[发明专利]一种晶体生长坩埚、装置及其生长方法

说明书

本发明属于晶体生长技术领域，具体为一种晶体生长坩埚、装置及其生长方法。一种晶体生长坩埚，包括坩埚本体，还包括热交换器。坩埚本体包括侧壁、底壁和坩埚盖，侧壁、底壁和坩埚盖围成为晶体生长提供场所的坩埚室。热交换器穿设于坩埚盖伸入至坩埚室，热交换器伸入至坩埚内的一端设置有籽晶。坩埚本体外环设有加热器。本发明将热交换法、泡生法和提拉法进行结合并提供了一种优化的晶体生长方法，其能减少晶体内部缺陷、降低晶体开裂几率和增加晶体良率。

技术领域

本发明属于晶体生长技术领域，具体为一种晶体生长坩埚、装置及其生长方法。

背景技术

晶体的生长方法包括有热交换法(HEM)、泡生法(KY)和提拉法(CZ)。热交换法原理是利用热交换器带走热量，使得晶体生长形成一下冷上热的纵向温度梯度，同时再由控制热交换器内气体流量的大小以及改变功率的高低来控制温度梯度，由此达成坩埚内熔液由坩埚底部籽晶往上生长的一种长晶方法。其优点为：长晶开始阶段可以自动引晶，其自动化程度高，容易做到工艺一致性，同时减少了引晶的劳动强度和成本；并且在长晶阶段无物理移动，固液界面稳定。

泡生法首先原料熔融，再将一根受冷的籽晶与熔体接触，如果界面的温度低于凝固点，则籽晶开始生长。为了使晶体不断长大，就需要逐渐降低熔体的温度，同时旋转晶体，以改善熔体的温度分布。也可以缓慢地(或分阶段地)上提晶体，以扩大散热面。晶体在生长过程中或生长结束时不与坩埚壁接触，这就大大减少了晶体的应力。其优点为：晶体与坩埚非接触，最终晶体表面为自由表面，其内压力小，不易开裂；并且晶体与坩埚非接触杜绝坩埚表面生核，减少坩埚杂质引入和晶体内部缺陷。

提拉法是将晶体原料放置于坩埚内通过侧加热器加热熔化后，将由籽晶杆夹持的籽晶插入熔体表面进行熔化，同时转动籽晶反转坩埚，籽晶缓慢向上提升，经过引晶、放大、缩颈、放肩、等径生长、收尾等过程最终得到晶体。

但是在传统的热交换法、泡生法和提拉法都有其相对应的缺点，其中热交换法最大的缺点就是因为晶体在熔化过程中与放置晶体坩埚接触，最终晶体表面为受约束表面，其内压力大，易开裂；并且因为晶体与坩埚接触增加坩埚表面生核杂质引入的几率，增加晶体内部缺陷。

泡生法的缺点是在长晶开始阶段需要引晶，其对引晶熟练程度要求较高，难做到工艺一致性；并且长晶阶段有物理移动，固液界面易受扰动，固液界面不稳定。

提拉法的缺点长晶开始阶段需要引晶，其对引晶熟练程度要求较高，难做到工艺一致性；长晶各阶段有移动和旋转，固液界面易受扰动而不稳定。

发明内容

本发明的目的在于提供一种晶体生长坩埚，用于实现晶体的生长，并可实现在热交换法基础上结合提拉法缩颈，可实现晶体内部缺陷少，晶体不易开裂的技术效果，且坩埚可进行多次利用。

本发明是这样实现的：

一种晶体生长坩埚，包括坩埚本体。晶体生长坩埚还包括固定籽晶的热交换器。坩埚本体包括侧壁、底壁和坩埚盖，侧壁、底壁和坩埚盖围成为晶体生长提供场所的坩埚室。热交换器包括热交换单元和设置有流体流量控制单元的流体供应单元；热交换单元的一端与流体供应单元连接，热交换单元的另一端贯穿坩埚盖并伸入坩埚室内，且热交换器可选地在远离或靠近底壁的地方运动。坩埚本体外环设有加热器，加热器包括环设于侧壁的第一加热器和设置在底壁外的第二加热器。

进一步的，热交换单元包括外管体和内管体，内管体设置在外管体内，外管体与内管体之间形成换热通道。内管体开设有与换热通道连通的换热孔。内管体与外管体穿设于坩埚盖并深入至坩埚室。

本发明还提供了一种基于上述晶体生长坩埚的晶体生长装置。

一种晶体生长装置，包括生长炉和上述的晶体生长坩埚。生长炉包括炉体和腔室，坩埚设置于所述腔室内。坩埚与炉体之间设置有保温层，热交换器依次穿设于炉体和保温层。

进一步的，热交换器与炉体通过磁密封。