蓝宝石衬底：由氧化铝（Al₂O₃）单晶体制成的基底材料，广泛应用于半导体、光电子等领域。
晶体取向：晶体中原子排列的特定方向，不同取向（如 A 面、R 面、M 面）具有独特的物理性质，直接影响器件性能。
1. A 面（<11-20> 晶向）
Ø特性：
属于六方晶系的 “棱柱面”，晶体对称性较低，沿 c 轴（光轴）的垂直方向延伸。
表面平整度高，晶格常数在横向（垂直于光轴）有特定匹配性。
光学特性：双折射效应明显，寻常光（o 光）和非寻常光（e 光）的传播速度不同。
非极性取向：避免外延层中的极化诱导电场。
表面对称性：较C面对称性低，呈现各向异性表面台阶结构。
晶格失配：与氮化镓（GaN）存在中度失配，但适合非极性生长。
热导率：各向异性，沿特定晶轴方向导热性更高。
Ø 应用：
光电子器件：用于制造光波导、偏振光学元件（如偏振片、波片），利用双折射特性实现光的偏振调控。
半导体外延生长：适合生长非极性或半极性氮化镓（GaN）薄膜，用于高性能紫外发光二极管（UV-LED）和激光二极管（LD）。
科研领域：因其阶梯状表面结构，被用于二维材料（如石墨烯）的生长研究。
2. R 面（<1-102> 晶向）
Ø 特性：
属于六方晶系的 “菱面体面”，与 c 轴呈约 58° 夹角，表面存在一定斜率的原子台阶。
热导率较高，优于 A 面和 M 面，有利于器件散热。
晶格失配度与某些半导体材料（如 GaN）相对较低，外延生长时应力较小。
表面对称性：矩形对称性，区别于六方晶面。
电绝缘性：高电阻率，适合射频（RF）应用。
化学稳定性：耐受苛刻环境及刻蚀工艺。
Ø 应用：
高频电子器件：用于射频（RF）功率晶体管（如 HEMTs，高电子迁移率晶体管），利用高电子迁移率和散热优势。
功率器件：制作肖特基二极管、场效应晶体管（FET）等，适用于高功率、高温环境。
光电器件：用于近紫外（NUV）LED 和固态照明，外延层质量高且缺陷密度
3. M 面（<1-100> 晶向）
Ø 特性：
属于六方晶系的 “主棱柱面”，垂直于 c 轴且平行于 a 轴，表面原子排列呈二维平面结构。
非极性表面（无自发极化和压电极化），可抑制量子限制斯塔克效应（QCSE），提升发光效率。
机械强度高，适合精密加工和复杂结构制备。
热膨胀系数：与半极性GaN匹配良好，减少热应力。
表面能：中等偏高，促进逐层外延生长。
Ø 应用：
高性能 LED 与激光器：生长非极性 GaN 基蓝光、绿光 LED，改善色纯度和输出功率。
量子阱器件：用于量子阱红外探测器（QWIPs）和量子点激光器，利用非极性表面的低缺陷特性。
微机电系统（MEMS）：制作传感器、执行器等，利用高机械稳定性和刻蚀均匀性。
蓝宝石衬底的晶体取向选择直接影响外延层的质量（如缺陷密度、应力分布）和器件性能。随着第三代半导体（如 GaN、SiC）的发展，针对不同应用场景优化衬底取向成为提升器件可靠性和效率的关键技术方向。例如，非极性取向（如 M 面）在高亮度 LED 中的应用可显著降低效率滚降（efficiency droop），而 R 面因散热优势在 5G 通信的功率器件中备受关注。
