[发明专利]一种实现掺杂或组分调节的提拉法晶体生长的装置及方法

说明书

本发明实施例涉及一种实现掺杂或组分调节的提拉法晶体生长的装置及方法，包括：提拉炉、升降机构、感应线圈、第一保温结构、第二保温结构、盛装有第一浓度晶体原料的第一坩埚、盛装有第二浓度晶体原料的第二坩埚以及籽晶杆；通过感应线圈对第一坩埚和第二坩埚进行感应加热，使得第一坩埚和第二坩埚的晶体原料熔化，通过提拉法生长工艺提拉籽晶杆进行晶体的生长，在晶体生长的同时，控制升降机构以预设速度上升从而推动第一坩埚上升，使得第一坩埚内熔化的晶体原料可以通过缝隙结构补充入第二坩埚中。该方法实现晶体浓度梯度调节的同时，还可以降低晶体生长过程中由于组分挥发带来的缺陷，从而提高了晶体品质。

技术领域

本发明涉及晶体材料生长技术领域，尤其涉及一种实现掺杂或组分调节的提拉法晶体生长的装置及方法。

背景技术

梯度掺杂的激光晶体是解决热效应的有效途径。梯度掺杂是指晶体的掺杂浓度按照理论计算值呈非线性变化的激光晶体。激光晶体元件一般在泵浦方向是有一定的长度或者宽度，激活离子浓度有一定的梯度分布的晶体元件，可实现不同晶体部位的吸收系数相同，使吸收功率沿泵浦方向保持恒定，实现均匀吸收，改善局部过热，提高激光效率和光束质量。

但是，目前常用的是单坩埚晶体生长方法，得到的是单一浓度的晶体，无法实现晶体生长过程中的组分实时调控，比如晶体中的组分沿着生长方向梯度增大或者梯度减小。因此，梯度掺杂晶体的制备是需要攻克的技术难点之一。

此外，对于具有挥发组分的晶体生长来说(如含镓晶体)，组分挥发会引起熔体组分偏离化学计量比，影响晶体的高质量稳定生长，导致晶体缺陷的产生。尽管目前有通过初始原料组分配比的优化(过量一定比例的挥发组分)、优化晶体生长气氛、提前合成高纯的多晶原料等方法，在一定程度上控制了组分的挥发，但是对大尺寸晶体生长，上述改进措施无明显效果。尤其随着高功率固体激光和光纤激光技术的快速发展，对大尺寸人工晶体的迫切需求，上述组分挥发问题凸显，因此，有效控制组分的挥发或者通过技术途径有效弥补组分挥发也是需要攻克的技术难点之一。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术所存在的缺陷，提供一种实现掺杂或组分调节的提拉法晶体生长的装置及方法，实现晶体浓度的梯度调节的同时，还可以降低晶体生长过程中由于组分挥发带来的缺陷，从而提高了晶体品质，满足高功率全固态激光技术对激光晶体、磁光晶体的发展需求。

有鉴于此，本发明实施例第一方面提供了一种实现掺杂或组分调节的提拉法晶体生长的装置，所述装置包括：提拉炉、升降机构、感应线圈、第一保温结构、第二保温结构、盛装有第一浓度晶体原料的第一坩埚、盛装有第二浓度晶体原料的第二坩埚以及籽晶杆；

所述升降机构的顶端穿过所述提拉炉的底部伸入所述提拉炉的炉膛中；

所述感应线圈位于所述提拉炉内；

所述第一保温结构位于所述感应线圈的内侧，且与所述升降机构同轴设置；

所述第二保温结构位于所述第一保温结构的内侧且与所述第一保温结构垂直，并设置在所述升降机构的顶端；

所述第一坩埚设置在所述第二保温结构的上方；

所述第二坩埚同轴设置在所述第一坩埚的内侧且与所述第一保温结构固定；所述第二坩埚的侧壁上具有多个缝隙结构；

所述籽晶杆连接有籽晶的一端伸入所述第二坩埚中；

通过所述感应线圈对所述第一坩埚和第二坩埚进行感应加热，使得所述第一坩埚和第二坩埚中的晶体原料熔化，通过提拉法生长工艺提拉籽晶杆进行晶体的生长，在晶体生长的同时，控制所述升降机构以预设速度上升从而推动所述第一坩埚上升，使得所述第一坩埚内熔化的晶体原料可以通过所述缝隙结构补充入所述第二坩埚中。

优选的，所述缝隙结构为长方形，宽度为1mm～2mm，长度为3mm～5mm。