CN101499415B - 制造iii族氮化物基化合物半导体的方法、晶片和器件 - Google Patents

制造iii族氮化物基化合物半导体的方法、晶片和器件 Download PDF

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Abstract

本发明提供制造III族氮化物基化合物半导体的方法、晶片以及III族氮化物基化合物半导体器件。所述方法制造具有M-晶面主表面的III族氮化物基化合物半导体。所述方法采用具有主表面的蓝宝石衬底，该主表面围绕由R-晶面和与R-晶面垂直的A-晶面所形成的L蓝宝石-AM相交线相对于R-晶面成30°倾斜。蓝宝石衬底的R-晶面表面被暴露，在衬底的主表面上形成二氧化硅掩模。在暴露的R-晶面表面上形成AlN缓冲层。在AlN缓冲层上形成GaN层。在GaN生长的初始阶段，通过横向生长使GaN层完全覆盖蓝宝石衬底的上表面。生长GaN层以使所述层的a-轴垂直于蓝宝石衬底的暴露的R-晶面表面；所述层的c-轴平行于蓝宝石衬底的轴向L蓝宝石-AM；所述层的m-轴垂直于蓝宝石衬底的主表面。

Description

制造III族氮化物基化合物半导体的方法、晶片和器件
技术领域
本发明涉及制造具有所谓纤锌矿结构的III族氮化物基化合物半导体。更具体地，本发明涉及通过外延生长制造具有M-晶面主表面的III族氮化物基化合物半导体。本发明还涉及包括具有M-晶面主表面的晶片和具有M-晶面主表面的层的III族氮化物基化合物半导体器件。在纤锌矿结构(即六方晶体结构)中，M-晶面由密勒指数(1-100)表示。当在本文中使用时，在密勒指数的分量上通常所提供的条线由恰好在所述分量之前所直接提供的符号“-”来表示。 
当在本文中使用时，“III族氮化物基化合物半导体”包括由式AlxGayIn1-x-yN(0≤x≤1，0≤y≤1，0≤x+y≤1)所表示的半导体；该半导体可以包含预定的元素以实现例如n-型/p-型导电性；并且该半导体中的一部分III族元素被B或Tl所取代，或者一部分V族元素被P、As、Sb或Bi所取代。 
背景技术
III族氮化物基化合物半导体发光器件已经广泛使用，并且已经进行了大量尝试以改进器件的特性。通常，通过在由不同于HI族氮化物基化合物半导体的材料制成的衬底(下文中该衬底可称为“异质衬底”)例如蓝宝石衬底上外延生长III族氮化物基化合物半导体来制造III族氮化物基化合物半导体发光器件。在最普通的外延生长工艺中，生长III族氮化物基化合物半导体以使得该半导体的厚度方向为沿c-轴的方向，并且该半导体具有C-晶面主表面。 
众所周知，当在HI族氮化物基化合物半导体发光器件中，例如在c-轴方向上堆叠具有多量子阱结构的层(即堆叠的各层之间的界面平行于C-晶面)时，由于发光器件中的应变产生压电场，并且降低量子效率。在形成发光器件以外的其它器件(例如HEMT)时，也不希望由于内部应变而产生这种压电场。 
鉴于上述情况，已经进行了尝试，以发展外延生长III族氮化物基化合物半导体使得半导体的厚度方向不是沿c-轴的技术。日本专利申请公开(Kokai)No.2006-036561(由本发明的申请人所提交)公开了一种通过形成掩模来防止在不期望的生长轴方向上生长晶体的技术。 
发明内容
众所周知，当使用异质衬底来外延生长III族氮化物基化合物半导体时，对于其上生长良好结晶性的III族氮化物基化合物半导体的异质衬底的主表面存在局限。因此，从一个全新的观点出发，本发明人构思了一种用于沿着预定晶轴生长III族氮化物基化合物半导体的方法，通常在异质衬底的所述主表面上没有III族氮化物基化合物半导体沿着所述预定晶轴生长，并且已经完成了本发明。 
在本发明的第一方面，提供一种制造III族氮化物基化合物半导体的方法，包括：加工蓝宝石衬底的主表面，所述主表面围绕由R-晶面和与R-晶面垂直的A-晶面所形成的相交L蓝宝石-AM线相对于R-晶面成30°倾斜，由此暴露出相对于主表面成30°倾斜的R-晶面表面；和通过缓冲层的调节，主要在蓝宝石衬底的暴露的R-晶面表面上外延生长目标III族氮化物基化合物半导体，使得III族氮化物基化合物半导体具有平行于蓝宝石衬底的暴露的R-晶面表面的A-晶面表面，由此形成具有平行于蓝宝石衬底主表面的M-晶面主表面的III族氮化物基化合物半导体层。 
在本发明的第二方面，利用不允许在其上外延生长III族氮化物基化合物半导体的掩模材料来覆盖除暴露的R-晶面表面之外的蓝宝石衬底表面，和随后通过缓冲层的调节，在R-晶面表面上外延生长目标III族氮化物基化合物半导体。 
在本发明的第三方面，掩模材料是二氧化硅。 
在本发明的第四方面，在主要含有氮的载气气氛中外延生长目标III族氮化物基化合物半导体。 
在本发明的第五方面，目标III族氮化物基化合物半导体的生长在主 要含有氮的载气气氛中开始，并且在外延生长过程中将载气转换成主要含氢的气氛以继续外延生长。 
在本发明的第六方面，提供一种晶片，该晶片包括具有至少暴露的R-晶面部分的蓝宝石衬底和具有M-晶面主表面并且堆叠在蓝宝石衬底上的III族氮化物基化合物半导体。当在本文中使用时，蓝宝石衬底的“暴露的R-晶面部分”不对应于晶片的暴露部分，而是对应于蓝宝石衬底和III族氮化物基化合物半导体之间的界面。 
在本发明的第七方面，提供一种III族氮化物基化合物半导体器件，包括具有至少暴露的R-晶面部分的蓝宝石衬底和至少一个具有M-晶面主表面的III族氮化物基化合物半导体层。当在本文中使用时，蓝宝石衬底的“暴露的R-晶面部分”不对应于器件的暴露部分，而是对应于蓝宝石衬底和III族氮化物基化合物半导体之间的界面。 
本发明的第八方面涉及用于制造如本发明第一至第五方面任意之一所述的III族氮化物基化合物半导体的方法的特定实施方案，其中目标III族氮化物基化合物半导体外延生长为具有50μm或更大的总厚度，接着冷却到室温，使得由于在蓝宝石衬底与目标III族氮化物基化合物半导体之间的热膨胀系数差异所导致的应力，从而在目标III族氮化物基化合物半导体中的M-晶面表面处发生断裂，由此至少使蓝宝石衬底分离。 
众所周知，六方晶形的蓝宝石衬底具有例如(0001)-晶面表面(即C-晶面表面)、(11-20)-晶面表面(即A-晶面表面)、(1-100)-晶面表面(即M-晶面表面)和(1-102)-晶面表面(即R-晶面表面)。R-晶面表面垂直于一个A-晶面表面，R-晶面表面与A-晶面表面所形成的相交线表示为“L蓝宝石-AM”。已知的是，当III族氮化物基化合物半导体在蓝宝石衬底的R-晶面表面上外延生长时III族氮化物基化合物半导体的A-晶面变得平行于蓝宝石衬底的R-晶面表面。在这种情况下，III族氮化物基化合物半导体的c-轴平行于上述相交线L蓝宝石-AM。 
当加工其主表面相对于R-晶面倾斜30°的蓝宝石衬底以使其R-晶面表面暴露并且在所述暴露的R-晶面表面上外延生长III族氮化物基化合物半导体时，由此生长的III族氮化物基化合物半导体的A-晶面变得平行于蓝宝石衬底的R-晶面表面。在这种情况下，当蓝宝石衬底的主表面围绕 由R-晶面和与R-晶面垂直的A-晶面所形成的L蓝宝石-AM相交线相对于R-晶面成30°倾斜时，由于III族氮化物基化合物半导体的c-轴平行于线L蓝宝石-AM，因此III族氮化物基化合物半导体的M-晶面变成蓝宝石衬底的主表面，其相对于蓝宝石衬底的R-晶面表面成30°倾斜。 
当所需要的III族氮化物基化合物半导体堆叠在通过本发明的制造方法获得的III族氮化物基化合物半导体上时，在由此形成的层叠结构中，III族氮化物基化合物半导体之间的界面是M-晶面。因此，本发明有助于形成其中不产生由于内应变所导致的压电场的III族氮化物基化合物半导体器件(特别是III族氮化物基化合物半导体发光器件)(第一方面)。 
通过日本专利申请公开(Kokai)No.2006-036561所公开的技术获得的半导体晶体存在如下问题：±C-晶面晶体的共存以及由于+c-轴方向和-c-轴方向之间的生长速率的差异导致表面平坦性不良。相反，通过本发明方法制造的III族氮化物基化合物半导体表现出良好的结晶度和平坦性，这是因为本发明的横向生长表面不是C-晶面。 
已经发现，即使在衬底表面上提供缓冲层，也不能在围绕由R-晶面和与R-晶面垂直的A-晶面所形成的L蓝宝石-AM相交线相对于R-晶面成30°倾斜的蓝宝石衬底表面上形成具有良好结晶度的III族氮化物基化合物半导体。但是，从防止生长混杂晶体的角度出发，更优选的是，利用不允许III族氮化物基化合物半导体外延生长的掩模材料来覆盖除R-晶面表面之外的蓝宝石衬底表面(第二方面)。 
优选的是，掩模材料是二氧化硅(第三方面)。但是，掩模材料可以是预定材料，例如氮化硅。 
仅仅沿着垂直方向在蓝宝石衬底的暴露的R-晶面表面上外延生长可能无法充分地形成平行于蓝宝石衬底主表面的表面。因此，优选III族氮化物基化合物半导体的外延生长在所谓横向生长条件下进行，直到蓝宝石衬底的上表面完全被半导体覆盖。在这种情况下，氮优选用作载气，但是横向生长条件不包括使用不含氢的载气(第四方面)。本发明的实质是仅通过横向生长具有M-晶面主表面的III族氮化物基化合物半导体而实现的。但是，为了促进在横向生长之后快速生长具有良好结晶度的III族氮化物基化合物半导体，优选利用主要含氢的载气来替代上述使用的载气 (第五方面)。 
本发明首次实现了具有暴露的R-晶面部分的蓝宝石衬底以及具有M-晶面主表面并且堆叠在蓝宝石衬底上的III族氮化物基化合物半导体的晶片(第六方面)。 
而且，本发明首次实现了包括具有暴露的R-晶面部分的蓝宝石衬底和至少一个具有M-晶面主表面并且形成在蓝宝石衬底上的III族氮化物基化合物半导体层的III族氮化物基化合物半导体器件(第七方面)。 
当目标III族氮化物基化合物半导体外延生长为具有50μm或更大的总厚度、接着冷却至室温时，由于在蓝宝石衬底与目标III族氮化物基化合物半导体之间的热膨胀系数差异产生的应力而导致在目标III族氮化物基化合物半导体中M-晶面表面处发生断裂，由此至少可以分离蓝宝石衬底(第八方面)。当III族氮化物基化合物半导体的总厚度小于50μm时，在从蓝宝石衬底上分离III族氮化物基化合物半导体之后，该半导体无法具有允许将其作为例如外延生长的衬底而进行处理的厚度。总厚度优选为100μm或更大，更优选200μm或更大。 
当以过高的速率进行冷却时，在III族氮化物基化合物半导体中出现导致裂缝的温度差。冷却速率优选为100℃/分钟到0.5℃/分钟，更优选为50℃/分钟到2℃/分钟。 
附图说明
当结合附图参考下文对优选实施方案的详细说明时，本发明的各种其它目的、特征和许多伴随的优点将变得更加清晰和更易理解，其中： 
图1表示具有围绕由R-晶面表面10R和与R-晶面表面10R垂直的A-晶面表面10A所形成的L蓝宝石-AM相交线相对于R-晶面表面10R成30°倾斜的主表面10s的蓝宝石衬底10(两个示意图)；和 
图2表示本发明的一个特定实施方案，即制造III族氮化物基化合物半导体40的方法的步骤(截面图)。 
具体实施方式
在本发明中，可以在加工其主表面围绕由R-晶面和与R-晶面垂直的A-晶面所形成的相交线相对于R-晶面成30°倾斜的蓝宝石衬底的步骤中采用干蚀刻(例如ICP蚀刻)或利用热磷酸/热硫酸的湿蚀刻，由此暴露出相对于主表面成30°倾斜的R-晶面表面。 
在III族氮化物基化合物半导体的外延生长过程中，优选利用用作掩模材料的二氧化硅或氮化硅来掩蔽除了R-晶面表面之外的蓝宝石衬底表面。该掩模可以通过公知的光刻技术来形成。 
在衬底上提供的缓冲层通常通过采用所谓MOCVD的低温生长(600℃以下)由AlN或GaN形成。但是，缓冲层可以具有AlGaN的三元组成，或者可以由含In层形成。作为替代方案，缓冲层可以由具有不同组成的多层形成。这种缓冲层可以通过任意已知的技术来形成。 
III族氮化物基化合物半导体的外延生长可以通过采用例如氨或III族元素的三甲基化合物的所谓MOCVD、或者通过采用III族元素卤化物的HVPE来进行。例如，可以在III族氮化物基化合物半导体的初始生长阶段采用MOCVD，在半导体已完全覆盖蓝宝石衬底的上表面之后可以利用HVPE来替代MOCVD。 
可以在不偏离本发明精神实质的前提下，采用任意其它的已知技术。 
接下来将说明其中GaN层形成为具有M-晶面主表面的III族氮化物基化合物半导体的实施方案。但是，本发明的方法也可应用于制造具有预定组成的III族氮化物基化合物半导体。 
实施方案1 
图1(两个示意图)表示本发明中使用的蓝宝石衬底10，衬底10具有围绕由R-晶面表面10R和与R-晶面表面10R垂直的A-晶面表面10A所形成的L蓝宝石-AM相交线相对于R-晶面表面10R成30°倾斜的主表面10s。 
图1A显示具有由粗箭头表示的四个晶格矢量a1、a2、a3和c的普通六方晶体。如图1A所示，利用从左上部到右下部的阴影图画出一个R-晶面表面10R；利用从右上部到左下部的阴影图画出垂直于R-晶面表 面10R的A-晶面表面10A；和由粗线表示R-晶面表面10R与A-晶面表面10A所形成的L蓝宝石-AM相交线。在图1A中，六方单位晶胞的所有边均由虚线表示，除了限定R-晶面表面10R或A-晶面表面10A的由实线所示的四个线段之外。 
在图1A中，R-晶面表面10R由密勒指数(1-102)表示，即其中表面10R与四个晶格轴a1、a2、a3和c相交的倒点(reciprocals of points)。A-晶面表面10A由密勒指数(11-20)表示，即其中表面10A与四个晶格轴a1、a2、a3和c相交的倒点。L蓝宝石-AM线平行于晶格矢量-a1、a2和c的和，并且由密勒指数(-1101)表示。 
图1B表示具有围绕L蓝宝石-AM相交线相对于图1A所示R-晶面表面10R成30°倾斜的主表面的蓝宝石衬底10。如图1B所示，蓝宝石衬底10的R-晶面表面10R没有暴露并且由虚线所限定的阴影矩形所表示。围绕L蓝宝石-AM线相对于主表面10s成30°倾斜的表面(除了R-晶面表面10R之外)没有在图中示出。没有示出的表面不是蓝宝石衬底的R-晶面表面并且与本发明不相关。 
图2(六个截面图)表示本发明的一个实施方案，即采用图1B中所示蓝宝石衬底10的制造方法的步骤，该衬底具有围绕由R-晶面表面10R和与R-晶面表面10R垂直的A-晶面表面10A所形成的L蓝宝石-AM相交线相对于R-晶面表面10R成30°倾斜的主表面10s。 
例如如图2A所示，图2的每一个截面图均具有图1B中所示的L蓝宝石-AM相交线，该线垂直于图2的纸面。 
首先，通过已知技术暴露出图1B中所示的R-晶面表面10R。每一个R-晶面表面10R相对于蓝宝石衬底10的主表面10s成30°倾斜(图2B)(下文中相对于主表面10s成30°倾斜的R-晶面表面10R被称为“精确的R-晶面表面10R”)。下文所描述的外延生长可以在除了精确的R-晶面表面10R之外的表面上进行，例如相对于精确的R-晶面表面10R成±2°倾斜的表面。优选的是，在相对于精确的R-晶面表面10R成±0.5°倾斜的表面上进行外延生长。 
在这种情况下，从有效性的观点出发，暴露出R-晶面表面10R，使 得从上往下看，该暴露的表面布置为平行的条形。蓝宝石衬底10的五个R-晶面表面(除R-晶面表面10R之外)不平行于图2A～2F中所示的L蓝宝石-AM线。因此，从复杂的布置和加工的观点出发，暴露出所述五个R-晶面表面和不暴露出图1B中所示的R-晶面表面10R是不优选的。 
优选的是，进行这种条形表面的暴露，使得例如暴露的表面具有3μm的宽度，并且非加工部分具有约3μm的宽度。如果需要，蓝宝石衬底可以进行适当加工，以使暴露的表面或非加工部分具有0.5～20μm的宽度。 
接着，在由此加工的蓝宝石衬底10的主表面10s上形成二氧化硅掩模20m(图2C)。掩模可以通过任意已知的光刻技术来形成。 
之后，在600℃或更低温度下，在蓝宝石衬底10的暴露的R-晶面表面10R上形成AlN缓冲层30b。缓冲层可以通过例如MOCVD形成。在这种情况下，AlN缓冲层30b不在二氧化硅掩模20m上形成(图2D)。 
然后，在AlN缓冲层30b上形成GaN层40(图2E和2F)。通过MOCVD生长GaN。在初始阶段，优选在减压(50～250托)下在利用氮作为载气的晶体生长设备中促进横向生长。在蓝宝石衬底10的上表面被GaN层完全覆盖之后，优选利用氢来替代氮载气，并且所述设备中的压力回到环境压力。 
在这种情况下，GaN层40外延生长，使得GaN层40的a-轴(在图2E和2F中表示为GaN-a-轴)垂直于蓝宝石衬底10的暴露的R-晶面表面，并且使得GaN层40的c-轴(在图2E和2F中表示为GaN-c-轴)平行于蓝宝石衬底10的轴向L蓝宝石-AM。因此，生长GaN层40使得相对于GaN层40的a-轴成30°倾斜的GaN层40的m-轴(在图2F中表示为GaN-m-轴)垂直于蓝宝石衬底10的主表面10s(相对于暴露的R-晶面表面成30°倾斜)。即，由此生长的GaN层40(如图2F所示)具有M-晶面主表面。图2F表示包括具有至少暴露的R-晶面表面10R的蓝宝石衬底10以及具有M-晶面主表面并堆叠在蓝宝石衬底10上的III族氮化物基化合物半导体(GaN层40)的晶片50。在晶片50上提供具有预定组成的III族氮化物基化合物半导体可以制造III族氮化物 基化合物半导体器件，在该器件中，半导体层之间的界面为M-晶面并且在厚度方向上不产生压电场。 
变化方案 
重复实施方案1的过程，只是不提供二氧化硅掩模20m，由此形成氮化镓层。通过观察层的横截面，没有发现在蓝宝石衬底10的主表面10s上的垂直生长。这表明在不提供掩模的情况下通过横向生长形成氮化镓层，从而覆盖蓝宝石衬底10的主表面10s。 
实施方案2 
在实施方案1中获得的包括具有至少暴露的R-晶面表面10R的蓝宝石衬底10以及具有平坦的M-晶面主表面的GaN层40的晶片50上形成厚氮化镓(GaN)层。 
具体地，在供给氯化氢(50sccm)和氨(2SLM)的条件下通过采用氢载气的HVPE(衬底温度1050℃)在晶片50的GaN层40(具有平坦的M-晶面主表面)上外延生长GaN层(厚度：300μm)。之后，当以10℃/分钟的冷却速率将所得产品冷却到室温时，具有至少暴露的R-晶面表面10R的蓝宝石衬底10与包括AlN缓冲层30b和薄GaN层的产品分离。在这种情况下，分离发生在GaN层中的M-晶面表面处，并且发现分离表面非常平坦。在由此产生的厚GaN衬底中没有发现裂纹。 
即使在通过MOCVD和HVPE形成GaN层的情况下，当GaN层具有50μm或更大的总厚度时，产生没有裂纹的GaN衬底。从容易处理的观点出发，GaN层要求具有200μm或更大(更优选300μm或更大)的厚度。 
这种要求也适用于由除GaN之外的III族氮化物基化合物半导体形成厚层的情况。 

Claims (18)

1.一种制造III族氮化物基化合物半导体的方法，包括：
加工蓝宝石衬底的主表面，所述主表面围绕由R-晶面和与R-晶面垂直的A-晶面所形成的相交线相对于R-晶面成30°倾斜，由此暴露出相对于所述主表面成30°倾斜的R-晶面表面；和
通过缓冲层的调节，主要在所述蓝宝石衬底的所述暴露的R-晶面表面上外延生长目标III族氮化物基化合物半导体，使得所述III族氮化物基化合物半导体具有平行于所述蓝宝石衬底的所述暴露的R-晶面表面的A-晶面表面，由此形成具有平行于所述蓝宝石衬底主表面的M-晶面主表面的III族氮化物基化合物半导体层。
2.根据权利要求1的制造III族氮化物基化合物半导体的方法，其中利用不允许在其上外延生长III族氮化物基化合物半导体的掩模材料来覆盖除所述暴露的R-晶面表面之外的所述蓝宝石衬底的表面，随后通过缓冲层的调节，在所述R-晶面表面上外延生长所述目标III族氮化物基化合物半导体。
3.根据权利要求2的制造III族氮化物基化合物半导体的方法，其中所述掩模材料是二氧化硅。
4.根据权利要求1的制造III族氮化物基化合物半导体的方法，其中在主要含有氮的载气气氛中外延生长所述目标III族氮化物基化合物半导体。
5.根据权利要求2的制造III族氮化物基化合物半导体的方法，其中在主要含有氮的载气气氛中外延生长所述目标III族氮化物基化合物半导体。
6.根据权利要求3的制造III族氮化物基化合物半导体的方法，其中在主要含有氮的载气气氛中外延生长所述目标III族氮化物基化合物半导体。
7.根据权利要求1的制造III族氮化物基化合物半导体的方法，其中所述目标III族氮化物基化合物半导体的外延生长在主要含有氮的载气气氛中开始，并且在外延生长过程中将载气转换成主要含氢的载气以继续外延生长。
8.根据权利要求2的制造III族氮化物基化合物半导体的方法，其中所述目标III族氮化物基化合物半导体的外延生长在主要含有氮的载气气氛中开始，并且在外延生长过程中将载气转换成主要含氢的载气以继续外延生长。
9.根据权利要求3的制造III族氮化物基化合物半导体的方法，其中所述目标III族氮化物基化合物半导体的外延生长在主要含有氮的载气气氛中开始，并且在外延生长过程中将载气转换成主要含氢的载气以继续外延生长。
10.根据权利要求1的制造III族氮化物基化合物半导体的方法，其中所述目标III族氮化物基化合物半导体外延生长为具有50μm或更大的总厚度，接着冷却到室温，使得由于在所述蓝宝石衬底与所述目标III族氮化物基化合物半导体之间的热膨胀系数差异所导致的应力，从而在所述目标III族氮化物基化合物半导体中的M-晶面表面处发生断裂，由此至少使所述蓝宝石衬底分离。
11.根据权利要求2的制造III族氮化物基化合物半导体的方法，其中所述目标III族氮化物基化合物半导体外延生长为具有50μm或更大的总厚度，接着冷却到室温，使得由于在所述蓝宝石衬底与所述目标III族氮化物基化合物半导体之间的热膨胀系数差异所导致的应力，从而在所述目标III族氮化物基化合物半导体中的M-晶面表面处发生断裂，由此至少使所述蓝宝石衬底分离。
12.根据权利要求3的制造III族氮化物基化合物半导体的方法，其中所述目标III族氮化物基化合物半导体外延生长为具有50μm或更大的总厚度，接着冷却到室温，使得由于在所述蓝宝石衬底与所述目标III族氮化物基化合物半导体之间的热膨胀系数差异所导致的应力，从而在所述目标III族氮化物基化合物半导体中的M-晶面表面处发生断裂，由此至少使所述蓝宝石衬底分离。
13.根据权利要求4的制造III族氮化物基化合物半导体的方法，其中所述目标III族氮化物基化合物半导体外延生长为具有50μm或更大的总厚度，接着冷却到室温，使得由于在所述蓝宝石衬底与所述目标III族氮化物基化合物半导体之间的热膨胀系数差异所导致的应力，从而在所述目标III族氮化物基化合物半导体中的M-晶面表面处发生断裂，由此至少使所述蓝宝石衬底分离。
14.根据权利要求5的制造III族氮化物基化合物半导体的方法，其中所述目标III族氮化物基化合物半导体外延生长为具有50μm或更大的总厚度，接着冷却到室温，使得由于在所述蓝宝石衬底与所述目标III族氮化物基化合物半导体之间的热膨胀系数差异所导致的应力，从而在所述目标III族氮化物基化合物半导体中的M-晶面表面处发生断裂，由此至少使所述蓝宝石衬底分离。
15.根据权利要求6的制造III族氮化物基化合物半导体的方法，其中所述目标III族氮化物基化合物半导体外延生长为具有50μm或更大的总厚度，接着冷却到室温，使得由于在所述蓝宝石衬底与所述目标III族氮化物基化合物半导体之间的热膨胀系数差异所导致的应力，从而在所述目标III族氮化物基化合物半导体中的M-晶面表面处发生断裂，由此至少使所述蓝宝石衬底分离。
16.根据权利要求7的制造III族氮化物基化合物半导体的方法，其中所述目标III族氮化物基化合物半导体外延生长为具有50μm或更大的总厚度，接着冷却到室温，使得由于在所述蓝宝石衬底与所述目标III族氮化物基化合物半导体之间的热膨胀系数差异所导致的应力，从而在所述目标III族氮化物基化合物半导体中的M-晶面表面处发生断裂，由此至少使所述蓝宝石衬底分离。
17.一种晶片，包括具有至少暴露的R-晶面部分的蓝宝石衬底和具有M-晶面主表面并且堆叠在所述蓝宝石衬底上的III族氮化物基化合物半导体。
18.一种III族氮化物基化合物半导体器件，包括具有至少暴露的R-晶面部分的蓝宝石衬底和至少一个具有M-晶面主表面的III族氮化物基化合物半导体层。
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