藍寶石晶片，光學，半導體晶圓是一個日益重要的制造業務。藍寶石襯底為LED氮化鎵（GaN）發光二極管正在促進能源節約和藍寶石晶圓的數量急劇增加。

基面藍寶石襯底拋光用一個或兩個表面都為LLL-V和LL-VL合成物，如氮化鎵為鮮豔的藍色和綠色LED和激光二極管的發展非常有用。其他應用包括碲鎘汞紅外檢測器的應用程序。


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天然藍寶石材料（藍寶石）通常指的是氧化鋁（Al2O3）的單晶形式。天然藍寶石錠含有少量的鈦和鐵，這使得它藍寶石的藍色。藍寶石是比紅色以外的任何顏色（紅寶石）發現了寶石級剛玉。純剛玉是無色的氧化鋁（Al2O3）。雖然大多數人認為藍寶石作為藍，寶石可以在幾乎任何顏色可以發現，由於金屬如鐵，鉻，鈦和微量的存在。

由於在天然存在的晶體中的雜質和小的天然晶體尺寸，天然藍寶石錠材料很少用於藍寶石晶片的制造。


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在非LED應用包括智能手機相機鏡頭蓋加home鍵蓋藍寶石襯底的需求增加，供需形勢已經有了好轉。在智能手機使用的藍寶石基板將占用大部分的產能，說高級副總裁全球銷售總監米哈伊爾Berest ——一個大型的全球藍寶石基板制造商。預計1Q14和2Q14基板價格將有大幅增長10 ％至15％。

繼蘋果在最新的iPhone家按鈕使用藍寶石基板，業內人士預測，智能手機制造商將很快開始使用藍寶石襯底的手機顯示，表示Berest在接受采訪時LEDforum 2013 。已經使用藍寶石襯底的公司包括蘋果和LG 。目前的產能需求2NCH藍寶石襯底是約1.5 〜2萬件。

對於高端應用的藍寶石基板正面臨著20〜30 ％的供應短缺。瑞星使用藍寶石基板的LED燈之外提供了漲價的機會，說Berest 。隨著增加對LED之外的應用需求， LED芯片制造商目前正在延長期藍寶石襯底訂單。

藍寶石基板價格將開始increasing10 ％到15％在1Q14 。預計價格也高達10％-15％在2Q14 ，說Berest 。智能手機制造商也將開始使用藍寶石襯底的電話顯示在2014年。采用藍寶石襯底在顯示屏的新產品推出，可能會導致未來價格上漲。


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根據最新的“全球藍寶石基板市場報告”由市場研究機構集邦科技的LED內部的研究部門公布，藍寶石基板制造商有關非LED應用市場在2013年的新興需求，如手機設備應用程序，樂觀矽 - 藍寶石（SOS） 以及窗膜。在將來這樣的前景，仍有不少廠商盡管市場價格低爭食非LED的應用，並計劃進行生產。

由於供應過剩，從LED外延片制造商藍寶石基板的質量要求有所上升，票據LED內部的。現有的LED制造商更願意使用由泡生法（ KY ）法生長的藍寶石晶錠，所以它已經變得更加困難，大多數新來者進入LED供應鏈。因此，除了一線大廠，大多數藍寶石晶棒廠商的使用率一直在50％以下。然而，由於藍寶石推出的相機鏡頭在蘋果的iPhone5的，從非LED應用的藍寶石基板的需求已經開始消化過剩產的一部分，藍寶石襯底產業將進入良性循環。


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藍寶石的物理、化學和光學特性使得它耐高溫，抗熱震，水和沙子侵蝕，耐劃傷的獨特組合的材料。這是一個卓越的窗口材料，許多紅外應用從3微米至5微米。 C面藍寶石襯底被廣泛地用於生長III-V族和II-VI族化合物，諸如氮化鎵為藍色LED和激光二極管，而R面藍寶石襯底被用於矽的微電子集成電路應用的異質外延沉積。

一個平面r面藍寶石襯底高度取向單層碳納米管陣列的高吞吐量的增長，這是用化學氣相沉積法用鐵作為催化劑來實現。納米管以a面藍寶石生長正常排列的方向。它們通常是幾十微米長的，為1.34 ±0.30 nm的窄的粒徑分布。與此相反，無定向性的增長實現對c面和m面藍寶石，或當鈦膜代替鐵蛋白，被用作催化劑。這樣的取向控制很可能與碳納米管和藍寶石襯底，其是支持的觀察，當納米管的第二層生長，它們隨後在氣體流動方向之間的相互作用。這些排列的碳納米管陣列可以使之積，可擴展的納米管器件和系統的建設。


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藍寶石晶片具有完整的定位選項，包括C面，A面，R面和M面，直徑範圍從1“到4 ” ，方形基片也可作為良好，尺寸從10 ×10毫米到100 x 100毫米。基板生產按SEMI標准具有良好的表面粗糙度鐳 < 5A和高清潔度。藍寶石晶片是由提拉法生產的，由於它的高強度，高抗腐蝕高耐磨損，低介電損耗和良好的電絕緣性，單晶藍寶石晶片扮演的藍色LED與高Tc超導體的材料越來越重要的作用和微波應用。

厚的氮化鎵層使用這些層的同質外延襯底以提高激光二極管器件的質量或發光二極管的目的增加了氫化物氣相外延（HVPE ） ，HVPE是一層厚厚的發展是非常有用的因為增長率可以從幾十可達每小時百微米。在該實驗中，通過生長形成在氧化矽掩模開口開始作為選擇性生長。面由平面形成的早期階段和從這些方面對氧化矽掩模聚結開發的連續膜。因此，氮化鎵層，位錯密度低至6 ×107厘米²生長在2英寸直徑的藍寶石晶片。這些氮化鎵層是無裂紋和有鏡面般的表面。


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氮化鎵微發光二極管（微型LED）與單片集成微透鏡已被證實。微透鏡，具有44微米的焦距和均方根的〜 1nm的方粗糙度，已被制作在微型LED的陣列的一個藍寶石襯底的拋光後表面由抗蝕劑熱回流和等離子體蝕刻。微透鏡的光學性質已經證明，以改變LED發射器的發射模式。光從這種混合裝置發出的錐顯著比傳統的廣泛區域的設備少發散。的微型發光二極管和微透鏡技術的結合提供了用於在基於氮化鎵的發光體的整體效率進一步提高的潛力。

基於單晶氮化鎵金屬半導體場效應晶體管（ MESFET ）的制備和表征。氮化鎵層是使用低pressuremetalorganic化學氣相沉積沉積在藍寶石襯底上。 MESFET器件是捏造的使用TiAu為源隔離的臺地和漏歐姆接觸和銀色的門肖特基。為具有4微米的柵極長度裝置（通道開放，即，源極到漏極的10μm的分離）， 23毫秒一個跨導/毫米是在-1 V柵極偏壓得到。觀察到-12 V的柵極電位完全夾斷。


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氧化鋁表面氮化及由氨分子束外延（MBE）在藍寶石基板上的氮化鋁薄膜的隨後生長動力學進行了研究。氮化鋁的生長過程中表面形貌演化研究了原位反射高能電子衍射和易地通過原子力顯微鏡。據發現，氮化鋁層表面厚度大於100 nm的有兩個主要特點：相當流暢的背景和小丘的明顯量。的生長條件下的AlN的表面形貌的影響進行了研究，以便找到一種方式，減小了小丘的密度。氮化的藍寶石表面與後續治療下氨氣流量對表面的修飾通過少量的鋁（ 1-2單層）的建議，生長改性表面層的氮化鋁表面形貌的改善是證明。

氮化鋁的單晶層被生長在藍寶石襯底1000和1100 ℃下的氯化鋁與氨的氣相反應之間。純度、顏色、結晶度、生長形態，並且外延層的電阻率進行了研究。紅外線鏡面反射的測量有可觀的應變在氮化鋁-藍寶石外延界面的存在。光吸收數據有力地表明在氮化鋁是一種直接帶隙材料具有約6.2eV的在室溫下的值。


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作為一種方法，以提高光提取從氮化鎵基發光二極管（LED），插入了亞微米周期光子晶體（PC）的圖案在氮化鎵外延層和藍寶石襯底之間的界面。的600 - nm的周期的一種二維正方晶格柱陣列是由激光全息攝影和感應耦合等離子蝕刻的組合直接產生的到所述藍寶石襯底。一個標准的氮化鎵異質結構的LED上生長的納米圖案化的襯底，然後將其加工成現有技術的底部發光LED芯片的頂部上。在20mA的驅動電流時，PC -LED產生的表面法線的輸出功率比參考LED（沒有PC集成）高約40％。隨溫度變化的光致發光測量表明，發光增強是完全由集成PC模式的結構效應。

c面藍寶石襯底取向差角上的氮化鎵成核層有機金屬化學氣相沉積的影響。從c面藍寶石角度0.05°和0.30 °之間變化，偏向m平面軸。結構和光學表征技術展示表面形貌和氮化鎵成核層的結晶質量的改善為斜切角接近0.30 °。這些結果相關性良好，斜切角對全發光二極管結構。


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分子束外延（MBE ）生長的氮化鎵的藍寶石上的層的晶體品質在很大程度上取決於膜的成核和生長的初始階段。因此，預處理襯底是非常重要的。使用X-射線光電子能譜（XPS）和低能量電子衍射（LEED）原位研究為在退火後在超高真空和暴露於射頻（RF）表面清潔和c-面藍寶石襯底的氮化的情況下氫氣和氮氣等離子體的分離發現在氫等離子低溫（ 200-300 ℃）的熱處理提供有效的去除表面的外來汙染物違背了退火在真空中此外XPS數據後在氮等離子體熱處理形成表面氮化物在300-700 ℃下提供明確的證據，結論與從反射高能電子衍射（RHEED）推斷協議。表面氮化發現將保持穩定在隨後暴露於大氣中。

二次諧波產生的周期性極化氮化鎵由一階quasiphase匹配。在周期性極化結構中生長用等離子輔助分子束外延。觀察到約9 μW二次諧波功率從1658.6 nm的一個基本輸入激光的波長與12.76 ％的W -1厘米²的歸一化轉換效率。通過周期性極化和氮化鎵具有非常寬的透明窗口的事實來執行非線性波長變換，鋪路氮化鎵將用於非線性光學器件在電信以及一個非線性的光源，用於生化檢測在遠的能力紅外和遠紫外線。


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