半导体GaN的外延衬底基片
硅和砷化镓分别为传统半导体材料第一代、第二代的代表，它们的发展推动了微电子技术、光电子技术的发展，以此为基础的信息技术带来了人民生活翻天覆地的变化。但由于材料本身性能的限制，第一代、第二代半导体材料只能工作在200℃以下的环境中，而且抗辐射、耐高压击穿性能等都不能满足现代电子技术发展对高温、大功率、高频、高压以及抗辐射、能发射蓝光的新要求。在这种情况下，新型电子器件材料的选择推出了第三代半导体，宽带隙的GaN与SiC成为第三代半导体材料的代表。在第三代半导体中，GaN材料越来越受到人们的关注。GaN具有很多优点：禁带宽，电子饱和速度高、导热性能好，击穿电场高，介电常数小，热稳定性好，化学稳定性强。因此，第三代半导体的材料特性也终将导致它们会在航空航天、探测、核能开发、卫星、通信、汽车发动机、显示器、新型光源、激光打印、存储器等领域有广阔的应用前景。早在20世纪70年代人们就开始探索GaN的生长工艺，但是由于材料生长技术的限制而无法得到高质量的GaN晶体。随着生长技术的发展，先后出现了分子束外延(MBE)和化学气相沉积(CVD)等新的方法，这极大地促进了对GaN的研究。蓝宝石晶体作为衬底材料，其与GaN晶体具有相同的结构，具有高温下化学稳定、散热性能好，容易获得大尺寸以及价格相对便宜等优点，尽管与GaN之间存在较大的晶格失配。随着生长技术的不断改进，目前已经能在蓝宝石上外延出高质量的
GaN晶体，(0001)面的蓝宝石晶片已成为实际应用的最为理想的衬底材料。
SOS微电子电路
SOS(Silicon on Sapphire)微电子电路，是指在蓝宝石晶片的(1-102)晶面上用异质外延方法生长一层硅单晶膜，然后再在硅单晶膜上制作半导体器件的技术。因SOS微电子电路具有高速度、低功耗和抗辐照等优点，所以在手表型移动电话，台式电脑或笔记本电脑，高速、高频无线电通讯，小卫星、宇宙飞船和航天飞机的发展中都具有特别重要的应用。蓝宝石与硅单晶具有相近的热膨胀系数。在(1-102)面的蓝宝石晶片上，用异质外延方法可以生长出一层
(100)面的硅单晶膜，然后再在硅单晶膜上制作半导体器件。晶体结构完整的蓝宝石衬底基片，是保证获得结构完整的硅单晶膜的主要条件。
ZnO、InN及其它外延膜衬底基片
ZnO的室温禁带宽度3.37eV，对应紫外光波段，为直接带隙纤锌矿结构Ⅱ-Ⅵ族半导体晶体与同类半导体GaN、ZnS相比，ZnO具有更高的激子束缚能，其值达60meV，可以大大降低低温下激射阀值。因而ZnO有望在室温或更高温度下实现激子增益，从而在低阈值短波长激光器方面获得应用。自从在高质量ZnO薄膜中实现光抽运室温紫外激射之后，
ZnO单晶薄膜的生长、p型掺杂等研究课题在世界范围内引起了许多研究组的关注。蓝宝石由其低成本和高的结晶完整性已被广泛地用作ZnO外延层的衬底。
在Ⅲ-Ⅴ族氮化物中，InN正受到人们越来越多的关注。与GaN、AlN相比，InN
具有最小的有效质量，在理论上具有最高的载流子迁移率，所以它在高速微
电子器件方面有着广阔的应用前景。同时在Ⅲ-Ⅴ族氮化物中，它还具有最小的
直接带隙，其值在0.8eV左右，这样就使得Ⅲ-Ⅴ族氮化物的发光波长可以从AlN的紫外区(6.2eV)延伸到InN的红外区(0.8eV)，成为制备发光器件的合适材料。但InN的体单晶制备非常困难，到目前为止人们对InN的研究还处于起始阶段，在国外，Masuoka等人用MOVPE方法在蓝宝石衬底上首先成功地得到了单晶的InN外延膜。在国内，肖红领等人利用射频等离子体辅助分子束外延(RF-MBE)方法在蓝宝石衬底上获得了晶体质量较好的单晶
InN外延膜。高温超导薄膜例如
YBa2Cu3O7 - δ (YBCO)的微波表面电阻Rs比常规金属材料小几个数量级，可用于设计高性能的无源微波器件，例如滤波器、谐振器、延迟线等。蓝宝石晶体的介电常数小、介质损耗低，微波性能优异，机械强度大，而且热导率高，是LaAlO3基片的
20倍以上。大面积的蓝宝石单晶材料已经工业化生产且价相对便宜，因此是很好的基片材料。作为铁电衬底材料：可用作铁电存储器，空间光调制器，光开关等，铁电薄膜的随机存储器、红外探测器、驱动器、光电调制器、显示器等，具有引人注目的优异性能和使用价值。
蓝宝石晶体作为衬底材料、在国际市场上的需求量愈来愈大，同时对晶体的质量及尺寸的要求也愈来愈高。
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