TW201725289A - 帶狀藍寶石 - Google Patents

Abstract

本發明係提供一種對於通過EFG法培養的帶狀藍寶石，在結束提拉時無須使用X射線衍射就能夠以目視判斷r軸方向的帶狀藍寶石。本發明係通過在以c面為主面的複合帶狀藍寶石及帶狀藍寶石的擴肩部側面形成由r面和R面構成的兩層的自形晶面，能夠獲得通過使用放大鏡進行目視就能夠進行r軸方向的判斷的帶狀藍寶石。

Description

帶狀藍寶石

本發明係關於一種通過EFG法培養的單晶帶狀藍寶石。

現在，在LED等發光元件中使用的藍寶石晶片用單晶的培養方法大致分為指定晶體取向面來培養帶狀藍寶石的EFG法和培養圓筒形的晶棒的Cz法這兩種。其中，使用EFG法的培養方法的特徵在於，一併提拉出根據晶種基板的晶體取向來指定晶體取向的多個板狀晶體，作為相關技術，已在日本專利特開2003-327495(以下記載為專利文獻1)申請後被公開。另外，使用Cz法的培養方法的特徵在於，易於大直徑地提拉出根據晶種基板的晶體取向而指定晶體取向的圓筒形的晶棒，作為相關技術，已在日本專利特開2010-189242(以下記載為專利文獻2)申請後被公開。

在這兩件專利中，專利文獻1所記載的發明的技術特徵在於，將晶種基板的晶體取向與提拉軸的偏移角限制在一定的範圍內，實現了穩定的晶體培養。另外，專利文獻2所記載的發明的技術特徵在於，通過使培養用坩堝的底面凹陷而增加了晶棒的有效長度，提高了由該晶棒得到的晶片的收率。

【先前技術文獻】 【專利文獻】

【專利文獻1】：日本專利特開2003-327495

【專利文獻2】：日本專利特開2010-189242

在具有上述效果的同時，另一方面，近年來在一部分的藍寶石c面晶片中，要求指定了r軸方向的晶片。該晶片的母材通過從單晶切出來製造，該單晶通過上述培養方法得到。因此，存在以下問題：針對該要求以專利文獻2所記載的Cz法切出後、以專利文獻1所記載的EFG法培養後，需要分別使用X射線衍射裝置進行r軸方向的判斷。

此外，需要對該裝置的設置進行放射線管理，因此設置場所受到限制，以在與通常的房間分離的環境下運用為前提。另外，還存在需要對每個培養及切出的晶體進行X射線測定而量產性低下的問題。

針對上述問題，本案所記載的發明的目的在於提供一種無須使用X射線衍射就能夠判斷r軸方向的帶狀藍寶石。

為了實現上述目的，本發明的第一方式所記載的發明的特徵 在於，在以EFG法培養的帶狀藍寶石的擴肩部(spreading)側面形成在厚度方向上分割的自形晶面。更具體而言，其技術特徵在於，對於晶種基板-幅寬部間的擴肩部側面，設置在厚度方向上分割的、相互構成邊界的兩種自形晶面，所述擴肩部是在從晶種基板生長以c面為主面的幅寬的帶狀藍寶石時形成的。

另外，本發明的第二實施方式所記載的發明的特徵在於，在具有以EFG法從共同的晶種基板培養的多個帶狀藍寶石的複合帶狀藍寶石上，在各帶狀藍寶石的晶種基板-幅寬部間形成的擴肩部的側面上，設置在厚度方向上分割的、相互構成邊界的兩種自形晶面，並且在一定的範圍內形成該自形晶面的角度。更具體而言，其技術特徵在於，對於上述兩種自形晶面與邊界所成的角度，以一方為41°±5°、另一方為51.5°±5°的範圍內的方式形成上述各傾斜側面上的自形晶面。

根據上述技術特徵，本發明的第一方式所記載的發明能夠提供一種無須使用X射線衍射就能夠從擴肩部進行上述r軸的判斷的帶狀藍寶石。這是通過在擴肩部側面形成上述兩種自形晶面而產生的效果。

亦即，本案所記載的帶狀藍寶石是通過EFG法培養的單晶帶狀藍寶石，通過將提拉速度及培養爐內的溫度條件設定為特定的條件，從而在擴肩部形成自形晶面。更詳細而言，在藍寶石單晶所具有的晶體面中，使用(0001)面(以下記載為c面)、(1-102)面(以下記載為r面)、(-1104)面(以下記載為R面)，在以c面為主面的帶狀藍寶石的擴肩部側面形成有由 構成上述邊界的r面和R面形成的自形晶面。因此，在本案所記載的帶狀藍寶石中，通過確認r面的自形晶面形成側，能夠判斷與r面正交的r軸的方向，該r面是與R面相比，以相對於上述邊界的較大的角度形成的自形晶面。

此外，作為形成上述自形晶面的條件，為了培養晶體，需要滿足以下三個條件：氧化鋁熔液等、相對於晶種基板來自於外部的晶體材料供給，起因於晶體結構等的晶體材料-晶種基板間的順應性、取決於上述晶體材料-晶種基板間的接觸的向晶體表面的到達自由度，自形晶面根據各晶體取向上的生長速度的不同而形成。更具體而言，生長速度快的晶體取向先於相鄰的生長速慢的晶體取向而持續生長。因此，在自形晶面的形成時，最終生長速度快的晶體取向尖銳化而消滅，形成由相鄰的生產速度慢的晶體取向形成的自形晶面。關於該自形晶面的形成，藍寶石的各晶體取向的生長速度按照c面、r面、a面、其他面的順序變快，c面的生長速度最慢。因此，在一般的c面晶片用帶狀藍寶石的培養中，主要在帶狀藍寶石表面形成c面的自形晶面。

在本案所記載的發明中，在使用EFG法培養時，通過提拉速度及溫度條件的設定，而在擴肩部側面形成上述自形晶面從而能夠進行上述r軸方向的判斷。另外，在本案所使用的EFG法中，通過使培養開始時與上述熔液接觸的晶種基板端面的寬度比最終提拉的帶狀藍寶石的寬度小而形成該擴肩部。因此，通過較小地形成作為晶種基板的單晶藍寶石，容易提高晶體品質，並且對於該帶狀藍寶石能夠實現多個帶狀藍寶石的同時培養，且不會產生晶體缺陷等，能夠使c面的帶狀藍寶石的培養穩定化，能夠使用上述擴肩部側面、以目視進行r軸的判斷。

除了上述第一方式所記載的效果之外，通過使用本發明的第二方式所記載的發明，能夠對通過c面的複合帶狀藍寶石培養而培養的多個帶狀藍寶石的全部賦予與上述第一方式相同的效果。即，在複合帶狀藍寶石的培養中，各帶狀藍寶石以及上述擴肩部側面的培養條件根據爐內的溫度分佈以及相鄰的帶狀藍寶石間的放射熱量的不同，依各帶狀藍寶石逐一變動。在本發明中，通過將上述自形晶面的形狀限制在特定的範圍內，使該帶狀藍寶石的培養穩定化，並且對各帶狀藍寶石賦予上述第一方式所記載的效果。更具體而言，以在擴肩部側面形成的兩種自形晶面所構成的邊界為基準，通過調整上述提拉速度及培養爐內的溫度條件以將各自形晶面的角度限制在特定的範圍內，從而能夠以目視對上述多個帶狀藍寶石的全部進行r軸的判斷，並且對於各帶狀藍寶石能夠抑制晶體缺陷等，而培養出品質穩定化的單晶。

如上所述，通過使用本案所記載的發明，提供一種無須使用X射線衍射就能夠判斷r軸方向的帶狀藍寶石。

1‧‧‧複合帶狀藍寶石

2‧‧‧晶種基板

3‧‧‧帶狀藍寶石

4‧‧‧模具組

5‧‧‧氧化鋁熔液

c‧‧‧c面晶體取向

g‧‧‧縫隙

r‧‧‧r面晶體取向

R‧‧‧R面晶體取向

s‧‧‧擴肩部側面

【圖1】是本發明的最佳實施方式中使用的複合帶狀藍寶石的整體立體圖。

【圖2】是關於在圖1中表示的複合帶狀藍寶石的晶體面的說明圖。

【圖3】是在圖1的擴肩部側面s上實際形成的自形晶面。

【圖4】是表示在圖1中表示的複合帶狀藍寶石的培養過程的說明圖。

【圖5】是表示在圖1中表示的擴肩部的培養過程的說明圖。

以下，使用圖1、圖2、圖3、圖4及圖5，表示本發明中的最佳實施方式。另外，關於圖中的符號及部件編號，對作為相同部件而發揮功能的部件標記共同的符號或編號。

分別地，圖1表示在本實施方式中使用的複合帶狀藍寶石的整體立體圖，圖2表示關於該複合帶狀藍寶石的晶體面的說明圖，圖3表示在複合帶狀藍寶石的擴肩部側面形成的自形晶面，圖4表示關於圖1的複合帶狀藍寶石的培養過程的說明圖，並且圖5表示關於圖1的擴肩部的培養過程的說明圖。此外，關於培養爐的內部結構及提拉用的夾具等，省略在圖中的記載。

如圖1、圖2及圖3所示那樣，在本實施方式中，關於複合帶狀藍寶石1的各帶狀藍寶石3，在各自的擴肩部側面s形成有由r面和R面構成的兩個自形晶面。此外，在本實施方式中使用的複合帶狀藍寶石的培養中，由圖2所示的晶體取向(a1、a2、a3、c)而特定晶體取向。其中，在本實施方式中，使用(0001)面(以下記載為c面)、(1-102)面(以下記載為r面)、(-1104)面(以下記載為R面)，在擴肩部側面s上形成有構成上述邊界的由r面和R面構成的自形晶面。因此，能夠通過確認圖3所示的r面側的自形晶面，判斷與r面正交的r軸的方向，並且從晶種基板2分離各帶狀藍寶石3後，也能夠通過擴肩部側面s使用放大鏡以目視進行r軸方向的判斷。這是按照下述方式進行培養產生的效果：如圖4所示在從氧化鋁熔液5提拉晶種基板2而 形成擴肩部時，調整提拉速度及爐內溫度，將圖2、圖3所示的r面和R面的各自形晶面所構成的邊界與各自形晶面所成的角度控制在r面為51.5°±5°、R面為41°±5°的範圍內進行培養。即，由圖1可知，在本實施方式所記載的EFG法中，將各帶狀藍寶石3的厚度統一為一定的值，並以等間隔排列的狀態進行培養。因此，能夠將各帶狀藍寶石間的培養條件的差異抑制在最小限度，並且對於在擴肩部側面s上形成的上述自形晶面的角度，能夠將其限制在一定範圍內。此處，在本實施方式中，將提拉速度固定為25mm/小時±25%，關於爐內溫度，設定為模具組4的溫度從作為臨近硬化的熔點的2050℃逐漸上升，在2055℃下形成遍及整個寬度的擴肩面。另外，如圖3所示那樣，關於相對於該形成的邊界的自形晶面的寬度，在本實施方式中，與R面側相比r面側的寬度形成得更大(1：2~2：3)。因此，在本實施方式的各帶狀藍寶石3中，不僅可以通過上述角度進行判斷，還可以通過自形晶面的寬度進行上述晶體取向的判斷。

圖4及圖5表示本實施方式中使用的擴肩部的培養過程。關於上述晶體的培養條件，在本實施方式中，通過對以端部為c軸的單晶藍寶石所構成的晶種基板2使用由相同原料構成的氧化鋁熔液5用於c面帶狀藍寶石培養，從而滿足了上述晶體材料供給及順應性。另外，向晶體表面的到達自由度，通過晶種基板2與上述熔液5接觸來滿足。即，在本實施方式中，通過將經由縫隙g而設置有板狀的空隙的模具組4設置在坩堝內，使坩堝內熔融的氧化鋁熔液5的液面因毛細現象而到達模具組前端。因此，在培養複合帶狀藍寶石1時，能夠降低在各帶狀藍寶石間產生的溫度差，而使提拉晶種基板2時的培養條件穩定化。另外，從圖4及圖5的各(a)、(b)可知，晶 種基板與到達模具組端部的熔液接觸時，在本案所記載的模具組4中，擴肩部的晶體生長向晶種基板2的寬度方向發展，在達到模具組4的寬度尺寸的圖5(c)的時間點，向如同一圖(d)所示的平板形狀的帶狀藍寶石的培養過渡。這不僅是因為，由於熔液5的表面張力而從模具組的寬度方向向晶種基板底部的側面進行熔液的供給，還因為該晶體生長時，預先將厚度方向的晶體尺寸通過模具組進行了限制。

即，關於該寬度方向上擴展的擴肩部的生長，在使用EFG法的晶體培養中，在由於模具而不再從寬度方向供給新的熔融液的情況下，相對於該方向晶體不能生長，厚度由於模具而被設定為保持恆定，寬度尺寸也被限制為一定的值。另一方面，只要存在熔融液的供給，相對於該方向晶體尺寸就會變大，作為形狀的平衡就會失去。伴隨與此，在本實施方式使用的EFG法中，當提拉在寬度方向上擴大的擴肩部分時，熔液自由地從液面供給，從而能夠在擴肩部形成自形晶面。此處，在圖5中，參照帶狀藍寶石的寬度正在擴大的(a)至(c)，可知在該寬度方向上熔融被自由供給。此外，本實施方式使用的EFG法中，從該模具的形狀來看為從模具的表面和裡面開始晶體生長的構成。因此，在本實施方式中，通過使得提拉速度及溫度條件最適於擴肩部側面的自形晶面的形成，從而能夠在該側面形成表面和裡面的晶體結構不同、分為上述r面和R面的兩層的自形晶面。

如上所述，通過使用本案實施方法所記載的構造，能夠提供一種無須使用X射線衍射就能夠以目視判斷r軸方向的帶狀藍寶石。

c‧‧‧c面晶體取向

r‧‧‧r面晶體取向

R‧‧‧R面晶體取向

Claims (2)

1. 一種帶狀藍寶石，其特徵係其擴肩部側面被由自形晶面的集合而形成的區域在厚度方向上分割，以該分割的區域之間的邊界與自形晶面自身所成的角度中一方為41°±5°、另一方為51.5°±5°的範圍內的方式，形成有各個自形晶面。
2. 一種複合帶狀藍寶石，其特徵係各帶狀藍寶石的擴肩部側面被由自形晶面的集合而形成的區域在厚度方向上分割，以該分割的區域之間的邊界與自形晶面自身所成的角度中一方為41°±5°、另一方為51.5°±5°的範圍內的方式，形成有各個自形晶面。