与传统衬底材料相比，氮化镓具有禁带宽度大、击穿电压高、热导率大、电子饱和漂移速度高、抗辐射能力强和良好的化学稳定性等优越特性，是迄今理论上电光、光电转换效率最高的材料体系。氮化镓衬底相对于蓝宝石、碳化硅等衬底的性能优势显而易见，但最大难题在于价格过高。

厚膜的衬底产品方面：产品有10～50微米的不同规格，常用的是20～30微米。位错密度在107cm^-3量级，根据不同的技术参数可分为两种即n型掺杂与半绝缘。n型掺杂主要运用于LED等光电器件，半绝缘主要运用于电力电子、微波器件上。

自支撑氮化镓衬底方面：位错密度在105cm^-3量级，根据不同的技术参数分为三种，即n型掺杂、半绝缘与非掺杂。n型氮化镓，主要运用于LED、激光器方面;半绝缘则运用于高功率微波器件或大电流高电压的开关上。非掺杂即高纯度氮化镓， 在探测器上的应用较为广泛，要求材料的电子浓度越低越好。纳维非掺杂氮化镓产品，X射线(002)半峰宽为50秒、(102)半峰宽为80秒左右，块体材 料的电子迁移率超过1500cmV-1s-1，处于国际前列水平。纳维是国际上能够生产销售氮化镓自支撑晶片的少数几个单位之一。

HVPE法生长z氮化镓自支撑衬底

HVPE主要是金属镓、氯化氢、氨气，金属镓和氯化氢发生反应，生成氯化镓，氯化镓在200℃后变成气体，以这个为原材料，进而通过在衬底表面上与氨气反应变成氮化镓。HVPE这种生成方法，在表面的化学饱和度非常高，因此，其生长速度非常快，比MOCVD的生长速度快50～100倍，它一个小时能够生长200～300个微米，可以在短时间内把这个材料变成高质量的氮化镓，这是它的一个特点。

未来5年，氮化镓的价格将下降10～20倍，4～6寸进入市场

氮化镓衬底上的同质外延与蓝宝石衬底上的异质外延，单从技术角度上讲，异质外延缺陷密度比同质外延的氮化镓高出2～3个数量级。氮化镓具有导电的特点，可以做成垂直结构的芯片，这样，外延片的利用面积比蓝宝石的提高1.5倍。做成垂直结构之后，氮化镓上电流密度可以很高，期望一个氮化镓衬底上的芯片可以抵十个蓝宝石衬底上的芯片。美国的Sorra和日本的NGK已经开始大力开发这类芯片，并取得重要突破，达到同样亮度，氮化镓衬底上制作的LED能耗比传统芯片低一半以上。

随着氮化镓的规模量产和价格的下降，以及LED外延技术的不断发展，当将芯片电流密度提高到5～10倍时，氮化镓在LED上运用的优势会比蓝宝石明显很多。预计未来5年，用于LED的氮化镓衬底价格能够降10～20倍，氮化镓衬底在单位流明价格上会取得显著优势。


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日前，内地某广告市场研究机构透露，到2015年，中国户外LED显示幕广告市场规模将超过27亿元人民币。LED户外广告的高速扩张将进一步挤压平面户外广告生存空间。

LED户外广告由于其冲击力强、具备互动性等特点，近年来在户外广告中市场份额呈两位数增长。2011年中国LED户外电子显示幕广告市场规模达到12.15亿元，较上年增长了35.5%。而2011年中国户外广告投放总额达515亿元，同比增长14%，远低于LED户外广告增长。业内人士预测，LED户外广告市场规模今年可望达到15.5亿元人民币，同比增长27.6%。

LED户外显示幕广告市场主要由凤凰都市、郁金香、香榭丽三家公司瓜分，这三家公司占据了全大陆70%以上的市场份额，仅留下26.9%给其他中小型同行，竞争激烈。未来竞争将主要集中在如何通过高新技术的运用实现受众与媒体的互动融合。


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近日，德国弗赖堡大学微系统技术研究所、弗朗霍夫应用固体物理研究所乌尔里希教授领导的研究团队研发出了利用植入微型LED刺激耳蜗的神经细胞以帮助听力障碍人恢复和提高听力的新技术。

乌尔里希教授领导的研究团队承担的“光听”项目，旨在研究通过微型线性LED产生光刺激替代传统的电刺激模式，来帮助听障患者解决改善听力问题的新技术模式。这种新技术模式将有效改善使用者对语言节奏、音乐和有噪音背景对话的理解效果和水平。研究结果显示，内耳光敏神经细胞能很好的对光刺激做出反应，而且哥廷根大学耳鼻喉医院在小鼠体内植入人工耳蜗实验已经取得了成功。

弗赖堡大学微系统技术研究所、弗朗霍夫应用固体物理研究所的研究人员联合开发出了可以灵活集成在耳蜗内的微型LED和探头传感装置。借助该装置可以有 效增加外界声音刺激信道数量，进而提高1到2个数量级的音频分辨率。弗赖堡大学微系统技术研究所为该装置提供了具有柔性和生物相容性的聚合物工程材料。弗 朗霍夫应用固体物理研究所则为该装置提供了氮化镓微型LED，该微型LED面积仅有0.01平方毫米厚度仅有几微米。未来其面临的一项共同挑战是如何将聚 合物工程材料和氮化镓LED进行集成。

据了解，“光听”研究项目的基础研究部分受到了德国联邦教研部《科学前沿研究倡议》的30万欧元经费资助。


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日本电信电话(NTT)宣布，开发出了可将LED等使用的氮化钾类半导体薄膜元件从蓝宝石基板上轻松剥离下来的工艺。采用该技术能够以低成本制造厚度为2微米的薄型氮化镓类半导体薄膜元件。有望扩大氮化镓类半导体薄膜材料的应用范围，比如可视光透过后只高效吸收紫外线的太阳能电池，以及厚度为200微米的薄型LED等。另外，通过增大可剥离的薄膜元件的面积，还有望在大面积的薄膜元件上层叠其他材料形成具有新功能的薄膜元件等用途。

据NTT介绍，在蓝宝石基板上层叠、加工氮化镓类半导体薄膜元件，用来制造器件时，基板的厚度必须要达到0.5毫米左右。因此，全世界都在研究如何在加工后将薄膜元件从基板上完整剥离下来，并粘贴到其他基板上的技术。NTT的物性科学基础研究所着眼于与石墨具 有相同层状结晶结构的氮化硼展开研究，开发出了MeTRe法(Mec hanical Transfer using a Release layer)。MeTRe法可以完好保持剥离后的结晶面，因此可省去以前提出的转印方法所必需的、在剥离后削平表面的工序。而且，使用MeTRe法剥离也 不需要大型设备及化学药剂，有望大幅削减制造时间及制造成本。开发要点有以下两项：

高品质层叠层状氮化硼薄膜

MeTRe法在基板上层叠具有层状结晶结构的高品质氮化硼薄膜，并在上面再层叠高品质薄膜元件。在这样的构造中，氮化硼薄膜在生长用基板与薄膜元件之间起着像邮票齿孔一样的作用，可轻松剥离并粘贴到其他基板上。据NTT介绍，此次通过找到最佳成膜条件，实现了结晶方向统一的高品质氮化硼薄膜的层叠。

在层状氮化硼薄膜上高品质层叠氮化镓薄膜元件

此次的开发的技术首先在层状氮化硼薄膜上层叠晶体构造不同的氮化铝镓或氮化铝作为缓冲层，然后再层叠氮化镓薄膜元件。在层状氮化硼薄膜上 直接层叠具有纤锌矿结构的氮化镓的话，由于晶体构造不同，因此难度很大。而含铝的AlxGa1-xN及氮化铝与衬底基板具有良好的浸润性，被广泛用于层 叠在晶体结构不同的基板上。通过将这类物质用作层状氮化硼薄膜与氮化镓之间的缓冲层，不管晶体结构是否不同，均可层叠形成高品质的薄膜元件。


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一、蓝宝石长晶炉钨坩埚简介

蓝宝石长晶炉钨坩埚是金属钨制品之一，主要分为烧结成型（应用到粉末冶金技术）、冲压成型、旋压型。利用钨棒车削加工成型（一般尺寸比较小），焊接成型多种，采用纯钨板，钨片和纯钨棒经相应的工艺加工而成。蓝宝石长晶炉钨坩埚可以在2600度以下的真空惰性气体中使用。钨的熔点沸点高，高温强度好，抗磨耐腐蚀，热传导率大，热膨 胀系数小，淬透性好。钨坩埚被广泛应用于稀土冶炼，石英玻璃，电子喷涂，晶体生长等行业。

钨的熔点、沸点高，高温强度好，抗摩耐腐蚀，热传导率大，热膨胀系数小，淬透性好，得益于如此优良的特性，钨坩埚广泛应用于稀土冶炼，石英玻璃，电子喷涂，晶体生长等行业。

二、蓝宝石长晶炉钨坩埚物理化学性能

1、纯度：W≥99.95%；

2、密度：≥18.5g/cm3；
 
3、最高应用温度环境：2400℃。

三、蓝宝石长晶炉钨坩埚用途

由于钨的熔点高达3410℃，因此钨坩埚被广泛应用于蓝宝石单晶生长炉、石英玻璃熔炼炉、稀土冶炼炉等工业炉内的核心容器，其使用的工作温度环境一般在 2000℃以上。特别对于蓝宝石单晶生长炉来说，具有高纯度、高密度、无内裂纹、尺寸精准、内外壁光洁、等特征的钨坩埚对蓝宝石晶体生长过程中的种晶成功率、拉晶质量控制、脱晶粘锅以及使用寿命起到了关键性的作用。


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蓝宝石(Sapphire)是一种氧化铝(Al2O3)的单晶，光学穿透带很宽，从近紫外光(190nm)到中红外线都具有很好的透光性。蓝宝石晶体具有优异的光学性能、机械性能和化学稳定性，强度高、硬度大、耐腐蚀，可在接近2000℃高温的恶劣条件下工作，因而被广泛的应用于红外军事装置、卫星空间技术、高强度激光的窗口材料。其独特的晶格结构、优异的力学性能、良好的热学性能使蓝宝石晶体成为实际应用的半导体GaN/Al2O3发光二极管(LED)，大规模集成电路SOI和SOS及超导纳米结构薄膜等最为理想的衬底材料。随着近年来LED TV、LED Monitor、LED NB、LED Phone及LED照明市场的持续高速增长，强劲推动了用于制作LED基材的蓝宝石市场的需求扩张。

由于钨钼具有耐高温、低污染等特性，被广泛用来做蓝宝石长晶炉的热场部件，包括钨坩埚/钼坩埚、发热体、钨筒、隔热屏、支撑、底座、籽晶杆、坩埚盖等。发热体采用鸟笼结构钨发热体或者钨网发热体，有利于提供均匀稳定的温场。


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图案化蓝宝石衬底（PSS）的方法已有报道，不仅提高光提取效率，还通过一个低的位错的效果增加内部光效率时上的蓝宝石衬底。然而，这些顶端生长的外延层生长研究大多是基于用来表明是否比现有的LED ，表示量化结果上有所欠缺的效率增加实验室实验。为了定量分析从PSS设计的效率提高，一个LED必须通过许多过程。不过，已经有研究，定量分析的光提取效率的提高通过PSS的设计，以开发低成本高强度LEDs。

本研究中提出了一种新的结构，它利用在蓝宝石衬底上的双面模式，以提高光提取效率和散热效率。一盏灯工具7.0模拟程序应用蒙特卡罗方法基于光线追踪是用于定量分析的PSS的光提取效率和设计模式。一个COMSOL传热模拟来分析的散热效率的提高。使用纳米压印光刻（NIL ）方法来创建用于制造和评估的实际的LED样品在蓝宝石衬底上的图案的设计图案涂布。


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在这里提出了改进的氮化镓发光二极管（ 氮化镓基LED ）的效率有新的双面图案化蓝宝石基板的方法。 基LED的光提取效率通过使用光线追踪模拟的分析。使用图案化蓝宝石衬底LED的各种形状，深度，尺寸和间距的提取效率进行了模拟。通过对各种因素的最优构图，提取效率高，实现了和随后改进。通过使用一般COMSOL传热模块的热的LED的特性进行了分析。图案化蓝宝石基板上的LED是用纳米压印光刻制造。我们发现，在双面图案的LED的输出功率比平坦的LED的更大的52％。双侧面图案化LED的热阻为9.5 K / W小于该发现为平坦的LED。

随着照明行业的不断进步，发光二极管（LED ）的市场份额正在增加爆发。这一增长的最大原因是， LED灯更节能，并具有更长的使用寿命与传统光源相比。满量程LED应用的时代已经到来为蓝色和白色的氮化镓（GaN ）基半导体LED的商业化。这些LED提供了一个半导体的处理速度快，耗电量低的优点。因此，他们已经接受了入国家战略产品，绿色增长。蓝色氮化镓LED在90年代中期的发展，使全彩色LED已成为一个共同的特点在我们的日常生活中显示。高亮度LED市场规模不断扩大过快来衡量，努力扩大芯片，提高其发光效率，其散热技术的支持增强正在积极进行中。然而， LED具有其自己的问题。最大的问题是， LED灯的价格比传统照明的20倍更加昂贵，这是他们在家庭和办公室使用的一个大包袱。为了开发低成本，高亮度LED照明，就发光效率提高和散热系统的发展需要更多研究。


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该明确定义的和单晶蓝宝石的可重复的电性能，使其对于微带一个有吸引力的衬底材料，但是它的介电各向异性是一项重要的设计复杂化，对蓝宝石基板单微带线切断与一个指定的方向准静态特性。考虑到各向异性，一个新的介电常数参数epsilonreq被引入，这是Iinewidth的函数到基板高度的比W / H 。 epsilonreq与W / H的变化是由有限差分方法得出。万向曲线微带上正确地定向蓝宝石呈现，表示1） epsilonreq ，2）低频极限的有效介电常数微带epsilone0 ，线Z 0 ，所有3个）的特性阻抗为W / H功能。

建立了一种硅薄膜的SiH4对单晶蓝宝石的热分解沉积发展。电子衍射和薄膜的劳厄反射检查显示了单晶图案。硅膜具有135 cm²/volt-second霍尔迁移率在1017/cm³的孔密度。绝缘栅场效应晶体管具有1000 μmho在5毫安一个跨导为10 μ的源 - 漏间隔为120 μ的活性距离的尺寸而进行。此值可媲美作出体硅类似的单位，是非常令人鼓舞的薄膜硅设备的可能性。


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氮化镓基发光二极管（LED）上的图案化蓝宝石基板（ PSS）与图案的复合二氧化硅/氧化铝钝化层和氧化钛/氧化铝分布布拉格反射器（DBR）反射镜的背面已经提出并制造。高度钝化的氧化铝层上沉积铟锡氧化物（ITO）具有优良的均匀性和质量层已经实现了用原子层沉积（ALD）技术。以60毫安的电流注入， 21.6％ ， 59.7 ％ ，而在460毫微米波长的光输出功率（LOP ）63.4 ％的增强，实现了用于LED的复合图案的氧化硅/氧化铝的钝化层，在与图案化的复合材料的氧化硅/氧化铝的钝化层和Ag反射镜+ 3 - 对二氧化钛/二氧化硅的DBR反射镜的背面，并且LED指示灯用图案化的复合二氧化硅/氧化铝钝化层和Ag +镜3对ALD生长的二氧化钛/氧化铝的DBR反射镜的背面与以往相比仅由单一的氧化硅钝化层 。

定期三角棱锥阵列由一个低成本，高效率的激光干涉光刻技术（ LIL ）系统成功制备在蓝宝石衬底上。通过干法刻蚀和湿法刻蚀技术相结合，所述纳米级图案化蓝宝石基板（ NPSS ）具有均匀尺寸的准备。的图案的周期为460nm的作为设计匹配的蓝色光波长的发光二极管（LED） 。通过改善LIL系统的稳定性和优化的工艺参数，定义良好的三角形截棱锥阵列可以与50.8毫米直径的蓝宝石衬底上实现的。三角形截棱锥阵列的底部宽度的偏差为6.8 ％，这是接近3％的工业生产水平。


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