[发明专利]C-平面蓝宝石方法和设备

说明书

相关申请

本申请要求2006年9月22日提交的名为“C平面蓝宝石方法和设备”的 美国临时专利申请第60/826,723号的优先权，该专利申请的内容参考结合入 本文中。

背景

1.发明领域

本发明涉及陶瓷和制备方法，具体涉及C-平面单晶蓝宝石和制备C-平 面单晶蓝宝石的方法。

2.相关技术说明

单晶蓝宝石，即α-氧化铝，是一种陶瓷材料，其性质使其对于在许多 领域中的应用都极具吸引力。例如，单晶蓝宝石很坚硬，透明且具有耐热 性，使其可用于例如光学、电子领域、装甲和晶体生长应用。由于单晶蓝 宝石的晶体结构，会在各种平面取向方向形成蓝宝石片，包括C-平面，m- 平面，r-平面和a-平面。C-平面单晶蓝宝石具有均匀的性质，可优于其它取 向的形式。一种优选使用C-平面蓝宝石的应用是光学领域，其中例如优选 不存在天然的晶体双折射。其它应用包括需要更快地从蓝宝石表面除去材 料的情况。C-平面蓝宝石还可用于LED的生长，例如氮化镓LED。

一些已知的用来制备单晶蓝宝石的技术包括凯罗珀罗法(Kyropolos)， 科佐池来斯基法(Czochralski)，水平布莱德利曼法(Horizontal Bridgman)， 威努尔(Verneuile)技术，热交换法和成形晶体生长技术，例如边缘限制的膜 进料生长法。

发明内容

在一些情况下，本申请的主题可包括相关产品，对于特定问题的替代 解决方案，以及/或者单独体系或制品的多种不同应用。

在一个方面，提供了一种单晶生长设备，该设备包括熔体源，与所述熔 体源相邻的模头，具有第一热梯度的第一区域，该第一区域与模头开口相邻， 还包括具有第二热梯度的第二区域，该第二区域与所述第一区域相邻，远离 所述模头，其中所述第二热梯度小于第一热梯度。

在另一个方面，提供了一种形成单晶C-平面蓝宝石材料的方法，该方 法包括：用晶种对熔体固定装置进行晶种接种(seeding)，所述晶种具有基 本垂直于模头开口的纵轴的C-轴取向；在模头上方结晶单晶蓝宝石，所述单 晶蓝宝石的C-轴取向基本垂直于所述蓝宝石的主表面；对C-平面蓝宝石进 行冷却，制得位错密度小于10,000个位错/厘米²的材料。

在另一个方面，提供了一种形成C-平面单晶蓝宝石的方法，该方法包 括使得蓝宝石通过具有第一热梯度的第一区域，同时该蓝宝石被加热至高 于1850℃，然后使得该蓝宝石通过具有第二热梯度的第二区域，同时该蓝宝 石被加热至高于1850℃，所述第二热梯度小于第一热梯度。

在另一个方面，提供了一种C-平面单晶蓝宝石板，该蓝宝石板的宽度 大于或等于5厘米，位错密度小于1000个位错/厘米²。

在另一个方面，提供了一种蓝宝石晶片，所述晶片的位错密度小于100 个位错/厘米²。

在另一个方面，提供了单晶蓝宝石，所述单晶蓝宝石的尺寸大于1厘 米，位错密度小于100个位错/厘米²。

在另一个方面，提供了一种用来制备单晶蓝宝石的设备，所述设备包 括：模头；熔体源，其设置并构建成与至少一个空腔流体连通；构建和设 置用来加热所述熔体源的第一加热器；以及构建和设置用来加热位于模头 下游的设备区域的第二加热器。

在另一个方面，提供了一种用来制备单晶蓝宝石的设备，该设备包括： 熔体源；与所述熔体源流体连通的模头；构建和设置用来主动地为熔体源 和模头下游的设备区域进行加热的加热器。

附图简要说明

在附图中，图1是显示a-平面单晶材料的晶体取向的图；

图2是显示C-平面单晶材料的晶体取向的图；

图3A是单晶生长设备的一个实施方式的横截面图；

图3B是图3A中的设备的一部分的放大图；

图4是单晶生长设备的一个实施方式的另一横截面图；

图5是用来制备C-平面单晶蓝宝石的生长设备的一个实施方式的截面 图；

图6是C-平面带材的X射线形貌照片复制件(photocopy of X-ray topograph)，图中显示了高多晶性；