專利名稱：藍(lán)寶石單晶體的制造裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及藍(lán)寶石單晶體的制造裝置，更具體而言，涉及利用單向凝固法制造藍(lán)寶石單晶體的制造裝置。
背景技術(shù)：
藍(lán)寶石有各種各樣的用途，其中最重要的用途是作為L(zhǎng)ED制造用的藍(lán)寶石襯底。 即，通過使緩沖層和氮化鎵系覆膜在藍(lán)寶石襯底上外延而獲得LED發(fā)光基板越來越成為主流。因此，尋求一種能夠高效率且穩(wěn)定地生產(chǎn)藍(lán)寶石的藍(lán)寶石單晶體制造裝置。LED制造用的藍(lán)寶石襯底大多是c面取向(0001)襯底。以往，工業(yè)上采用的藍(lán)寶石單晶體的制造方法有導(dǎo)模法(ETO，edge-defined film-fed growth)、泡生法(KP， Kyropoulos method)、柴氏拉晶法(CZ，Czochralski method)等，但在想要獲得直徑3英寸以上的晶體時(shí)，會(huì)產(chǎn)生各種晶體缺陷(crystal defect)，因此，取而代之生產(chǎn)a軸取向生長(zhǎng)的單晶體。為了將a軸生長(zhǎng)藍(lán)寶石晶體加工成c軸生長(zhǎng)藍(lán)寶石晶錠(boule)，需要從橫向挖通晶體，除了不容易加工之外，還存在不能利用的部分較多、材料利用率較差這樣的問題。在氧化物單晶體的制造方法中，公知所謂的垂直布里奇曼法(vertical Bridgman method)(垂直溫度梯度凝固法)。為了容易取出生成的單晶體，該垂直布里奇曼法使用薄壁的坩堝。為了獲得像藍(lán)寶石那樣的由高熔點(diǎn)熔液形成的單晶體，需要薄壁且在高溫下強(qiáng)度較高、耐化學(xué)性較高的坩堝，關(guān)于該坩堝的技術(shù)以往就公開了(參照專利文獻(xiàn)1)。專利文獻(xiàn)1 日本特開2007-11擬97號(hào)公報(bào)特別是，為了利用由垂直布里奇曼法制造單晶體的單晶體制造裝置獲得沒有晶體缺陷的藍(lán)寶石單晶體，防止晶種(Seed Crystals)的軸(c軸)傾斜、避免晶種熔融、再結(jié)晶時(shí)發(fā)生晶體取向錯(cuò)位是很重要的。在此，以本申請(qǐng)申請(qǐng)人進(jìn)行了試做、研究的藍(lán)寶石單晶體的制造裝置101(參照?qǐng)D 6)為例，說明利用單向凝固法的垂直布里奇曼法制造藍(lán)寶石單晶體的制造工序(參照?qǐng)D7 的(a) (f))。該藍(lán)寶石單晶體的制造裝置101具有生長(zhǎng)爐110，該生長(zhǎng)爐110通過在有冷卻水流通的由筒狀的外筒112和基座113密閉的空間內(nèi)配置圓筒加熱器114和隔熱構(gòu)件116而形成有熱區(qū)118。另外，用于盛裝晶種IM和原料1 的坩堝120是利用驅(qū)動(dòng)軸104上下移動(dòng)的結(jié)構(gòu)。作為藍(lán)寶石單晶體的制造工序，首先，在坩堝120內(nèi)裝入藍(lán)寶石晶種IM和原料 126(圖 7 的(a))。由生長(zhǎng)爐110的圓筒加熱器114包圍的熱區(qū)的溫度被控制為以藍(lán)寶石的融點(diǎn)為界，其上部側(cè)為熔點(diǎn)的溫度以上的溫度，下部側(cè)為熔點(diǎn)的溫度以下的溫度(圖7的(f))。使裝入有藍(lán)寶石的晶種IM和原料126的坩堝120在熱區(qū)從下部向上部側(cè)上升， 在原料1 熔化、晶種IM的上部熔化時(shí)停止上升(圖7的(b))，接著使坩堝120慢慢地以
3需要的下降速度下降(圖7的(c))。由此，沿晶種124的結(jié)晶面逐漸結(jié)晶、析出熔液(圖7 的(C)、⑷)。晶種124以c面水平的方式配置于坩堝120中，熔液沿該c面生長(zhǎng)，即向c軸方向生長(zhǎng)。優(yōu)選結(jié)晶化后在同一生長(zhǎng)爐110內(nèi)實(shí)施退火處理。更具體而言，降低向圓筒加熱器114的輸出而使圓筒加熱器114內(nèi)降低到需要溫度(例如1800°C )，并且使坩堝120上升(圖7的(e)至圓筒加熱器114中間部的比其他部位的溫度梯度小的均熱區(qū)域128(圖 7的(f))，使坩堝120在該均熱區(qū)域1 停留需要時(shí)間(例如1小時(shí))，在該狀態(tài)下在坩堝 120內(nèi)實(shí)施藍(lán)寶石單晶體的退火處理。但是，在殘余應(yīng)力較少的生長(zhǎng)晶體的情況下，并不一定需要退火處理。另外，通過特別使用鎢作為坩堝120的形成材料，在結(jié)晶化工序及后述的退火工序、冷卻工序中，能夠獲得坩堝120的內(nèi)壁面與藍(lán)寶石單晶體的外壁面處于非接觸狀態(tài)的效果。由此，能不對(duì)藍(lán)寶石施加外部應(yīng)力，從而能防止在藍(lán)寶石上產(chǎn)生裂紋。另外，取出晶體時(shí)在晶體和坩堝120的內(nèi)壁面之間也不會(huì)施加有應(yīng)力，因此，能夠無阻礙地取出晶體，且坩堝120不會(huì)發(fā)生變形而能反復(fù)使用。另外，通過結(jié)晶化后在同一生長(zhǎng)爐110內(nèi)直接在坩堝120內(nèi)進(jìn)行退火處理，能夠迅速且高效率地進(jìn)行退火處理，從而能去掉晶體內(nèi)部的熱應(yīng)力而獲得晶體缺陷較少的高品質(zhì)的藍(lán)寶石單晶體。作為一例，將由藍(lán)寶石單晶體的制造裝置101制造成的藍(lán)寶石單晶體的照片(X射線拓?fù)鋱D照片)示于圖8的(a)和(b)中。另外，圖8的(a)是俯視看的照片，圖8的(b) 是主視剖視的照片。根據(jù)該照片可知采用藍(lán)寶石單晶體的制造裝置101，能夠制造出晶體缺陷比由以往的制造裝置制造成的藍(lán)寶石單晶體少的藍(lán)寶石單晶體。但是，在該圖8的(a)和圖8的(b)所示的藍(lán)寶石單晶體中，在其外周部附近能看到稍稍變成白色的部分(圖中A部)。該白色部分是被稱作小傾角邊界的晶體邊界，是與中心部的取向不同的晶體生長(zhǎng)的部分。即，小傾角邊界相當(dāng)于所謂的晶體缺陷，是在獲得作為產(chǎn)品的藍(lán)寶石單晶體時(shí)必須去掉的部分，因此，需要防止產(chǎn)生該小傾角邊界。本發(fā)明人仔細(xì)調(diào)查了在使用藍(lán)寶石單晶體的制造裝置制造成的藍(lán)寶石單晶體中產(chǎn)生小傾角邊界的原因，在完成該調(diào)查后研究出了能防止產(chǎn)生小傾角邊界那樣的晶體缺陷的藍(lán)寶石單晶體的制造裝置。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是鑒于上述情況而做成的，其目的在于提供能夠防止產(chǎn)生因晶體取向錯(cuò)位引起的晶體缺陷的藍(lán)寶石單晶體的制造裝置。作為一技術(shù)方案，利用以下公開的解決手段解決上述問題。公開的藍(lán)寶石單晶體的制造裝置將晶種和原料收納在被支承構(gòu)件支承的坩堝內(nèi)， 將該坩堝配置在生長(zhǎng)爐內(nèi)的筒狀加熱器內(nèi)，利用筒狀加熱器對(duì)該坩堝進(jìn)行加熱而使原料和一部分晶種熔化而結(jié)晶化，該藍(lán)寶石單晶體的制造裝置包括冷卻部件，該冷卻部件用于以圓環(huán)狀冷卻形成為杯狀的上述坩堝的規(guī)定的外周位置。采用本發(fā)明公開的藍(lán)寶石單晶體的制造裝置，能防止產(chǎn)生由晶體取向錯(cuò)位引起的晶體缺陷。


圖1是表示本發(fā)明實(shí)施方式的藍(lán)寶石單晶體的制造裝置的例子的概略圖(主視剖視圖)。圖2的(a)和(b)是表示圖1的藍(lán)寶石單晶體的制造裝置的坩堝的例子的概略圖。圖3的(a)和(b)是表示圖1的藍(lán)寶石單晶體的制造裝置的支承構(gòu)件的例子的概略圖。圖4的(a)和(b)是由圖1的藍(lán)寶石單晶體的制造裝置制造成的藍(lán)寶石單晶體的 X射線拓?fù)鋱D照片。圖5是表示圖1的藍(lán)寶石單晶體的制造裝置的坩堝部分的溫度分布的等溫線圖。圖6是表示本申請(qǐng)申請(qǐng)人進(jìn)行了試做、研究的藍(lán)寶石單晶體的制造裝置的結(jié)構(gòu)的概略圖(主視剖視圖)。圖7的(a) (f)是用于說明由垂直布里奇曼法制造藍(lán)寶石單晶體的制造工序的說明圖。圖8的(a)和(b)是由圖6的藍(lán)寶石單晶體的制造裝置制造成的藍(lán)寶石單晶體的 X射線拓?fù)鋱D照片。圖9是表示圖6的藍(lán)寶石單晶體的制造裝置的坩堝部分的溫度分布的等溫線圖。
具體實(shí)施例方式下面，基于附圖詳細(xì)說明本發(fā)明優(yōu)選的實(shí)施方式。圖1表示藍(lán)寶石單晶體的制造裝置1的主視剖視圖(概略圖)。本實(shí)施方式的藍(lán)寶石單晶體的制造裝置1包括利用公知的垂直布里奇曼法制造藍(lán)寶石單晶體的生長(zhǎng)爐10。 簡(jiǎn)單地說明該生長(zhǎng)爐10的結(jié)構(gòu)，生長(zhǎng)爐10在有冷卻水流通的由筒狀的外套12和基座13 密閉的空間內(nèi)配設(shè)有1個(gè)或多個(gè)上下方向長(zhǎng)的筒狀加熱器。在本實(shí)施方式中，使用1個(gè)圓筒加熱器14。另外，生長(zhǎng)爐10的尺寸根據(jù)所制造的單晶體的大小而不同，作為一例，直徑為 0. 5m、高度為Im左右。在生長(zhǎng)爐10內(nèi)設(shè)有兩個(gè)未圖示的開口部，通過供給排出非活性氣體、優(yōu)選氬氣， 使晶體發(fā)育時(shí)在生長(zhǎng)爐10內(nèi)充滿非活性氣體。另外，雖然未圖示，但在生長(zhǎng)爐10內(nèi)的多處配設(shè)有用于測(cè)量爐內(nèi)溫度的溫度計(jì)。在本實(shí)施方式中，圓筒加熱器14由石墨加熱器形成，通過控制部(未圖示)進(jìn)行通電控制來進(jìn)行溫度調(diào)節(jié)。另外，在圓筒加熱器14的周圍配置有隔熱構(gòu)件16，利用隔熱構(gòu)件16包圍形成熱區(qū)18。通過控制對(duì)圓筒加熱器14的通電量，能夠使熱區(qū)18內(nèi)的上下方向存在溫度梯度。作為一例，使用石墨氈形成隔熱構(gòu)件16。通過使用石墨氈，能解決以往使用陶瓷、 氧化鋯作為隔熱構(gòu)件的材料時(shí)在高溫下產(chǎn)生裂紋的問題。圖中的附圖標(biāo)記20是形成為杯狀的坩堝，利用被固定在驅(qū)動(dòng)軸4的前端的支承構(gòu)件3支承。坩堝20能隨著驅(qū)動(dòng)軸4的上下移動(dòng)而在圓筒加熱器14內(nèi)上下移動(dòng)。另外，通過使驅(qū)動(dòng)軸4繞軸線旋轉(zhuǎn)，能使坩堝20在圓筒加熱器14內(nèi)旋轉(zhuǎn)。
另一方面，驅(qū)動(dòng)軸4與后述的冷卻桿5相連結(jié)，利用未圖示的滾珠絲杠上下移動(dòng)。 由此，坩堝20能被精確地控制上升速度、下降速度地進(jìn)行上下移動(dòng)。另外，在生長(zhǎng)爐10及底部的隔熱構(gòu)件16等上設(shè)有用于供驅(qū)動(dòng)軸4貫穿的結(jié)構(gòu)(通孔等)。采用上述結(jié)構(gòu)，將晶種和原料收納在坩堝20內(nèi)，將坩堝20配置在生長(zhǎng)爐10內(nèi)的圓筒加熱器14內(nèi)而利用圓筒加熱器14對(duì)該坩堝20進(jìn)行加熱，從而使原料6和一部分晶種熔化，并且，通過在圓筒加熱器14內(nèi)形成上高、下低的溫度梯度并使驅(qū)動(dòng)軸4上下移動(dòng)，能使坩堝20內(nèi)的熔液依次結(jié)晶化，能制造出藍(lán)寶石單晶體。另外，使用本實(shí)施方式的藍(lán)寶石單晶體的制造裝置1，利用垂直布里奇曼法制造藍(lán)寶石單晶體的工序與圖7的(a) (f)所示的上述工序基本相同，省略說明。在此，藍(lán)寶石單晶體的制造裝置1的特征性結(jié)構(gòu)在于，坩堝20由熱傳導(dǎo)性材料構(gòu)成，且在外周面的規(guī)定位置具有以放射狀突出的突周部21。如圖1、圖2(圖2的(a)是主視剖視圖，圖2的(b)是仰視圖)所示，本實(shí)施方式的突周部21是沿坩堝20的外周面形成為環(huán)狀、且截面形成為梯形的結(jié)構(gòu)。另外，截面形狀并不限定于梯形，也可以是矩形、三角形等。但是，優(yōu)選具有能與后述的支承構(gòu)件3面接觸的一面(在本實(shí)施方式中是下表面21a)。另外，作為上述坩堝20的形成材料，優(yōu)選使用具有下述線膨脹系數(shù)的材料在坩堝20和藍(lán)寶石單晶體之間完全不會(huì)產(chǎn)生因坩堝20的線膨脹系數(shù)與制造成的藍(lán)寶石單晶體的和生長(zhǎng)軸垂直的方向的線膨脹系數(shù)的差異引起的相互應(yīng)力；或者，在藍(lán)寶石單晶體上不會(huì)產(chǎn)生由上述相互應(yīng)力引起的晶體缺陷，坩堝也不會(huì)產(chǎn)生由上述相互應(yīng)力引起的變形。或者，作為坩堝20的形成材料，優(yōu)選使用這樣的材料藍(lán)寶石熔點(diǎn)與常溫這兩點(diǎn)之間的平均線膨脹系數(shù)小于制造成的藍(lán)寶石單晶體的和生長(zhǎng)軸垂直的方向的、藍(lán)寶石熔點(diǎn)與常溫這兩點(diǎn)之間的平均線膨脹系數(shù)?；蛘?，作為坩堝20的形成材料，優(yōu)選使用這樣的材料從藍(lán)寶石熔點(diǎn)(2050°C )到常溫之間的平均線膨脹系數(shù)總是小于制造成的藍(lán)寶石單晶體的和生長(zhǎng)軸垂直的方向的、藍(lán)寶石的平均線膨脹系數(shù)。作為上述那樣的各坩堝材料，可以舉出鎢、鎢-鉬合金、鉬等。特別是，鎢在各溫度下的線膨脹系數(shù)都小于藍(lán)寶石，因此，通過使用由上述材料構(gòu)成的坩堝，能使后述的結(jié)晶化過程、退火處理過程、冷卻過程中的收縮率小于藍(lán)寶石的收縮率，使坩堝20的內(nèi)壁面與藍(lán)寶石單晶體的外壁面處于非接觸狀態(tài)，能不對(duì)藍(lán)寶石施加應(yīng)力，能防止藍(lán)寶石產(chǎn)生裂紋。另一方面，支承構(gòu)件3由熱傳導(dǎo)性材料構(gòu)成，具有呈圓環(huán)狀與坩堝20的突周部21 面接觸而支承坩堝20的支承面。如圖1、圖3(圖3的(a)是俯視圖，圖3的(b)是主視剖視圖)所示，在本實(shí)施方式中，支承構(gòu)件3形成為杯狀，上端面3a為與坩堝20的突周部21 的下表面21a面接觸而支承該坩堝20的支承面。作為一例，支承構(gòu)件3使用與坩堝20相同的材料形成。即，優(yōu)選使用鎢、鎢-鉬合金、鉬等作為支承構(gòu)件3的材料。在此，本實(shí)施方式的藍(lán)寶石單晶體的制造裝置1的特征性的結(jié)構(gòu)是包括用于以圓環(huán)狀冷卻坩堝20的規(guī)定的外周位置的冷卻部件。作為一實(shí)施方式，該冷卻部件包括坩堝20的突周部21和呈圓環(huán)狀與該突周部21
6面接觸而支承該坩堝20的支承構(gòu)件3。此時(shí)，坩堝20的下表面20a和支承構(gòu)件3配設(shè)為彼此分開(參照?qǐng)D1)。采用該結(jié)構(gòu)，熱從突周部21向支承構(gòu)件3移動(dòng)(由支承構(gòu)件3產(chǎn)生的吸熱作用)。 由此，產(chǎn)生以圓環(huán)狀冷卻坩堝20的規(guī)定的外周位置(在本實(shí)施方式中為突周部21的形成位置)的作用。另外，從突周部21向支承構(gòu)件3移動(dòng)的熱再?gòu)闹С袠?gòu)件3向驅(qū)動(dòng)軸4移動(dòng)。能獲得上述熱的移動(dòng)作用是由于利用由圓筒加熱器14在熱區(qū)18內(nèi)產(chǎn)生的溫度梯度使坩堝20 的溫度相對(duì)較高，使支承構(gòu)件3的溫度低于該坩堝20的溫度，并且使驅(qū)動(dòng)軸4的溫度低于該支承構(gòu)件3的溫度。另外，本實(shí)施方式的藍(lán)寶石單晶體的制造裝置1包括用于冷卻驅(qū)動(dòng)軸4的冷卻構(gòu)件。作為一實(shí)施方式，冷卻構(gòu)件是冷卻桿5，該冷卻桿5是在內(nèi)部具有循環(huán)管路51的桿狀構(gòu)件，通過使制冷劑(例如冷卻水)在該管路內(nèi)流通而進(jìn)行冷卻。在冷卻桿5的上端部固定有驅(qū)動(dòng)軸4。利用作為冷卻構(gòu)件的冷卻桿5，能對(duì)驅(qū)動(dòng)軸4產(chǎn)生吸熱作用，從而能降低驅(qū)動(dòng)軸4 的溫度。由此，能促進(jìn)熱從支承構(gòu)件3向驅(qū)動(dòng)軸4移動(dòng)作用。即，能促進(jìn)支承構(gòu)件3的冷卻， 結(jié)果能促進(jìn)熱從突周部21向支承構(gòu)件3移動(dòng)，因此，能獲得增大上述冷卻部件的冷卻作用的效果。除此之外，通過控制在循環(huán)管路51內(nèi)流通的制冷劑的溫度，也能獲得容易控制該冷卻作用的效果。另外，用于以圓環(huán)狀冷卻坩堝20的規(guī)定的外周位置的冷卻部件并不限定于上述實(shí)施例，例如，即使坩堝20是不具有突周部21的杯狀，利用以圓環(huán)狀冷卻坩堝20的外周位置或底面20a的周緣部的結(jié)構(gòu)，也能獲得同樣的效果。作為具體的結(jié)構(gòu)例，可以考慮使支承構(gòu)件3與該部位相抵接的結(jié)構(gòu)(未圖示)等。如上所述，采用本實(shí)施方式的藍(lán)寶石單晶體的制造裝置1，能冷卻坩堝20的規(guī)定的外周位置，由此，能防止在晶體的外周部產(chǎn)生小傾角邊界等缺陷，能獲得高品質(zhì)的藍(lán)寶石單晶體。關(guān)于該點(diǎn)以下詳細(xì)說明。在說明上述效果時(shí)，首先說明本申請(qǐng)發(fā)明人研究的產(chǎn)生小傾角邊界的原因。作為一例，觀察利用藍(lán)寶石單晶體的制造裝置101(參照?qǐng)D6)制造成的藍(lán)寶石單晶體的照片 (圖8的(a)和(b))，在中央部有白色化的凸?fàn)畹膱A弧曲線。該圓弧曲線是晶種和發(fā)育成的晶體的邊界。并且，該凸?fàn)畹膱A弧曲線向外周延伸時(shí)，在該曲線的終點(diǎn)部分即晶體的下端部且周緣部的位置有白色化的部分(圖8的(a)和(b)中的B部)。即，在該B部產(chǎn)生與晶種的取向不同的晶體，由于以該不同取向晶體為基礎(chǔ)在其上方進(jìn)行晶體發(fā)育，因此產(chǎn)生小傾角邊界(圖8的(a)和(b)中的A部)。特別是，在使晶種熔化的工序(參照?qǐng)D7的(b)) 中，在晶體的下端部且周緣部的位置產(chǎn)生的白色化部分(圖8的(a)和(b)中的B部)的外周部會(huì)熔化而浸入該晶種的下端部，從而導(dǎo)致晶種產(chǎn)生傾斜。同時(shí)，在晶種和發(fā)育成的晶體的界面(凸?fàn)畹膱A弧曲線)到達(dá)晶種的下端部及其附近時(shí)，會(huì)產(chǎn)生該浸入現(xiàn)象。由該晶種的傾斜產(chǎn)生的取向錯(cuò)位導(dǎo)致育成晶體產(chǎn)生裂紋。因此，在使晶種熔化的工序中，為了防止外周部熔化而浸入該晶種的下端部，防止晶種和發(fā)育成的晶體的界面(凸?fàn)畹膱A弧曲線)到達(dá)晶種的下端部及其附近即可。作為具體的方法，首先考慮的是通過增大晶種(沿c軸方向加長(zhǎng))而減小坩堝在加熱器內(nèi)上升的量的方法。但是，該方法需要較大的晶種，因此，存在成本變高、相反發(fā)育成的晶體量變小這樣的問題。另一方面，用等溫線圖(深色的上方為高溫)表示藍(lán)寶石單晶體的制造裝置 101 (坩堝120附近)的溫度分布，如圖9所示具有凸?fàn)钚螤?，這限定了晶種和發(fā)育成的晶體的界面(凸?fàn)畹膱A弧曲線)形狀。S卩，作為防止晶種和發(fā)育成的晶體的界面(凸?fàn)畹膱A弧曲線)到達(dá)晶種的下端部及其附近的方法，只要實(shí)現(xiàn)使晶種和發(fā)育成的晶體的界面(凸?fàn)畹膱A弧曲線)形狀不是凸?fàn)疃歉教沟男螤畹姆椒?，不采用增大晶種來減小坩堝在加熱器內(nèi)上升的量的方法就能防止晶種和發(fā)育成的晶體的界面(凸?fàn)畹膱A弧曲線)到達(dá)晶種的下端部及其附近。采用本實(shí)施方式的藍(lán)寶石單晶體的制造裝置1，能冷卻坩堝20的規(guī)定的外周位置 (在此是突周部21的形成位置)。即，能使該外周位置(突周部21的形成位置)的坩堝20 內(nèi)的溫度分布不是凸?fàn)疃歉教沟男螤睢?shí)際進(jìn)行模擬算出的藍(lán)寶石單晶體的制造裝置1 (坩堝20附近)的溫度分布(等溫線圖)示于圖5中(深色的上方是高溫)。因此，通過將突周部21的形成位置設(shè)定為在圓筒加熱器14內(nèi)上升的坩堝20的溫度為藍(lán)寶石的熔點(diǎn)溫度以上的區(qū)域(軸向)的最下部位置，即通過使晶種的熔化位置(軸向)和突周部21的形成位置(軸向)大致一致，能使晶種和發(fā)育成的晶體的界面(凸?fàn)畹膱A弧曲線)的形狀不是凸?fàn)疃歉教沟男螤睢Ｓ纱?，在使晶種熔化的工序中，能防止外周部熔化而浸入該晶種的下端部，從而能防止該晶種傾斜，結(jié)果，能防止在晶體的下端部且周緣部的位置產(chǎn)生白色化部分、即與晶種的取向不同的晶體，最終能防止以在晶體的下端部且周緣部的位置產(chǎn)生的白色化部分為基礎(chǔ)在周緣部產(chǎn)生向上方生長(zhǎng)的小傾角邊界。而且，也能防止產(chǎn)生由晶種傾斜引起的裂紋。作為一例，將由藍(lán)寶石單晶體的制造裝置1制造成的藍(lán)寶石單晶體的照片(X射線拓?fù)鋱D照片)示于圖4的(a)和(b)中。從該照片可知與圖8的(a)和(b)的照片所示的藍(lán)寶石單晶體相比，能顯著地抑制產(chǎn)生小傾角邊界。如以上說明，采用本發(fā)明公開的藍(lán)寶石單晶體的制造裝置，能防止產(chǎn)生由晶體取向錯(cuò)位引起的晶體缺陷(小傾角邊界、裂紋等)，從而能制造高品質(zhì)的藍(lán)寶石單晶體。另外，本發(fā)明并不限定于以上說明的實(shí)施例，能在不脫離本發(fā)明的范圍內(nèi)進(jìn)行各種變更。特別是，上述說明了采用垂直布里奇曼法的情況，但利用與垂直布里奇曼方法相同的單向凝固法的垂直溫度梯度凝固法(VGF法)進(jìn)行結(jié)晶化、退火處理也能獲得藍(lán)寶石晶體。在該情況下，通過使坩堝在圓筒加熱器內(nèi)上升位于圓筒加熱器的均熱區(qū)域內(nèi)來進(jìn)行退火處理。另外，在上述實(shí)施方式中，晶體的生長(zhǎng)軸為c軸，但也可以將a軸作為生長(zhǎng)軸或者將與r面垂直的方向作為生長(zhǎng)軸。另外，本制造裝置適于制造藍(lán)寶石單晶體，但當(dāng)然也能應(yīng)用于制造其他單晶體。
權(quán)利要求
1.一種藍(lán)寶石單晶體的制造裝置，其將晶種和原料收納在被支承構(gòu)件支承的坩堝內(nèi)， 將該坩堝配置在生長(zhǎng)爐內(nèi)的筒狀加熱器內(nèi)，利用筒狀加熱器對(duì)該坩堝進(jìn)行加熱而使原料和一部分晶種熔化而結(jié)晶化，其特征在于，該藍(lán)寶石單晶體的制造裝置包括冷卻部件，該冷卻部件用于以圓環(huán)狀冷卻形成為杯狀的上述坩堝的規(guī)定的外周位置。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的藍(lán)寶石單晶體的制造裝置，其特征在于，上述坩堝由熱傳導(dǎo)性材料構(gòu)成，具有呈放射狀在外周面的規(guī)定位置突出的突周部，上述支承構(gòu)件由熱傳導(dǎo)性材料構(gòu)成，具有以圓環(huán)狀與上述坩堝的突周部面接觸而支承該坩堝的支承面，上述冷卻部件包括上述突周部和上述支承構(gòu)件。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的藍(lán)寶石單晶體的制造裝置，其特征在于，上述制造裝置利用通過使筒狀加熱器形成上高、下低的溫度梯度而使熔液依次結(jié)晶化的單向凝固法，上述坩堝的設(shè)有上述突周部的位置是該坩堝的溫度為藍(lán)寶石的熔點(diǎn)溫度以上的區(qū)域的最下部位置。
4.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的藍(lán)寶石單晶體的制造裝置，其特征在于，上述支承構(gòu)件為杯狀，其上端面與上述突周部的下表面面接觸。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的藍(lán)寶石單晶體的制造裝置，其特征在于，上述坩堝的下表面和上述支承構(gòu)件分開。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的藍(lán)寶石單晶體的制造裝置，其特征在于，該藍(lán)寶石單晶體的制造裝置包括在前端固定上述支承構(gòu)件的驅(qū)動(dòng)軸和用于冷卻上述驅(qū)動(dòng)軸的冷卻構(gòu)件。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的藍(lán)寶石單晶體的制造裝置，其特征在于，上述冷卻構(gòu)件是冷卻桿，該冷卻桿是在內(nèi)部具有循環(huán)管路的桿狀構(gòu)件，通過使制冷劑在該循環(huán)管路內(nèi)流通來進(jìn)行冷卻。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的藍(lán)寶石單晶體的制造裝置，其特征在于，上述冷卻部件通過冷卻上述坩堝的底面的周緣部而以圓環(huán)狀冷卻該坩堝的規(guī)定的外周位置。
全文摘要
本發(fā)明提供一種能防止產(chǎn)生由晶體取向錯(cuò)位引起的晶體缺陷的藍(lán)寶石單晶體的制造裝置。本發(fā)明的藍(lán)寶石單晶體的制造裝置(1)將晶種和原料收納在被支承構(gòu)件(3)支承的坩堝(20)內(nèi)，將該坩堝(20)配置在生長(zhǎng)爐(10)內(nèi)的筒狀加熱器(14)內(nèi)，利用筒狀加熱器(14)對(duì)該坩堝進(jìn)行加熱而使原料和一部分晶種熔化而結(jié)晶化，該藍(lán)寶石單晶體的制造裝置包括用于以圓環(huán)狀冷卻形成為杯狀的上述坩堝(20)的規(guī)定的外周位置的冷卻部件。
文檔編號(hào)C30B11/00GK102191535SQ20111004924
公開日2011年9月21日 申請(qǐng)日期2011年3月1日 優(yōu)先權(quán)日2010年3月2日
發(fā)明者中村太一, 宮川千宏, 小林拓實(shí), 干川圭吾 申請(qǐng)人:不二越機(jī)械工業(yè)株式會(huì)社, 國(guó)立大學(xué)法人信州大學(xué)