[实用新型]多重蓝宝石单晶生长装置

说明书

本实用新型公开了一种多重蓝宝石单晶生长装置，包括为保证加热后的内部温度上升至蓝宝石原料的高纯度氧化铝的熔融温度以上，从周围被保温体隔热的生长炉；位于生长炉内部，且蓝宝石原料被熔融的同时从籽晶生长单晶的多只坩埚；用于熔融蓝宝石原料而在坩埚外部安装的多重分体发热体；为防止籽晶完全熔融而形成上下温度梯度，在坩埚的底部安装的冷却机构；用于检测生长炉内部温度的温度传感器和用于根据温度传感器检测的温度对生长炉内温度进行调节的温度调节器；以及与多重分体发热体一对一对应的电力控制装置，温度传感器和温度调节器分别与电力控制装置连接。本实用新型解决了现有技术中蓝宝石单晶生长过程容易出现内部产生温差的问题。

技术领域

本申请涉及蓝宝石单晶生长装置领域，尤其涉及一种多重蓝宝石单晶生长装置。

背景技术

最近，随着LED产业的不断创新，在全球范围内带来了照明和显示器产业重组。以GaN半导体材料为基础的LED，因其具有用其它材料半导体无法实现的高能隙，不仅能够显示出青色和紫色色域，也可实现高亮度，因此在高能设备上得以有效应用。因此现代LED产业中几乎大部分都采用GaN半导体用于生长薄膜状GaN半导体的基板，原则上需要采用GaN单晶。但是GaN单晶的生长条件非常苛刻，难于实现大型单晶的生长，其经济性也不高，因此到目前为止仅局限于在特定用途中进行实用化的阶段中。

最近的产业技术在蓝宝石晶片上生长薄膜状GaN单晶的方式制造蓝色 LED后，将此进行实用化、高效化方面取得了成功。因此目前为制造全色域高亮度LED，普遍采用在蓝宝石(Al2O3)单晶圆上生长GaN薄膜的方式。另外，在批量生产的基础上，以采用更加经济实惠的LED照明器具的方式实现了价格优势，从而在几乎所有的照明上均可适用LED，对此的需求也在不断增加中。

以往的蓝宝石单晶生长技术有：韦尔讷伊单晶培育法、水热法、切克劳斯基法、换热法、基罗波洛斯法、EFG法等较多。但如想迎合最新LED产业步骤，满足不断增加的市场需求，实现低价和量产，必须对结晶生长方法进行改善。

能够批量生产用于LED产业的高质量大型蓝宝石的方法有切克劳斯基法、换热法和基罗波洛斯法等(分别参考图1a-1c，在A向生长后，再获得具有A 面的有效晶体，其最大使用率分别为30％、32-34％及70％)。在以往的蓝宝石生长法中，为实现批量生产和提高产能，必须对结晶进行大型化。为生长大型结晶，不可避免地拉长结晶的生长和冷却时间。因此如想实现结晶的大型化，其产能很难满足所需速度，更是为保证结晶质量，需要进行更多的高难度技术开发等，存在不少困难。

为克服上述问题，以提高蓝宝石结晶生长产能，可以生长四角形结晶后，大量提高对此的利用率。为了进一步地提高产能，不应对已经相当规模地实现大型化的结晶尺寸进行一步地大型化，而是将多个晶体同时生长的方法是不可或缺的。

大韩民国注册专利第10-1136143号中，使用长坩埚，并改造暖炉的宽度和厚度，以获得必要的水平方向和垂直方向的温度梯度，但如使用长条状大型籽晶时，存在根据其籽晶长度难于保持温度均匀的问题。特别是，如坩埚长度过长时，更是包括坩埚两端和中间部分温度在内，不仅难于保持水平方向的温度均匀，而且在2000℃以上温度下根据保温材料的使用次数或使用年限随之发生变化，因此即使调整暖炉的宽度和厚度使其更加均匀，但随着使用次数和使用年限的增加，其温度也会随之发生变化。如水平方向的温度不均匀，特别是当使用长条状籽晶时，位于长度方向坩埚底部中间的籽晶将被融化，或出现装入原料无法熔融等现象。如发生这种现象，不仅很难生长单晶，而且即使籽晶没有完全被融化，其外观未能均匀融化，导致生长后的结晶质量下降等问题。