一种晶体生长炉及坩埚盖板制造技术

本实用新型专利技术公开了一种晶体生长炉及其使用的坩埚盖板，晶体生长炉用于泡生法生长晶体，包括：具有开口的坩埚、围绕坩埚设置的加热器、坩埚上方的保温层，具有中心孔的坩埚盖板盖在坩埚的开口上，坩埚盖板的中心孔从中心延孔径方向逐步变小，在生长晶体的过程中消除了原来圆形孔坩埚盖板形成的温度突变截面，显著地减少了圆形孔附近晶体的热应力，降低了大尺寸晶体开裂的概率。寸晶体开裂的概率。寸晶体开裂的概率。

【技术实现步骤摘要】
一种晶体生长炉及坩埚盖板


[0001]本技术涉及晶体生长领域，特别是涉及一种晶体生长炉。

技术介绍

[0002]泡生法是目前生长蓝宝石晶体最常用的方法，在众多的蓝宝石晶体生长方法中，泡生法生长的晶体尺寸大、缺陷密度最低、晶体品质高，目前LED使用的蓝宝石衬底80%由泡生法生长。
[0003]参看图1和图2，泡生法从提拉法演变而来，从热场结构上看，两者的区别之一在于泡生法的坩埚口上面有一块小孔径的盖板。泡生法的整个晶体生长过程在坩埚内部完成，从而获得低缺陷密度的蓝宝石晶体。盖板把热场分成两个温度区域，盖板上面为低温区，盖板下面（即坩埚里面）为高温区，使得晶体生长能自上而下顺利进行。但是同时也导致了晶体头部表面形成两个温度差很大的区域，通常为了与籽晶连接，盖板设置有圆形的中心孔，露在盖板中心孔外面的晶体表面温度较低，被盖板遮住的晶体表面温度较高，在两者的交界面上的温度存在突变，产生很大的热应力，容易导致晶体开裂。由于晶体生长技术的不断提升，蓝宝石晶体的尺寸也越做越大，目前已能够生长500kg的蓝宝石晶体。而在大尺寸的蓝宝石晶体生长过程中，如局部存在较大的热应力，极易导致晶体开裂。
[0004]国内外有专利描述了泡生法生长蓝宝石的技术，如专利CN103046135A、CN104451892A、CN102851745A等，采用多段式、独立控制的加热器来调节温度梯度，但只能调节大范围的纵向和径向温度梯度，对晶体头部中心表面局部的温度梯度的调节作用微小，目前还未发现有类似技术用于减小该区域的温度梯度。
技术内容
[0005]为了解决
技术介绍
中，晶体靠近盖板中心孔位置的热应力局部积累较大的问题，提供了一种晶体生长炉，一种晶体生长炉，用于泡生法生长晶体，包括：具有开口的坩埚、围绕坩埚设置的加热器、坩埚上方的保温层，具有中心孔的坩埚盖板盖在坩埚的开口上，坩埚盖板的中心孔的移除量从中心延孔径向远离中心的方向逐步变小。
[0006]根据本技术，优选的，晶体包括蓝宝石、硅或者碳化硅。
[0007]根据本技术，优选的，坩埚盖板的中心孔的形状为锯齿状或星状，根据实验情况这两种图形的实施效果较为理想。
[0008]根据本技术，优选的，坩埚盖板的中心孔的内径为50~200mm，且外径为80~350mm。
[0009]根据本技术，优选的，坩埚盖板的中心孔的锯齿或者星角数量为5~50个。
[0010]根据本技术，优选的，坩埚盖板的厚度为0.5~15mm。
[0011]根据本技术，优选的，晶体生长炉的生长晶体重量为200~400kg或者400kg以上。
[0012]根据本技术，优选的，中心孔为生长晶体提供应力缓冲，减少中心孔处生长晶
体的热应力。
[0013]本技术的有益效果包括：坩埚盖板的中心孔的移除量从中心延孔径向远离中心的方向逐步变小，边缘的通孔面积小，而中心的通孔面积大，尽可能减少热场变化梯度，可在晶体头部表面形成一个温度变化的缓冲区，消除了原来的圆形孔盖板形成的温度突变界面，显著地减小了该部位的热应力，降低了大尺寸晶体开裂的概率。
附图说明
[0014]附图用来提供对本技术的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本技术的实施例一起用于解释本技术，并不构成对本技术的限制。此外，附图数据是描述概要，不是按比例绘制。
[0015]图1为
技术介绍
的晶体生长炉的剖面结构示意图；
[0016]图2为
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的坩埚盖板的俯视结构示意图；
[0017]图3为
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的晶体生长炉的局部剖面结构示意图；
[0018]图4为本技术实施例的晶体生长炉的剖面结构示意图；
[0019]图5为本技术实施例的坩埚盖板的俯视结构示意图；
[0020]图6为本技术实施例的晶体生长炉的局部剖面结构示意图。
[0021]图中标示：1、上保温层；2、加热器；3、中间保温层；4、盖板；41、中心孔；5、晶体；6、坩埚；7、熔液；8、提拉杆。
具体实施方式
[0022]下面便结合附图对本技术若干具体实施例作进一步的详细说明。但以下关于实施例的描述及说明对本技术保护范围不构成任何限制。
[0023]应当理解，本技术所使用的术语仅出于描述具体实施方式的目的，而不是旨在限制本技术。进一步理解，当在本技术中使用术语“包含”、"包括"时，用于表明陈述的特征、整体、步骤、组件的存在，而不排除一个或多个其他特征、整体、步骤、组件和/或它们的组合的存在或增加。
[0024]除另有定义之外，本技术所使用的所有术语（包括技术术语和科学术语）具有与本技术所属领域的普通技术人员通常所理解的含义相同的含义。应进一步理解，本技术所使用的术语应被理解为具有与这些术语在本说明书的上下文和相关领域中的含义一致的含义，并且不应以理想化或过于正式的意义来理解，除本技术中明确如此定义之外。
[0025]本技术提供了一种晶体生长炉，用于泡生法生长晶体5，晶体5可以是蓝宝石、硅或者碳化硅，本实施例以蓝宝石长晶炉为例，本实施例可生长200~400kg的晶体5，特别是适合生长400kg以上的大重量晶体5，从整体上看，作为生长炉的组件包括具有开口的坩埚，长晶时坩埚6用于容纳晶体和晶体熔液；围绕坩埚6设置的鸟笼型加热器2，盖在坩埚6上方的保温层，在本实施例中，保温层从长晶炉位置来划分，分为上保温层1和中间保温层3，两者均设计为多层钨钼金属构成的保温结构，利用吸收热辐射原理进行保温，也可以考虑采用石墨硬毡进行保温。
[0026]具有中心孔41的坩埚盖板4盖在坩埚6的开口上，晶体5通过中心孔41于提拉杆8相
连，为了确保晶体5自上而下顺利生长，利用坩埚盖板4的隔热作用，把热场划分成低温区和高温区。盖板4以上部位为低温区，盖板4以下部位为高温区。
[0027]参看图3，原有技术使用中心孔41为圆型的盖板4，露在圆心孔盖板4外面的晶体更容易对外散热，温度低，被圆心孔盖板4遮挡住的晶体部位温度高，从而形成一个低温与高温的交界线a。交界线a处的温度梯度很大，当晶体5生长到交界线a处，直径很难向外面扩大，会在晶体5表面留下一个台阶，造成晶体生长的不顺畅。同时也产生一个热应力高度集中的界面，晶体5容易开裂。
[0028]参看图4至图6，在本实施例种使用锯齿孔或者星状的盖板4，坩埚盖板的中心孔41的内径为50~200mm，内径指的是盖板4锯齿顶端距离圆心的距离，且外径为80~350mm，外径指的是盖板4锯齿底部距离圆心的距离，中心孔41将形成两个高低温的交界线，即交界线a和交界线b。由于锯齿的宽度逐渐变小，坩埚盖板的中心孔41的移除量从中心沿孔径向远离中心的方向逐步变小，从交界线a到交界线b的温度逐渐升高，形成了一个温度由低到高的自然缓冲区，使得晶体5在该区域的生长和扩大能顺利进行，同时提供了应力缓冲，该区域晶体的热应力也得到大幅降低。本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种晶体生长炉，用于泡生法生长晶体，包括：具有开口的坩埚、围绕坩埚设置的加热器、坩埚上方的保温层，具有中心孔的坩埚盖板盖在坩埚的开口上，其特征在于，坩埚盖板的中心孔的移除量从中心延孔径向远离中心的方向逐步变小。2.根据权利要求1所述的一种晶体生长炉，其特征在于，晶体包括蓝宝石、硅或者碳化硅。3.根据权利要求1所述的一种晶体生长炉，其特征在于，坩埚盖板的中心孔的形状为锯齿状或星状。4.根据权利要求3所述的一种晶体生长炉，其特征在于，坩埚盖板的中心孔内径为50~200mm，且外径为80~350mm。5.根据权利要求3所述的一种晶体生长炉，其特征在于，坩埚盖板的中心孔的锯齿或者星角数量为5~50个。6.根据权利要求1所述的一种晶体生长炉，其特征在于，坩埚盖板的厚度为0.5~15mm。7.根据权利要求1所述的一种晶体生长炉，其特征在于，晶体生长炉的生长晶体重量为200~400kg或者400kg以上。8.根据权利要求1所述的一种晶体生长炉，其特征在于，中心孔...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈建明，杨胜裕，刘乾坤，齐凡，刘艺霖，
申请(专利权)人：福建晶安光电有限公司，
类型：新型
国别省市：