)明公開(kāi)了一種藍(lán)寶石單晶生長(zhǎng)裝置，其為在氧化鋁熔液中接觸晶種后使其上升，從而使藍(lán)寶石單晶生長(zhǎng)的藍(lán)寶石單晶生長(zhǎng)裝置，其特征為，所述藍(lán)寶石單晶生長(zhǎng)裝置包括第一腔室(所述第一腔室的上面形成有插入口)，其容納氧化鋁，所述氧化鋁在其中熔融；第二腔室，其設(shè)置在所述第一腔室的上部，以與所述第一腔室的插入口接通；晶種桿(所述晶種桿的終端設(shè)置有所述晶種)，其通過(guò)所述第二腔室下降至所述第一腔室內(nèi)，或從所述第一腔室上升；以及腔室阻隔部，其設(shè)置在所述第二腔室的下端，開(kāi)閉所述插入口，為了替換所述晶種，當(dāng)所述晶種桿的終端上升并位于所述第二腔室的內(nèi)部時(shí)，所述腔室阻隔部關(guān)閉所述插入口。本發(fā)明還公開(kāi)了一種藍(lán)寶石單晶生長(zhǎng)裝置，其特征為，所述第一腔室包括坩堝收容容器，其位于所述第一腔室的內(nèi)部；坩堝，其位于所述坩堝收容容器的內(nèi)部并裝有所述氧化鋁；以及加熱部，其被配置為包圍所述坩堝收容容器，并使所述氧化鋁熔融而形成所述氧化鋁熔液。并且，本發(fā)明還公開(kāi)了一種藍(lán)寶石單晶生長(zhǎng)裝置，其特征為，所述第二腔室包括氣 體管線，所述氣體管線從所述第二腔室的外周面延長(zhǎng)，并向所述第二腔室的內(nèi)部注入可控氣氛(controlled atmosphere)。并且，本發(fā)明還公開(kāi)了一種藍(lán)寶石單晶生長(zhǎng)裝置，其特征為，所述坩堝收容容器由隔熱材料構(gòu)成。并且，本發(fā)明還公開(kāi)了一種藍(lán)寶石單晶生長(zhǎng)裝置，其特征為，所述加熱部為高頻線圈。有益效果本發(fā)明的藍(lán)寶石單晶生長(zhǎng)裝置包括第一腔室、第二腔室、晶種桿及腔室阻隔部。其中，第二腔室設(shè)置在所述第一腔室的上部，以與通過(guò)晶種桿的第一腔室的插入口接通，可控氣氛被注入到第二腔室的內(nèi)部。并且，當(dāng)腔室阻隔部被設(shè)置在第二腔室的下端并關(guān)閉插入口時(shí)，第二腔室和第一腔室達(dá)到隔離狀態(tài)。因此，晶種位于與第一腔室處于隔離狀態(tài)的第二腔室的內(nèi)部，通過(guò)可控氣氛被冷卻后可被替換?，F(xiàn)有技術(shù)中，為了在單一腔室內(nèi)替換晶種，需要經(jīng)過(guò)相當(dāng)長(zhǎng)時(shí)間對(duì)加熱部進(jìn)行冷卻和再加熱，但是通過(guò)本發(fā)明能夠省略需要相當(dāng)長(zhǎng)時(shí)間的對(duì)加熱部的冷卻和再加熱。因此，本發(fā)明的藍(lán)寶石單晶生長(zhǎng)裝置具有以下效果，可顯著減少用于晶種替換的時(shí)間。并且，本發(fā)明的藍(lán)寶石單晶生長(zhǎng)裝置，在晶種的替換中通過(guò)加熱部被反復(fù)冷卻和再加熱的坩堝或坩堝收容容器保持在一定溫度環(huán)境下，從而具有能夠防止由反復(fù)的冷卻和再加熱引起的變形和壽命減少的效果。


圖I為利用了現(xiàn)有技術(shù)的CZ法的藍(lán)寶石單晶生長(zhǎng)裝置的圖。圖2為示出了本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例的藍(lán)寶石單晶生長(zhǎng)裝置的圖。圖3為示出了圖2所示藍(lán)寶石單晶生長(zhǎng)裝置的第二腔室的腔室阻隔部的立體圖。附圖標(biāo)記說(shuō)明100 :藍(lán)寶石單晶生長(zhǎng)裝置101 :第一腔室 102 :坩堝收容容器
103 : 甘堝104 :加熱部105:第二腔室106:晶種桿107:腔室阻隔部 110:晶種151 :氣體管線
具體實(shí)施例方式下面，參照附圖對(duì)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)的說(shuō)明。在說(shuō)明本發(fā)明時(shí)，當(dāng)判斷為關(guān)聯(lián)的公知功能或結(jié)構(gòu)的具體說(shuō)明會(huì)不必要地使本發(fā)明的主旨不清楚時(shí)，省略其詳細(xì)說(shuō)明。 圖2為示出了本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的藍(lán)寶石單晶生長(zhǎng)裝置100的圖，圖3為示出了圖2所示藍(lán)寶石單晶生長(zhǎng)裝置100的第二腔室105的腔室阻隔部107的立體圖。如圖2及圖3所示，本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的藍(lán)寶石單晶生長(zhǎng)裝置100包括第一腔室101、坩堝收容容器102、坩堝103、加熱部104、第二腔室105、晶種桿106及腔室阻隔部107，將設(shè)置在晶種桿106終端上的晶種110接觸到氧化鋁熔液后，使其上升，從而使藍(lán)寶石單晶120生長(zhǎng)。第一腔室101收容坩堝收容容器102、坩堝103及加熱部104，從而使坩堝收容容器102、坩堝103及加熱部104不受外部環(huán)境影響，起到保護(hù)作用，并且防止坩堝收容容器102、坩堝103及加熱部104的熱向外部、第一腔室101的外部發(fā)散。并且，第一腔室101的上面配置有上蓋101a，上蓋IOla可從第一腔室101分離，從而還起到如同第一腔室101的蓋子的功能。并且，上蓋IOla上形成有插入口 111。插入口 111使第一腔室101的內(nèi)部和外部連通，晶種桿106可通過(guò)插入口 111下降至第一腔室101的內(nèi)部并插入。坩堝收容容器102位于第一腔室101的內(nèi)部，并且由隔熱材料構(gòu)成。坩堝103位于坩堝收容容器102的內(nèi)部并用于裝氧化鋁。此時(shí)，氧化鋁為固態(tài)。并且，坩堝103由銥材料制造，坩堝103的大小可根據(jù)藍(lán)寶石單晶120的大小選擇。并且，坩堝103的上面為開(kāi)放的狀態(tài)，并且與第一腔室101的插入口 111對(duì)應(yīng)。加熱部104配置為包圍坩堝收容容器102，加熱坩堝103使裝在坩堝103中的氧化鋁熔融，從而形成氧化鋁熔液。并且，加熱部104的輸出可調(diào)整，增加加熱部104的輸出直至固態(tài)氧化鋁生成為熔融的氧化鋁熔液而在氧化鋁熔液中發(fā)生對(duì)流現(xiàn)象。優(yōu)選地，加熱部104由纏繞坩堝收容容器102的高頻線圈構(gòu)成。另一方面，為了確認(rèn)坩堝103中氧化鋁熔液的對(duì)流現(xiàn)象，第一腔室101的上蓋IOla上形成第一觀察窗口 113。通過(guò)第一觀察窗口 113確認(rèn)氧化鋁熔液的當(dāng)前狀態(tài)。當(dāng)發(fā)生氧化鋁熔液的對(duì)流現(xiàn)象時(shí)，停止增加加熱部104的輸出，能夠?qū)崿F(xiàn)利用晶種110的藍(lán)寶石單晶120的生長(zhǎng)。此時(shí)，第一腔室101的內(nèi)部過(guò)亮，難以用肉眼確認(rèn)氧化鋁熔液的狀態(tài)。因此，CXD攝像機(jī)等拍攝裝置(未示出)通過(guò)第一觀察窗口 113拍攝氧化鋁熔液并提供氧化鋁熔液的狀態(tài)。第二腔室105設(shè)置在第一腔室101的上部，以與第一腔室101的插入口 111接通。通常，為了確認(rèn)氧化鋁熔液的當(dāng)前狀態(tài)，即使使用拍攝裝置，根據(jù)拍攝裝置的位置、濾鏡、變焦等，有時(shí)也不能準(zhǔn)確觀察到熔液的狀態(tài)，尤其是對(duì)流現(xiàn)象。因此會(huì)發(fā)生以下情況，即使發(fā)生對(duì)流現(xiàn)象加熱部104的輸出還會(huì)持續(xù)增加。此時(shí)，第一腔室101的內(nèi)部溫度升高，導(dǎo)致晶種110在實(shí)現(xiàn)藍(lán)寶石單晶120的生長(zhǎng)之前變小或熔化。此時(shí)，第二腔室105用于替換設(shè)置在晶種桿106的終端的晶種110。并且，優(yōu)選地，第二腔室105的內(nèi)徑的形成大小為以晶種110幾乎接觸第二腔室105內(nèi)壁的程度。因此，晶種110能夠不受第二腔室105的干擾而通過(guò)第二腔室105，并且能夠限制第一腔室101內(nèi)部的熱通過(guò)第二腔室105發(fā)散。并且，第二腔室105的外周面上形成氣體管線151。氣體管線151將可控氣氛注入到第二腔室105的內(nèi)部。這種可控氣氛限制第一腔室104內(nèi)部的熱通過(guò)第二腔室105，并且冷卻位于第二腔室105內(nèi)部的晶種桿106。并且，第二腔室105的外周面上形成第二觀察窗口 153。可通過(guò)第二觀察窗口 153確認(rèn)第二腔室105的內(nèi)部。因此，設(shè)置在晶種桿106終端的晶種110位于第二腔室105的內(nèi)部并被冷卻，從而能夠確認(rèn)是否能夠替換?！?br> 晶種桿106通過(guò)第二腔室105下降至第一腔室101內(nèi)，或從第一腔室101上升。隨著在晶種桿106的終端上設(shè)置晶種110，晶種桿106下降使晶種110接觸氧化鋁熔液后上升，從而使晶種110生長(zhǎng)為監(jiān)寶石單晶120。此時(shí)，晶種桿106也同樹(shù)禍103由依材料構(gòu)成。腔室阻隔部107設(shè)置在第二腔室105的下端，開(kāi)閉插入口 111。通常，腔室阻隔部107使插入口 111保持在開(kāi)放的狀態(tài)，并且使晶種110通過(guò)晶種桿106的下降和上升而順利地生長(zhǎng)為藍(lán)寶石單晶120。另一方面，當(dāng)晶種110在生長(zhǎng)為藍(lán)寶石單晶120之前變小或熔化時(shí)，需要進(jìn)行替換。此時(shí)，利用第二觀察窗口 153使晶種桿106的終端位于第二腔室105的內(nèi)部。接著，腔室阻隔部107關(guān)閉插入口 111使第一腔室101和第二腔室105達(dá)到隔離狀態(tài)。因此，設(shè)置在晶種桿106終端的晶種110在被替換之前不受第一腔室101內(nèi)部的熱的影響，能夠被通過(guò)氣體管線151注入的可控氣氛集中冷卻。晶種110在第二腔室中被充分冷卻到可替換的溫度后被替換。腔室阻隔部107再次開(kāi)放插入口 111，晶種110利用晶種桿106下降至第一腔室101內(nèi)而生長(zhǎng)藍(lán)寶石單晶120。并且，如圖3所示，雖然示出了腔室阻隔部107在第二腔室105的下端以一軸為中心，通過(guò)左右旋轉(zhuǎn)來(lái)開(kāi)閉插入口 111，但不限于此，其可以以相對(duì)于第二腔室105直線移動(dòng)或位于第二腔室105的內(nèi)壁上，以一軸為中心上下方向旋轉(zhuǎn)等多種方式開(kāi)閉插入口 111。為了確認(rèn)本發(fā)明的藍(lán)寶石單晶生長(zhǎng)裝置100的效果，在下述實(shí)施例I、實(shí)施例2及比較例I中測(cè)定了晶種110熔化后被替換，直至再通過(guò)藍(lán)寶石單晶生長(zhǎng)裝置100生長(zhǎng)為藍(lán)寶石單晶120的狀態(tài)所需的時(shí)間。實(shí)施例I利用了包括第二腔室105和腔室阻隔部107的藍(lán)寶石單晶生長(zhǎng)裝置，在第二腔室105中沒(méi)有注入可控氣氛。在第一腔室101的內(nèi)部，晶種110熔化的狀態(tài)下，晶種桿106上升，晶種110位于第二腔室105的內(nèi)部。此時(shí)，通過(guò)腔室阻隔部107關(guān)閉插入口111，晶種110在沒(méi)有采取特別措施的情況下，使其在第二腔室105內(nèi)自然冷卻。晶種110在達(dá)到可替換的溫度時(shí)被替換，在插入口 111通過(guò)腔室阻隔部107再次開(kāi)放的狀態(tài)下，通過(guò)晶種桿106再次下降至第一腔室101內(nèi)。至此，測(cè)定了各步驟所需的時(shí)間。實(shí)施例2同實(shí)施例I 一樣利用了包括第二腔室105和腔室阻隔部107的藍(lán)寶石單晶生長(zhǎng)裝置，但是與實(shí)施例I不同，向第二腔室105注入了可控氣氛。在第一腔室101的內(nèi)部，晶種Iio在熔化的狀態(tài)下，晶種桿106上升，晶種110位于第二腔室105的內(nèi)部。此時(shí)，通過(guò)腔室阻隔部107關(guān)閉插入口 111，晶種110通過(guò)注入到第二腔室105內(nèi)的可控氣氛被冷卻。晶種110達(dá)到可替換的溫度后被替換，在插入口 111被腔室阻隔部107再次開(kāi)放的狀態(tài)下，通過(guò)晶種桿106再次下降至第一腔室101內(nèi)。至此，測(cè)定了各步驟所需的時(shí)間。比較例I利用了不包括第二腔室105和腔室阻隔部107的藍(lán)寶石生長(zhǎng)裝置。因此，執(zhí)行的步驟如同現(xiàn)有技術(shù)，是加熱部104的輸出值達(dá)到O的冷卻(cool down)步驟,在第一腔室101的內(nèi)部熔化的晶種110位于第一腔室101的外部，在沒(méi)有采取特別的措施的情況下，使其自然冷卻。晶種110達(dá)到可替換的溫度后，再次執(zhí)行升溫步驟，使加熱部104的輸出值增加以再次發(fā)生氧化鋁熔液的對(duì)流現(xiàn)象，晶種110再次下降至第一腔室101內(nèi)。至此，測(cè)定了各步驟所需的時(shí)間。實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表I所示。表I顯示了為了晶種110的替換而執(zhí)行的各個(gè)步驟所需的時(shí)間。
表I
實(shí)施例I實(shí)施例2比較例I
冷去POO20
可控氣氛注入 O O
晶種自然冷卻 5O24
晶種替換
清洗(purge) O. 5O. 5I. 5
升溫OO15
合計(jì)θΓδ2 5605查看表I可確認(rèn)，本實(shí)施例的藍(lán)寶石單晶生長(zhǎng)裝置100包括第二腔室105和腔室阻隔部107，因此省略了冷卻和升溫步驟，冷卻晶種的時(shí)間顯著減少。并且確認(rèn)了通過(guò)在第二腔室105中注入可控氣氛，使得晶種的冷卻時(shí)間減少更多。因此，本發(fā)明的藍(lán)寶石單晶生長(zhǎng)裝置利用用于替換晶種的第二腔室，省略了調(diào)節(jié)加熱部輸出的步驟，向依靠腔室阻隔部與第一腔室隔離的第二腔室注入可控氣氛，迅速冷卻晶種，使其可替換。因此，晶種110的替換時(shí)間顯著減少，并且能夠防止藍(lán)寶石單晶的生產(chǎn)性能下降。并且，坩堝或坩堝收容容器，由于省略了反復(fù)冷卻和再加熱，從而減少了由冷卻和再加熱引起的變形，還能防止由此引起的壽命減少。以上，對(duì)具體實(shí)施例進(jìn)行了說(shuō)明，但是對(duì)于本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明的范圍內(nèi)可進(jìn)行各種變形是顯而易見(jiàn)的。
權(quán)利要求
1.一種藍(lán)寶石單晶生長(zhǎng)裝置，其為在氧化鋁熔液中接觸晶種后使其上升，從而使藍(lán)寶石單晶生長(zhǎng)的藍(lán)寶石單晶生長(zhǎng)裝置，其特征在于，所述藍(lán)寶石單晶生長(zhǎng)裝置包括 第一腔室，其容納氧化鋁，所述氧化鋁在其中熔融，所述第一腔室的上面形成有插入Π ； 第二腔室，其設(shè)置在所述第一腔室的上部，以與所述第一腔室的插入口接通； 晶種桿，其通過(guò)所述第二腔室下降至所述第一腔室內(nèi)，或從所述第一腔室上升，所述晶種桿的終端設(shè)置有所述晶種；以及 腔室阻隔部，其設(shè)置在所述第二腔室的下端，開(kāi)閉所述插入口 ； 為了替換所述晶種，當(dāng)所述晶種桿的終端上升并位于所述第二腔室的內(nèi)部時(shí)，所述腔室阻隔部關(guān)閉所述插入口。
2.如權(quán)利要求I所述的藍(lán)寶石單晶生長(zhǎng)裝置，其特征在于，所述第一腔室包括 坩堝收容容器，其位于所述第一腔室的內(nèi)部； 坩堝，其位于所述坩堝收容容器的內(nèi)部并裝有所述氧化鋁；以及加熱部，其被配置為包圍所述坩堝收容容器，并使所述氧化鋁熔融而形成所述氧化鋁熔液。
3.如權(quán)利要求I所述的藍(lán)寶石單晶生長(zhǎng)裝置，其特征在于，所述第二腔室包括氣體管線，所述氣體管線從所述第二腔室的外周面延長(zhǎng)，并向所述第二腔室的內(nèi)部注入可控氣氛。
4.如權(quán)利要求2所述的藍(lán)寶石單晶生長(zhǎng)裝置，其特征在于，所述坩堝收容容器由隔熱材料構(gòu)成。
5.如權(quán)利要求2所述的藍(lán)寶石單晶生長(zhǎng)裝置，其特征在于，所述加熱部為高頻線圈。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種藍(lán)寶石單晶生長(zhǎng)裝置，其為在氧化鋁熔液中接觸晶種后將其上升，從而使藍(lán)寶石單晶生長(zhǎng)的藍(lán)寶石單晶生長(zhǎng)裝置，其包括第一腔室(第一腔室的上面形成有插入口)，其容納氧化鋁，氧化鋁在其中熔融；第二腔室，其設(shè)置在第一腔室的上部，以與第一腔室的插入口接通；晶種桿(晶種桿的終端設(shè)置有晶種)，其通過(guò)第二腔室下降至第一腔室內(nèi)，或從第一腔室上升；以及腔室阻隔部，其設(shè)置在第二腔室的下端，開(kāi)閉插入口，為了替換晶種，當(dāng)晶種桿的終端上升并位于第二腔室的內(nèi)部時(shí)，腔室阻隔部關(guān)閉插入口。上述藍(lán)寶石單晶生長(zhǎng)裝置通過(guò)顯著減少晶種替換的時(shí)間，提高生產(chǎn)性能，防止由反復(fù)冷卻和再加熱引起的變形和壽命減少。
文檔編號(hào)C30B15/00GK102899717SQ201210262668
公開(kāi)日2013年1月30日 申請(qǐng)日期2012年7月26日 優(yōu)先權(quán)日2011年7月26日
發(fā)明者郭晚錫, 金大淵 申請(qǐng)人:株式會(huì)社Kcc