CN202214439U - 高效率蓝宝石晶体长晶炉 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开高效率蓝宝石晶体长晶炉，包括真空炉体，分隔为上、下炉体，上炉体内设第一坩埚，第一坩埚外缘设加热组件，加热组件外缘设隔热装置，第一坩埚设旋动件链接外部旋动装置，第一坩埚底端设阀体链接外部阀体控制装置，阀体下端具管体连通下炉体，上炉体具有进气孔及排气孔，连通外部气体供应装置及排气装置，真空炉体外部具有中央控制装置，链接排气装置、气体供应装置，链接加热组件电源使加热组件，链接旋动装置控制第一坩埚旋转及链接阀体控制装置，真空炉体与隔热装置间设冷却槽，冷却槽上端连通冷却液供给装置，下端连通排液装置，下炉体设第二坩埚，其开口端位于管体下方，内部置有籽晶。长晶炉具高效率成长蓝宝石单晶的功效。

Description

高效率蓝宝石晶体长晶炉

技术领域

本实用新型涉及一种高效率蓝宝石晶体长晶炉，属单晶蓝宝石成长技术领域，特别是指一种适用于成长诸如单晶蓝宝石晶体等各种氧化物人工晶体的成长烧结炉结构，具有高效率成长蓝宝石单晶的功效。

背景技术

目前，氧化物人工晶体于现代科技产品的运用十分重要，以单晶蓝宝石晶体运用于光电产业的发光二极管(LED)为例，氮化镓(GaN)的材料研究也已超过二十年，但一直因为没有晶格常数配合的基板(Substrate)，所以晶体长不好，并且p型氮化镓不易制成，所以进展缓慢，这些问题一直到1983年，日本的田贞史博士(S.Yoshida)等人用氮化铝(AlN)在蓝宝石(Sapphire)基板上先用高温成长做缓冲层，再在其上生长氮化镓时，结晶较好，之后名古屋大学的赤崎勇教授(I.Akasaki)等人发现以有机金属气相沉积法(MOCVD或OMVPE)均匀的在低温(约600℃)长一层薄的氮化铝，再在其上以高温(约1000℃左右)成长氮化镓可以得到像镜面的材料。1991年日亚公司(Nichia Co.)研究员中村修二(S.Nakamura)改用非晶体氮化镓以低温先成长为缓冲层(Buffer Layer)，再以高温成长氮化镓时，亦得到镜面般平坦的膜。另一个如何做p-GaN的问题也获得突破，1989年赤崎勇教授等人首先将镁(Mg)掺杂在氮化镓里使其成长，长成后进行电子束照射得到p型氮化镓，后来日亚公司的中村修二发现电子束不过是使氮化镓的温度升高，使Ma-H中的氢分离而镁受子被活性化产生低阻抗的氮化镓，他发现如果以700℃左右的热退火也可将氢赶走，使镁活性化而完成p型的工作。利用以上二个发现，日亚公司1993年宣布成功开发亮度一烛光(Cd)的GaN蓝光发光二极管(LED)，寿命长达数万小时。此消息发表后，立刻引起全世界的注意，目前全球各地已有很多团体在研究此类材料的制造、性质及应用。

再者，由于蓝宝石基板氧化铝单晶的晶格与氮化镓非常接近，是非常适合的基板材料，故蓝宝石基板的长成技术也就格外的重要了。生产蓝宝石基板主要的关键技术在于2050℃高温中将氧化铝粉末熔化及生长晶体。本实用新型研创人先前提出蓝宝石长晶方法，其主要将氧化铝Al₂O₃粉末经研磨至超威粉体颗粒，再经去芜存菁提纯至99.999％以上、喷雾造粒、添加有机黏结剂、压模、进真空特高温炉先预烧成半熟氧化铝块后，再加热至溶汤状态，直至长晶完成并固化、冷却、收缩成单晶蓝宝石，具有节省单晶蓝宝石长晶时间、成本较低、晶体质量和尺寸不受限制，且质量能满足光学、半导体、通讯等组件的高性能要求等功效。但是，公知的人工晶体成长炉，其热场【热场(hot-zone)是指构成在成长炉真空室内形造晶体生长所需要的适当热及气体流条件所用的装备，一般热场包括例如盛装熔液所用的坩埚、一或数个不同型式的加热器以及环绕坩埚及加热器而设的热绝缘体】的高温无法仅靠绝缘装置完全阻绝于炉内，释出的高温会对设于真空炉外的控制装置、电路产生不良影响，而无法持续、稳定的生产人工晶体为其缺失。又，公知的人工晶体成长炉，其加热及长晶采用同一坩埚，即加热成熔液状的材料是在同一坩埚上长晶，如此无法降低制造时间，增进制造效率。此即为现行公知技术存有最大的缺失，此缺失乃成业界亟待克服的难题。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型要解决的技术问题在于提供一种高效率成长蓝宝石单晶。

为解决上述技术问题，本实用新型的技术方案是这样实现的：一种高效率蓝宝石晶体长晶炉，主要包括有真空炉体，该真空炉体分隔为上炉体与下炉体，上炉体内设有第一坩埚，第一坩埚外缘设有加热组件，加热组件外缘设有隔热装置，第一坩埚设有旋动件，旋动件链接外部旋动装置，以使第一坩埚旋动，第一坩埚底端设有阀体，阀体链接外部阀体控制装置以控制阀体的启闭，阀体下端具管体连通下炉体，上炉体另具有进气孔及排气孔，以分别连通外部气体供应装置及排气装置，真空炉体外部具有中央控制装置，分别链接对真空炉体内抽真空的排气装置，提供真空炉体内气氛气体的链接气体供应装置，链接加热组件电源使加热组件对第一坩埚加热，链接旋动装置以控制第一坩埚的旋转，及链接阀体控制装置控制阀体的启闭，该真空炉体与隔热装置间设有冷却槽，冷却槽上端具有冷却液入口连通冷却液供给装置，冷却槽下端具有冷却液出口连通排液装置，该下炉体设有第二坩埚，该第二坩埚开口端位于管体下方，其内部置有籽晶。

进一步，该籽晶设于第二坩埚底端。

进一步，该籽晶设于第二坩埚侧方。

进一步，该第二坩埚设有升降装置。

进一步，该第二坩埚设有位移装置。

本实用新型达到的技术效果如下：本实用新型具有高效率成长蓝宝石单晶的功效。当第一坩埚加热程序完成，通过阀体控制装置的控制，开启阀体而将熔液顺管体注入第二坩埚，而在第二坩锅进行冷却、固化、收缩成单晶蓝宝石，而第一坩埚在同时可进行另一加热程序，即本实用新型可同时进行上炉体加热程序，下炉体冷却、固化、收缩单晶蓝宝石程序，可大幅缩短制程时间，达成高效率成长蓝宝石单晶之功效。第二坩埚设有位移装置，真空炉体相对位置设有移出孔，以便于移出(入)。第二坩埚设有升降装置，以上、下位移第二坩埚。

附图说明

图1为本实用新型高效率蓝宝石晶体长晶炉实施例剖示图。

【主要组件符号说明】

A籽晶            B单晶蓝宝石

1真空炉体

10上炉体         11下炉体

12进气孔         13排气孔

2第一坩埚

20旋动件                    21阀体

22管体

3加热组件

4隔热装置

5中央控制装置

50旋动装置                  51阀体控制装置

52气体供应装置              53排气装置

54加热组件电源              55冷却液供给装置

56排液装置                  57升降装置

58位移装置

6冷却槽

60冷却液入口                61冷却液出口

7第二坩埚

具体实施方式

为达成本实用新型前述目的的技术手段，兹列举一实施例，并配合图式说明如后。

先，请参阅图1所示，由图可知本实用新型主要包括有：

真空炉体1，该真空炉体1分隔为上炉体10与下炉体11，上炉体10内设有第一坩埚2，第一坩埚2外缘设有加热组件3，加热组件3外缘设有隔热装置4，前述第一坩埚2设有旋动件20，旋动件20链接外部旋动装置50，以使第一坩埚2旋动，第一坩埚2底端设有阀体21，阀体21链接外部阀体控制装置51以控制阀体21的启闭，阀体21下端具管体22连通下炉体11，上炉体10另具有进气孔12及排气孔13，以分别连通外部气体供应装置52及排气装置53，真空炉体1外部并具有中央控制装置5，分别链接排气装置53对真空炉体1内抽真空，链接气体供应装置52提供真空炉体1内气氛气体，链接加热组件电源54使加热组件3对第一坩埚2加热，链接旋动装置50以控制第一坩埚2的旋转，及链接阀体控制装置51控制阀体21的启闭，该真空炉体1与隔热装置4间设有冷却槽6，冷却槽6上端具有冷却液入口60连通冷却液供给装置55，冷却槽6下端具有冷却液出口61连通排液装置56，以隔绝、冷却真空炉体1，避免设于真空炉体1外部装置受损，该下炉体11设有第二坩埚7，该第二坩埚7开口端位于管体22下方，其内部置有籽晶A【籽晶A用为取得蓝宝石晶体生长正确取向如c面0001向等的单晶蓝宝石B，在实施例中，籽晶A可设于第二坩埚7的底端或侧方】，当第一坩埚2加热程序完成，通过阀体控制装置51的控制，开启阀体21而将熔液顺管体22注入第二坩埚7，而在第二坩锅7进行冷却、固化、收缩成单晶蓝宝石B，而第一坩埚2在同时可进行另一加热程序，也即本实用新型可同时进行上炉体10加热程序及下炉体11的冷却、固化、收缩单晶蓝宝石B程序，如此可大幅缩短制造时间，达成高效率成长蓝宝石单晶的功效。

本实用新型前述第二坩埚7设有升降装置57，以视制程上、下位移第二坩埚7。

本实用新型前述第二坩埚7设有位移装置58，真空炉体1相对位置设有移出孔14，以便于移出入第二坩埚7。如此而达本实用新型设计目的，堪称一实用的实用新型。

综上所述，本实用新型所揭露的一种高效率蓝宝石晶体长晶炉。

以上所述，仅为本实用新型的较佳实施例而已，并非用于限定本实用新型的保护范围。

Claims (5)

1.一种高效率蓝宝石晶体长晶炉，其特征在于，主要包括有真空炉体，该真空炉体分隔为上炉体与下炉体，上炉体内设有第一坩埚，第一坩埚外缘设有加热组件，加热组件外缘设有隔热装置，第一坩埚设有旋动件，旋动件链接外部旋动装置，以使第一坩埚旋动，第一坩埚底端设有阀体，阀体链接外部阀体控制装置以控制阀体的启闭，阀体下端具管体连通下炉体，上炉体另具有进气孔及排气孔，以分别连通外部气体供应装置及排气装置，真空炉体外部具有中央控制装置，分别链接对真空炉体内抽真空的排气装置，提供真空炉体内气氛气体的链接气体供应装置，链接加热组件电源使加热组件对第一坩埚加热，链接旋动装置以控制第一坩埚的旋转，及链接阀体控制装置控制阀体的启闭，该真空炉体与隔热装置间设有冷却槽，冷却槽上端具有冷却液入口连通冷却液供给装置，冷却槽下端具有冷却液出口连通排液装置，该下炉体设有第二坩埚，该第二坩埚开口端位于管体下方，其内部置有籽晶。

2.如权利要求1所述的高效率蓝宝石晶体长晶炉，其特征在于，该籽晶设于第二坩埚底端。

3.如权利要求1所述的高效率蓝宝石晶体长晶炉，其特征在于，该籽晶设于第二坩埚侧方。

4.如权利要求1所述的高效率蓝宝石晶体长晶炉，其特征在于，该第二坩埚设有升降装置。

5.如权利要求1或4所述的高效率蓝宝石晶体长晶炉，其特征在于，该第二坩埚设有位移装置。

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