[发明专利]一种光学辅助感应加热自坩埚单晶生长装置及应用

权利要求书

1.一种光学辅助感应加热自坩埚单晶生长装置，其特征在于，该生长装置包括：光学热源和自坩埚，

所述的自坩埚为分立铜管组合而成的容器，所述的自坩埚四周设置有射频线圈，所述的自坩埚还设置有冷却水进水口和冷却水出水口，位于自坩埚上方设置有籽晶杆。

2.根据权利要求1所述的光学辅助感应加热自坩埚单晶生长装置，其特征在于，所述的光学热源为卤素灯、LD光源或二氧化碳激光器；

优选的，所述的光学热源还包含聚光系统。

3.根据权利要求1所述的光学辅助感应加热自坩埚单晶生长装置，其特征在于，所述的自坩埚上方设置有电阻或者光学加热方式的后热器，后加热器加热的区域高度大于晶体生长长度。

4.根据权利要求1所述的光学辅助感应加热自坩埚单晶生长装置，其特征在于，所述的自坩埚中还设置有上称重自动等径控制系统。

5.利用权利要求1所述的光学辅助感应加热自坩埚单晶生长装置生长单晶的方法，包括步骤如下：

(1)原料的选取和处理

将纯度≥99.99％的晶体原料粉末在100-200℃下真空干燥，除去原料中吸附的水，得到胚料；

(2)籽晶的选取

根据所要生长的晶体，选用定向籽晶，切割、超声清洗、干燥后备用；

(3)晶体生长

将步骤(1)的胚料装入分立铜管组成的自坩埚中，启动光学热源，聚焦至自坩埚内原料表面，逐渐增加加热功率，将胚料熔化，形成液池；出现液池后启动射频线圈的感应加热，并关闭光学热源；调节射频线圈的加热功率，使液池在感应加热作用下逐渐扩大，通过冷却水进水口向自坩埚通入冷却水；

采用提拉法生长晶体，或者采用导模法生长晶体，或者采用定向凝固法生长晶体，或者其他现有晶体生长方法生长晶体。

6.根据权利要求5所述的生长单晶的方法，其特征在于，步骤(1)中所述的原料粉末为氧化镓粉末、氧化镥粉末、氧化铝粉末或氧化镁粉末，原料粉末的纯度为99.99％，干燥时间为1-3h。

7.根据权利要求5所述的生长单晶的方法，其特征在于，步骤(2)中籽晶为β-Ga₂O₃单晶、氧化镥籽晶、氧化镁籽晶或氧化铝籽晶。

8.根据权利要求5所述的生长单晶的方法，其特征在于，步骤(3)中采用提拉法生长晶体时，通过籽晶杆将籽晶下降逐渐靠近熔体，下入籽晶并收颈，当籽晶直径收细至1-3mm时进行放肩，等径生长，晶体生长至所需尺寸后，升温20-30℃，恒温30分钟，从熔体中快速提脱晶体；

提脱晶体后，逐渐降低加热功率，即得单晶。

9.根据权利要求5所述的生长单晶的方法，其特征在于，步骤(3)中，采用提拉法生长晶体时，等径生长的直径为50-300mm；采用导模法生长晶体时，等径宽度50-300mm；

优选的，采用导模法生长晶体时，通过在熔体液面的上方放置铱金或铂铑合金模具，进行导模法晶体生长。

10.根据权利要求5所述的生长单晶的方法，其特征在于，步骤(3)中，采用提拉法生长晶体时，放肩、等径生长、收尾阶段由上称重自动等径控制系统进行控制，晶体生长至所需尺寸后，退出自动等径控制系统。