KR20120120740A - Apparatus for growing sapphire single crystal - Google Patents

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Abstract

PURPOSE: An apparatus for growing a sapphire single crystal is provided to suppress bubbles in the sapphire single crystal by remelting the lower section of the sapphire single crystal by a forced convection. CONSTITUTION: A crucible(120) receives aluminum oxide melt(130) and is installed in an insulation container(110). A convection blocking layer(180) is connected to the sidewall of the insulation container. An inner space(190) for receiving a sapphire single crystal(170) is formed in the convection blocking layer. The lower side of the convection blocking layer is located in the aluminum oxide melt.

Description

사파이어 단결정 성장 장치{APPARATUS FOR GROWING SAPPHIRE SINGLE CRYSTAL}Sapphire single crystal growth device {APPARATUS FOR GROWING SAPPHIRE SINGLE CRYSTAL}

본 발명은 사파이어 단결정을 성장시키는 장치에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 발명은 성장되는 사파이어 단결정에 기포결함이 발생하지 않도록 하는 사파이어 단결정 성장 장치에 관한 것이다.The present invention relates to an apparatus for growing sapphire single crystals. More specifically, the present invention relates to a sapphire single crystal growth apparatus in which bubble defects do not occur in the grown sapphire single crystal.

사파이어는 육방정계의 결정 구조를 가지는 산화 알루미늄(Al2O3)의 단결정이다. 사파이어 단결정은 발광다이오드(LED) 제조시 기판으로 사용된다. 사파이어 단결정 제조방법으로는 쵸크랄스키법(이하, CZ법), 베르누이법, 키로푸로스법, EFG법, HEM법 등이 있다. 이 중 CZ법은 단결정의 대형화가 가능하고, 온도 경사의 조정이 용이하여 고품질의 단결정을 생산할 수 있으며, C면 기판 제조시 원료의 낭비를 방지할 수 있기 때문에 매우 효과적인 방법이다. 또한, 근래에는 LED 제조시 생산성을 높이고 제조 단가를 감소시키기 위해 기판의 직경이 커지고 있는데, 이러한 경향에서도 Cz법을 이용한 사파이어 결정성장이 많은 장점을 가지고 있다.Sapphire is a single crystal of aluminum oxide (Al 2 O 3 ) having a hexagonal crystal structure. Sapphire single crystal is used as a substrate in the manufacture of light emitting diodes (LEDs). Examples of the sapphire single crystal manufacturing method include Czochralski method (hereinafter referred to as CZ method), Bernoulli method, Kiroprose method, EFG method, and HEM method. Among them, the CZ method is very effective because the single crystal can be enlarged, the temperature gradient can be easily adjusted to produce a high quality single crystal, and the waste of raw materials can be prevented during the production of the C surface substrate. In addition, in recent years, the diameter of the substrate is increasing in order to increase the productivity and reduce the manufacturing cost during LED manufacturing, and in this trend, sapphire crystal growth using the Cz method has many advantages.

도 1은 Cz법을 이용한 종래의 사파이어 단결정 성장 장치를 도시하는 도면이다. 1 shows a conventional sapphire single crystal growth apparatus using the Cz method.

단열재 용기(11) 내부에 위치하는 도가니(12)에 산화 알루미늄을 충진하고, 고주파 코일(14)을 이용해 도가니(12)를 가열한다. 도가니(12)의 열에 의해 산화 알루미늄이 용융되어 용탕(13)을 형성한다. 인상봉(15)의 하단에 종자결정(16)을 연결하고, 종자결정(16)을 용탕(13)에 접촉시킨 후, 회전하면서 서서히 끌어올려 사파이어 단결정(17)을 성장시킨다.The crucible 12 located inside the heat insulating material container 11 is filled with aluminum oxide, and the crucible 12 is heated using the high frequency coil 14. The aluminum oxide is melted by the heat of the crucible 12 to form the molten metal 13. The seed crystal 16 is connected to the lower end of the impression rod 15, and the seed crystal 16 is brought into contact with the molten metal 13, and then gradually pulled up while rotating to grow the sapphire single crystal 17. As shown in FIG.

도가니(12)는 고주파 코일(14)에 의해 가열이 되어 고온인 상태이며, 따라서, 도가니(12) 측벽쪽에 위치한 용탕은 열을 받아 밀도가 낮아져 위로 상승하고, 도가니(12) 중앙부에서 아래로 하강하여, 도 1에 도시된 화살표와 같은 대류 흐름을 형성한다(이하에서는, 이러한 흐름의 대류를 "자연 대류"라 한다). 이러한 자연 대류에 의해 사파이어 단결정(17)은 용탕(13) 방향으로 팽창한 볼록한 형태로 성장하게 된다. 이러한 형태로 성장하는 사파이어 단결정(17)에는 기포결함이 발생하기 쉽다.The crucible 12 is heated by the high frequency coil 14 and is in a high temperature state. Therefore, the molten metal located on the sidewall side of the crucible 12 receives heat to lower the density and rises upward, and descends downward from the center of the crucible 12. Thus, a convection flow such as an arrow shown in FIG. 1 is formed (hereinafter, the convection of the flow is referred to as "natural convection"). By this natural convection, the sapphire single crystal 17 grows in a convex form expanded in the molten metal 13 direction. Bubble defects tend to occur in the sapphire single crystal 17 growing in such a form.

단결정 내에 기포결함이 있다면, 가공시에 균열이 발생하기 쉽고, 기판 재료나 광학 재료로서 사용하는 경우 사파이어의 특성이 불충분하게 발휘되는 문제가 발생한다. 기포결함이 발생하는 이유는 사파이어 단결정의 이방성 특성 때문이다. 즉, 결정의 성장속도가 그 성장 방위에 따라 상이하여 성장 속도가 늦은 부분에 기포결함이 발생하는 것이다.If bubble defects exist in the single crystal, cracking is liable to occur during processing, and when used as a substrate material or an optical material, a problem of insufficiently exhibiting the properties of sapphire occurs. Bubble defects occur due to the anisotropic properties of the sapphire single crystal. In other words, the growth rate of the crystal is different depending on the growth direction, and bubble defects occur in the slow growth portion.

일본공개특허 제2008-207992호는 이러한 기포결함을 방지하기 위해, 단결정의 회전속도를 40RPM 이상으로 증가시켜, 단결정 하부 단면을 용탕의 표면과 평행하게 형성하는 기술을 개시한다. 이는 단결정의 회전속도를 상승시켜 강제대류를 증가시키고, 도가니 하부의 고온의 용탕을 상부로 상승시켜 단결정 하부의 단면을 평행으로 형성하는 것이다. 그러나, 이와 같은 구성은 직경 100mm 이하의 사파이어 단결정에서는 효과가 있지만, 직경이 100mm 이상인 사파이어 단결정을 성장시킬 때는 문제가 발생한다. 직경이 100mm 이상인 사파이어 단결정을 40RPM 이상으로 회전시킬 경우, 사파이어 단결정의 하부 단면이 넓기 때문에 도가니 내의 대류가 매우 불규칙하게 변화하고, 이로 인해 기포 결함을 더 많이 발생시키기 때문이다.In order to prevent such bubble defects, Japanese Laid-Open Patent Publication No. 2008-207992 discloses a technique of increasing the rotation speed of a single crystal to 40 RPM or more to form a single crystal lower end surface in parallel with the surface of the molten metal. This increases the rotational speed of the single crystal to increase the forced convection, and raises the hot melt at the bottom of the crucible to the top to form a cross section of the lower portion of the single crystal in parallel. However, such a structure is effective in sapphire single crystals having a diameter of 100 mm or less, but problems arise when growing sapphire single crystals having a diameter of 100 mm or more. This is because when the sapphire single crystal having a diameter of 100 mm or more is rotated to 40 RPM or more, the convection in the crucible changes very irregularly because the lower cross section of the sapphire single crystal is wider, which causes more bubble defects.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 직경이 큰 사파이어 단결정을 성장시키는 경우에도 사파이어 단결정 내 기포결함이 발생하지 않도록 하는 사파이어 단결정 성장 장치를 제공하는 것이다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above problems, and an object of the present invention is to provide a sapphire single crystal growth apparatus in which bubble defects do not occur in the sapphire single crystal even when a large diameter sapphire single crystal is grown.

본 발명의 일 실시예에 따른 사파이어 단결정 성장 장치는,Sapphire single crystal growth apparatus according to an embodiment of the present invention,

산화 알루미늄 용탕에서 사파이어 단결정을 성장시키는 사파이어 단결정 성장 장치에 있어서, 상기 산화 알루미늄 용탕이 담긴 도가니; 내부에 상기 도가니가 위치되는 단열재 용기; 및 내부에 상기 사파이어 단결정을 수용하는 내부 공간(상기 내부 공간은 상하로 관통된다)이 형성되고, 상단 측부가 상기 단열재 용기의 측벽에 연결되고, 하단이 상기 용탕 내부에 위치하는 대류 차단막을 포함하되, 상기 도가니의 측벽 쪽에서 상승하여 상기 사파이어 단결정을 향해 이동하는 용탕의 대류 흐름이 상기 대류 차단막에 의해 차단되어 상기 대류 차단막을 따라 하부로 유동하는 것을 특징으로 한다.A sapphire single crystal growth apparatus for growing sapphire single crystal in molten aluminum oxide, comprising: a crucible containing the aluminum oxide molten metal; A heat insulating material container in which the crucible is disposed; And a convection blocking film having an inner space (the inner space penetrates up and down) for accommodating the sapphire single crystal therein, the upper side of which is connected to the side wall of the heat insulating material container, and the lower end of which is located inside the molten metal. The convection flow of the molten metal rising from the side wall of the crucible and moving toward the sapphire single crystal is blocked by the convection blocking film and flows downward along the convection blocking film.

본 발명의 다른 실시예에 따른 사파이어 단결정 성장 장치는,Sapphire single crystal growth apparatus according to another embodiment of the present invention,

산화 알루미늄 용탕에서 사파이어 단결정을 성장시키는 사파이어 단결정 성장 장치에 있어서, 상기 산화 알루미늄 용탕이 담긴 도가니; 내부에 상기 도가니가 위치되는 단열재 용기; 및 내부에 상기 사파이어 단결정을 수용하는 내부 공간(상기 내부 공간은 상하로 관통된다)이 형성되고, 상단 측부가 상기 도가니의 측벽에 연결되고, 하단이 상기 용탕 내부에 위치하는 대류 차단막을 포함하되, 상기 도가니의 측벽 쪽에서 상승하여 상기 사파이어 단결정을 향해 이동하는 용탕의 대류 흐름이 상기 대류 차단막에 의해 차단되어 상기 대류 차단막을 따라 하부로 유동하는 것을 특징으로 한다.A sapphire single crystal growth apparatus for growing sapphire single crystal in molten aluminum oxide, comprising: a crucible containing the aluminum oxide molten metal; A heat insulating material container in which the crucible is disposed; And a convection blocking film having an inner space (the inner space penetrates up and down) for accommodating the sapphire single crystal therein, the upper side of which is connected to the sidewall of the crucible, and the lower end of which is located inside the molten metal. The convection flow of the molten metal rising from the side wall side of the crucible and moving toward the sapphire single crystal is blocked by the convection barrier and flows downward along the convection barrier.

상기 대류 차단막의 하단과 상기 도가니의 하부 사이의 이격 거리(h)는, 30 내지 60mm인 것이 바람직하다.It is preferable that the separation distance h between the lower end of the convection blocking membrane and the lower part of the crucible is 30 to 60 mm.

상기 내부 공간의 횡단면은 원형이되, 상기 내부 공간의 직경(D1)은, 최종 성장된 사파이어 단결정의 직경(d)의 1.2 내지 1.3배인 것이 바람직하다.The cross section of the inner space is circular, and the diameter (D1) of the inner space is preferably 1.2 to 1.3 times the diameter (d) of the final grown sapphire single crystal.

상기 도가니의 횡단면은 원형이되, 상기 도가니의 내경(D2)은, 최종 성장된 사파이어 단결정의 직경(d)의 1.6 내지 1.7배인 것이 바람직하다.The cross section of the crucible is circular, and the inner diameter (D2) of the crucible is preferably 1.6 to 1.7 times the diameter (d) of the final grown sapphire single crystal.

본 발명의 일 실시예에 따른 사파이어 단결정 성장 장치는 사파이어 단결정 성장 장치 내에 대류 차단막을 설치하여 용탕의 자연 대류를 차단하고, 강제 대류에 의해 사파이어 단결정 하부 단면을 재용융시켜 단결정 내 기포결함의 발생을 감소시킨다.In the sapphire single crystal growth apparatus according to an embodiment of the present invention, a convection blocking film is installed in the sapphire single crystal growth apparatus to block natural convection of the molten metal, and remelting the lower end surface of the sapphire single crystal by forced convection to prevent the occurrence of bubble defects in the single crystal. Decrease.

도 1은 종래의 사파이어 단결정 성장 장치의 구성을 도시하는 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 사파이어 단결정 성장 장치의 구성을 도시하는 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 사파이어 단결정 성장 장치의 대류 차단막을 도시하는 도면이다.
BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS It is a figure which shows the structure of the conventional sapphire single crystal growth apparatus.
2 is a diagram showing the configuration of a sapphire single crystal growth apparatus according to an embodiment of the present invention.
3 is a view showing a convection blocking film of a sapphire single crystal growth apparatus according to an embodiment of the present invention.

이하, 첨부된 도면을 참조하면서 예시적인 실시예를 통해 본 발명을 상세히 설명하기로 하며, 본 발명은 이에 한정되지 않는다. 또한, 본 발명의 요지를 흐리게 할 수 있는 공지의 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략될 것이다.Hereinafter, the present invention will be described in detail through exemplary embodiments with reference to the accompanying drawings, and the present invention is not limited thereto. In addition, detailed descriptions of well-known functions and configurations that may blur the gist of the present invention will be omitted.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 사파이어 단결정 성장 장치(100)의 구성을 도시하는 도면이다.2 is a diagram showing the configuration of a sapphire single crystal growth apparatus 100 according to an embodiment of the present invention.

도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 사파이어 단결정 성장 장치(100)는 단열재 용기(110), 도가니(120), 용탕(130), 고주파 코일(140), 인상봉(150), 종자결정(160) 및 대류 차단막(180)을 포함한다.2, the sapphire single crystal growth apparatus 100 according to an embodiment of the present invention is a heat insulating material container 110, a crucible 120, a molten metal 130, a high frequency coil 140, impression bar 150, And a seed crystal 160 and a convection shield 180.

대류 차단막(180)을 제외한 나머지 구성요소는 종래의 단결정 성장 장치에서 사용되는 공지된 구성과 동일한 작용 및 기능을 하므로 이에 대한 설명은 생략하고, 이하에서는 대류 차단막(180)이 단결정 성장 장치(100) 내부에 설치된 경우의 사파이어 단결정(170)의 성장 프로세스에 대해 설명한다.Since the remaining components except the convective barrier layer 180 have the same functions and functions as the known components used in the conventional single crystal growth apparatus, a description thereof will be omitted. Hereinafter, the convective barrier layer 180 is the single crystal growth apparatus 100. The growth process of the sapphire single crystal 170 when it is installed inside will be described.

대류 차단막(180)은 상단 측부가 단열재 용기(110)의 측벽에 연결되고, 하단이 용탕(130) 내부에 위치되며, 사파이어 단결정(170)이 내부 공간(190)에 수용되도록 설치된다. 도 2에서는 대류 차단막(180)의 상단 측부가 단열재 용기(110)에 연결되어 있는 것으로 도시되어 있지만, 대류 차단막(180)의 상단 측부가 도가니(120)의 측벽과 연결될 수도 있다. The convection blocking layer 180 has an upper side connected to a side wall of the heat insulating material container 110, and a lower end thereof is positioned inside the molten metal 130, and the sapphire single crystal 170 is accommodated in the internal space 190. In FIG. 2, the upper side of the convection barrier layer 180 is illustrated as being connected to the heat insulating material container 110, but the upper side of the convection barrier layer 180 may be connected to the sidewall of the crucible 120.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 사파이어 단결정 성장 장치(100)의 대류 차단막(180)을 도시하는 도면이며, 도 3을 참조하면, 대류 차단막(180)은 내부에 사파이어 단결정(170)이 수용되는 내부 공간(190)을 가진다. 이 내부 공간(190)은 상하로 관통되어 사파이어 단결정(170)이 위로 상승할 수 있도록 한다. 내부 공간(190)은 원형인 것이 바람직하며, 기타 당업자에게 자명한 범위 내에서 다양한 형상이 가능하다. 대류 차단막(180)은 도가니(120)와 동일한 소재일 수 있으며, 도가니(120)의 소재로 많이 사용되는 이리듐 소재인 것이 바람직하다.3 is a view showing the convection blocking film 180 of the sapphire single crystal growth apparatus 100 according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG. 3, the convection blocking film 180 has a sapphire single crystal 170 therein. It has an internal space 190 that is accommodated. The internal space 190 penetrates up and down to allow the sapphire single crystal 170 to rise upward. The interior space 190 is preferably circular, and various shapes are possible within the scope apparent to those skilled in the art. The convection blocking layer 180 may be the same material as the crucible 120, and is preferably an iridium material that is frequently used as a material of the crucible 120.

고주파 코일(140)에 의해 가열된 도가니(120) 측벽 쪽에 위치한 용탕(130)은 상승하고, 사파이어 단결정(170)을 향해 유동하는 중에 대류 차단막(180)에 의해 차단되어 대류 차단막(180)을 따라 하부로 유동한다. 즉, 대류 차단막(180)은 용탕(130)의 자연 대류 흐름을 차단하여 A와 같은 흐름을 형성한다.The molten metal 130 located on the sidewall of the crucible 120 heated by the high frequency coil 140 rises and is blocked by the convection blocking film 180 while flowing toward the sapphire single crystal 170 and along the convection blocking film 180. Flow down. That is, the convection blocking layer 180 blocks a natural convection flow of the molten metal 130 to form a flow like A.

사파이어 단결정(170)은 회전을 하여 A흐름으로부터 유입된 용탕(130)을 도가니(120) 하부에서 상부로 유도하고, 이 용탕(130)은 B와 같은 강제 대류 흐름을 형성하게 된다. 성장하는 사파이어 단결정(170)의 하부 단면은 상승하는 고온의 용탕(130)에 의해 용융되어 용탕(130)의 표면과 평행한 단면을 형성하게 된다. 즉, 상기에서 설명한 일본공개특허 제2008-207992호처럼 사파이어 단결정(170)의 회전 속도를 상승시키지 않고도, 강제 대류를 발생시켜 사파이어 단결정(170)의 하부 단면을 평행하게 형성할 수 있는 것이다. 이에 의해, 직경이 큰 사파이어 단결정(170)에 대한 기포결함의 발생이 감소될 수 있다.The sapphire single crystal 170 rotates to guide the molten metal 130 introduced from the flow of A from the bottom of the crucible 120 to the upper side, and the molten metal 130 forms a forced convection flow such as B. The lower cross section of the growing sapphire single crystal 170 is melted by the rising hot melt 130 to form a cross section parallel to the surface of the melt 130. That is, as described in Japanese Laid-Open Patent Publication No. 2008-207992 described above, forced convection is generated without increasing the rotational speed of the sapphire single crystal 170, so that the lower end surface of the sapphire single crystal 170 can be formed in parallel. Thereby, the occurrence of bubble defects for the large diameter sapphire single crystal 170 can be reduced.

본 발명의 일 실시예에 따른 사파이어 단결정 성장 장치(100)에서 대류 차단막(180)의 하단과 도가니(120) 하부와의 이격 거리(h)는 30 내지 60mm인 것이 바람직하다. 이격 거리(h)가 30mm보다 작다면 도가니(120) 측벽 주위에 존재하는 고온의 용탕(130)이 대류 차단막(180) 내부 쪽으로 잘 전달이 되지 않아, 용탕(130)의 온도 제어가 어려워진다. 이격 거리(h)가 60mm보다 긴 경우에는, 단결정(170)의 성장 말기 단계에서 용탕(130)의 양이 감소하여 용탕(130)의 표면이 대류 차단막(180)보다 아래에 위치할 수 있기 때문에 자연 대류의 차단효과가 사라지게 되는 문제가 발생한다.In the sapphire single crystal growth apparatus 100 according to the exemplary embodiment of the present invention, a distance h between the lower end of the convection blocking layer 180 and the bottom of the crucible 120 is preferably 30 to 60 mm. If the separation distance h is smaller than 30 mm, the high temperature molten metal 130 which exists around the sidewall of the crucible 120 may not be transferred well to the inside of the convection blocking layer 180, thereby making it difficult to control the temperature of the molten metal 130. In the case where the separation distance h is longer than 60 mm, since the amount of the molten metal 130 is decreased at the end of the growth of the single crystal 170, the surface of the molten metal 130 may be located below the convection blocking layer 180. The problem arises that the blocking effect of natural convection disappears.

또한, 대류 차단막(180)의 내부 공간(190)의 직경(D1)은 최종적으로 성장되는 사파이어 단결정(170) 직경(d)의 1.2 내지 1.3배가 되는 것이 바람직하다. 내부 공간(190)의 직경(D1)이 사파이어 단결정(170) 직경(d)의 1.2배보다 작다면, 대류 차단막(180)이 성장하는 사파이어 단결정(170)의 열 방출을 차단하여 사파이어 단결정(170)의 온도 구배가 적절하게 이루어지지 못하게 되고, 사파이어 단결정(170)을 용융시킬 수 있기 때문이다. 또한, 내부 공간(190)의 직경(D1)이 사파이어 단결정(170) 직경(d)의 1.3배보다 크다면, 대류 차단막(180)을 제조하기 위한 비용이 많이 들고, 대류 차단막(180)과 도가니(120) 측면 사이의 간격이 좁아져 자연 대류를 원활하게 형성할 수 없는 문제가 생긴다.In addition, the diameter D1 of the internal space 190 of the convection blocking film 180 may be 1.2 to 1.3 times the diameter d of the sapphire single crystal 170 grown finally. If the diameter D1 of the internal space 190 is smaller than 1.2 times the diameter d of the sapphire single crystal 170, the sapphire single crystal 170 may be blocked by blocking the heat emission of the sapphire single crystal 170 in which the convection blocking layer 180 grows. This is because the temperature gradient of) is not appropriately achieved and the sapphire single crystal 170 can be melted. In addition, if the diameter D1 of the internal space 190 is larger than 1.3 times the diameter d of the sapphire single crystal 170, it is expensive to manufacture the convection barrier film 180, and the convection barrier film 180 and the crucible are (120) There is a problem that the gap between the sides is narrowed to form a natural convection smoothly.

또한, 도가니(120)의 횡단면은 원형인 것이 바람직하며, 도가니(120)의 내경(D2)은 최종적으로 성장되는 사파이어 단결정(170) 직경(d)의 1.6 내지 1.7배인 것이 바람직하다. 도가니(120)의 내경(D2)이 사파이어 단결정(170) 직경(d)의 1.6배보다 작다면, 도가니(120)의 측면과 대류 차단막(180) 사이의 간격이 좁아져 자연 대류를 원활히 형성할 수 없게 되며, 도가니(120)의 내경(D2)이 사파이어 단결정(170) 직경(d)의 1.7배보다 크다면, 도가니(120)의 제조를 위한 비용이 많이 들게 되기 때문이다.
In addition, the cross section of the crucible 120 is preferably circular, the inner diameter (D2) of the crucible 120 is preferably 1.6 to 1.7 times the diameter (d) of the sapphire single crystal 170 is finally grown. If the inner diameter D2 of the crucible 120 is smaller than 1.6 times the diameter d of the sapphire single crystal 170, the gap between the side surface of the crucible 120 and the convection blocking film 180 is narrowed to smoothly form natural convection. If the inner diameter (D2) of the crucible 120 is greater than 1.7 times the diameter (d) of the sapphire single crystal 170, the cost for the manufacture of the crucible 120 is expensive.

실시예Example 1 One

내경 170mm의 도가니(120)에 산화 알루미늄 10kg을 충진한 후, 도 2와 같은 대류 차단막(180)을 사파이어 단결정(170)과 도가니(120) 사이에 위치시키고, 대류 차단막(180) 위에 상부 단열재를 쌓아 올렸다. 성장 장치(100) 내부에는 도가니(120)와 단결정(170)의 산화반응을 억제하기 위하여 공정 진행 중에 질소 가스를 2LPM으로 지속적으로 주입하였다. 고주파를 이용하여 산화 알루미늄을 용융시키고, c축 방향 종자결정(160)을 용탕(130)에 접촉시킨 후, 회전하면서 끌어올려 사파이어 단결정(170)을 성장시켰다. 이때의 회전속도는 숄더 공정에서 20RPM으로 시작하고, 직경이 성장함에 따라 회전속도를 점차 감소시켜 바디 공정에서는 10RPM으로 진행하였다. 단결정(170)의 성장속도는 1.0mm/hr로 진행하였고, 인상속도는 용탕(130)의 감소하는 양과 성장속도를 고려하여 구간별로 설정하였다.
After filling 10 kg of aluminum oxide into a crucible 120 having an inner diameter of 170 mm, a convection block 180 as shown in FIG. 2 is positioned between the sapphire single crystal 170 and the crucible 120, and an upper insulation is placed on the convection block 180. Stacked up. Nitrogen gas was continuously injected into 2LPM during the process in order to suppress oxidation of the crucible 120 and the single crystal 170 inside the growth apparatus 100. Aluminum oxide was melted using high frequency, the c-axis seed crystal 160 was brought into contact with the molten metal 130, and then pulled up while rotating to grow the sapphire single crystal 170. At this time, the rotational speed starts with 20RPM in the shoulder process, and gradually decreases the rotational speed as the diameter grows and proceeds to 10RPM in the body process. The growth rate of the single crystal 170 was progressed to 1.0mm / hr, the pulling rate was set for each section in consideration of the decreasing amount and growth rate of the molten metal (130).

실시예Example 2  2

실시예 1과 동일한 조건하에서 성장속도만 2.0mm/hr로 변경하고, 이를 반영하여 인상속도를 조절한 후, 단결정(170)을 성장시켰다. 단결정(170) 성장속도가 높을수록 기포결함이 많이 발생하는 경향이 있어 이를 확인하기 위함이다.
Under the same conditions as in Example 1, only the growth rate was changed to 2.0 mm / hr, and after adjusting the pulling rate to reflect this, the single crystal 170 was grown. The higher the growth rate of the single crystal 170 tends to generate a lot of bubble defects to confirm this.

비교예Comparative example 1 One

대류 차단막(180)을 설치하지 않고 실시예 1과 동일한 방법으로 성장속도 1mm/hr, 회전속도 20~10RPM으로 100mm 길이의 단결정(170)을 성장시켰다.
The single crystal 170 of 100 mm length was grown at a growth rate of 1 mm / hr and a rotational speed of 20 to 10 RPM in the same manner as in Example 1 without providing the convection blocking layer 180.

비교예Comparative example 2 2

비교예 1과 같은 조건에서 성장속도만 2.0mm/hr로 변경하여 단결정(170) 100mm를 성장시켰다.
Under the same conditions as in Comparative Example 1, only 100 mm of single crystal 170 was grown by changing only the growth rate to 2.0 mm / hr.

성장된 사파이어 잉곳을 투명 유리 수조에 넣고, 사파이어와 동일한 굴절율를 갖는 굴절액을 부은 후, 암실에서 빛을 조사하여 사파이어 잉곳의 기포결함을 관찰하였다.
The grown sapphire ingot was placed in a transparent glass bath, poured with a refractive solution having the same refractive index as sapphire, and then irradiated with light in the dark room to observe bubble defects in the sapphire ingot.

[표 1][Table 1]

Figure pat00001

Figure pat00001

기포결함 발생률은 사파이어 잉곳의 전체길이에서 기포가 발생한 구간의 길이의 비를 나타낸다. 비교예 1과 비교예 2에서는 기포결함 발생률이 각각 52%와 97%에 달하고, 실시예 1과 실시예 2에서는 모두 0%인 것이 확인되었다. 대류 차단막(180)에 의해 기포결함이 발생하지 않는 것을 확인할 수 있다. 또한, 용액 조성의 부분적인 불균일에 의해 발생하는 결정결함 발생율이 비교예 2에서는 90%에 달하나, 실시예 2에서는 10%만이 존재하여 대류 차단막(180)에 의한 결정결함 발생율 감소효과도 확인할 수 있었다.The incidence of bubble defects represents the ratio of the length of the bubble generation section to the total length of the sapphire ingot. In Comparative Example 1 and Comparative Example 2, the incidence of bubble defects reached 52% and 97%, respectively, and in Example 1 and Example 2, it was confirmed that they were 0%. It can be seen that bubble defects do not occur due to the convection blocking layer 180. In addition, although the crystal defect incidence caused by partial non-uniformity of the solution composition reaches 90% in Comparative Example 2, only 10% is present in Example 2, so that the effect of reducing the crystal defect incidence caused by the convective barrier layer 180 can also be confirmed. there was.

이상, 본 발명을 상기 실시예를 들어 설명하였으나, 본 발명은 이에 제한되는 것이 아니다. 당업자라면 본 발명의 취지 및 범위를 벗어나지 않고 수정, 변경을 할 수 있으며 이러한 수정과 변경 또한 본 발명에 속하는 것임을 알 수 있을 것이다.As mentioned above, although this invention was demonstrated to the said Example, this invention is not limited to this. It will be understood by those skilled in the art that modifications and variations may be made without departing from the spirit and scope of the invention, and that such modifications and variations are also contemplated by the present invention.

10: 종래의 사파이어 단결정 성장 장치
100: 본 발명에 따른 사파이어 단결정 성장 장치
11, 110: 단열재 용기
12, 120: 도가니
13, 130: 산화 알루미늄 용탕
14, 140: 고주파 코일
15, 150: 인상봉
16, 160: 종자결정
17, 170: 사파이어 단결정
180: 대류 차단막
190: 내부 공간
10: conventional sapphire single crystal growth apparatus
100: sapphire single crystal growth apparatus according to the present invention
11, 110: insulation container
12, 120: crucible
13, 130: molten aluminum oxide
14, 140: high frequency coil
15, 150: impression rod
16, 160: seed crystal
17, 170: sapphire single crystal
180: convection barrier
190: interior space

Claims (5)

산화 알루미늄 용탕에서 사파이어 단결정을 성장시키는 사파이어 단결정 성장 장치에 있어서,
상기 산화 알루미늄 용탕이 담긴 도가니;
내부에 상기 도가니가 위치되는 단열재 용기; 및
내부에 상기 사파이어 단결정을 수용하는 내부 공간(상기 내부 공간은 상하로 관통된다)이 형성되고, 상단 측부가 상기 단열재 용기의 측벽에 연결되고, 하단이 상기 용탕 내부에 위치하는 대류 차단막을 포함하되,
상기 도가니의 측벽 쪽에서 상승하여 상기 사파이어 단결정을 향해 이동하는 용탕의 대류 흐름이 상기 대류 차단막에 의해 차단되어 상기 대류 차단막을 따라 하부로 유동하는 것을 특징으로 하는 사파이어 단결정 성장 장치.
In the sapphire single crystal growth apparatus for growing sapphire single crystal in molten aluminum oxide,
A crucible containing the molten aluminum oxide;
An insulator container in which the crucible is located; And
An inner space (the inner space penetrates up and down) is formed therein to accommodate the sapphire single crystal therein, and includes a convection blocking film having an upper end connected to a side wall of the heat insulating material container and a lower end located inside the molten metal.
Sapphire single crystal growth apparatus, characterized in that the convection flow of the molten metal rising from the side wall of the crucible to move toward the sapphire single crystal is blocked by the convection blocking film and flows downward along the convection blocking film.
산화 알루미늄 용탕에서 사파이어 단결정을 성장시키는 사파이어 단결정 성장 장치에 있어서,
상기 산화 알루미늄 용탕이 담긴 도가니;
내부에 상기 도가니가 위치되는 단열재 용기; 및
내부에 상기 사파이어 단결정을 수용하는 내부 공간(상기 내부 공간은 상하로 관통된다)이 형성되고, 상단 측부가 상기 도가니의 측벽에 연결되고, 하단이 상기 용탕 내부에 위치하는 대류 차단막을 포함하되,
상기 도가니의 측벽 쪽에서 상승하여 상기 사파이어 단결정을 향해 이동하는 용탕의 대류 흐름이 상기 대류 차단막에 의해 차단되어 상기 대류 차단막을 따라 하부로 유동하는 것을 특징으로 하는 사파이어 단결정 성장 장치.
In the sapphire single crystal growth apparatus for growing sapphire single crystal in molten aluminum oxide,
A crucible containing the molten aluminum oxide;
An insulator container in which the crucible is located; And
An inner space (the inner space penetrates up and down) to accommodate the sapphire single crystal is formed therein, the upper side is connected to the side wall of the crucible, and the lower end includes a convection blocking film located inside the molten metal,
Sapphire single crystal growth apparatus, characterized in that the convection flow of the molten metal rising from the side wall of the crucible to move toward the sapphire single crystal is blocked by the convection blocking film and flows downward along the convection blocking film.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 대류 차단막의 하단과 상기 도가니의 하부 사이의 이격 거리(h)는,
30 내지 60mm인 것을 특징으로 하는 사파이어 단결정 성장 장치.
The separation distance (h) between the lower end of the convection blocking film and the lower part of the crucible, according to claim 1 or 2,
Sapphire single crystal growth apparatus, characterized in that 30 to 60mm.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 내부 공간의 횡단면은 원형이되,
상기 내부 공간의 직경(D1)은,
최종 성장된 사파이어 단결정의 직경(d)의 1.2 내지 1.3배인 것을 특징으로 하는 사파이어 단결정 성장 장치.
The method according to claim 1 or 2,
The cross section of the inner space is circular,
Diameter D1 of the internal space is,
Sapphire single crystal growth apparatus, characterized in that 1.2 to 1.3 times the diameter (d) of the final grown sapphire single crystal.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 도가니의 횡단면은 원형이되,
상기 도가니의 내경(D2)은,
최종 성장된 사파이어 단결정의 직경(d)의 1.6 내지 1.7배인 것을 특징으로 하는 사파이어 단결정 성장 장치.
The method according to claim 1 or 2,
The cross section of the crucible is circular,
The inner diameter D2 of the crucible is
Sapphire single crystal growth apparatus, characterized in that 1.6 to 1.7 times the diameter (d) of the final grown sapphire single crystal.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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