本技术涉及半导体，尤其涉及一种基于衬底剥离工艺的氮化镓器件。
背景技术：
1、作为第三代宽禁带半导体材料的氮化镓与第一代和第二代半导体材料相比，具有更大的禁带宽度、更高的临界击穿电场和更快的电子饱和漂移速度，因此以氮化镓材料制备的器件将具备良好的电学性能。与砷化镓类似，氮化镓也具备通过异质结构形成二维电子气的能力。由于铝镓氮/氮化镓异质结存在着极化效应，二维电子气在异质结处自然极化产生，不需要额外掺杂来引入载流子，这大幅减小了载流子的散射效应，使基于氮化铝镓/氮化镓的电子器件能够同时实现1×1013cm-2的载流子浓度和在常温下高达1200～2000cm2/v·s的载流子迁移率，从而减小器件的导通电阻并提升其开关速度。因此，基于氮化镓器件的功率产品通常体积更小，转换效率也更高。随着氮化镓材料及器件技术的不断提升和成本的不断下降，氮化镓器件将在功率应用中受到越来越广泛的青睐。
2、现阶段商用氮化镓高电子迁移率晶体管（gan hemt）是通过在其他衬底上生长氮化镓外延层制作。尽管在氮化镓单晶衬底上同质外延生长可以得到晶格质量很好的氮化镓外延层，但是其高昂的成本限制了其在消费电子领域的大规模应用。目前市场上的主流技术是在硅、蓝宝石及碳化硅衬底上异质外延生长氮化镓外延层。与硅基氮化镓相比，碳化硅基与蓝宝石基氮化镓材料的晶格失配更小，所实现的外延异质结材料的缺陷密度更低，在器件的长期可靠性上存在材料上品质上的优势。其中碳化硅基氮化镓凭借其高热导的优势在射频应用领域被广泛的采用。而蓝宝石基氮化镓则具备接近于硅基氮化镓和传统硅基器件的成本竞争力，适用于对成本更为敏感的电力电子应用领域。
3、然而，由于蓝宝石衬底的导热率很低，仅为硅的1/6，限制了其在大功率条件下应用。目前商用蓝宝石基氮化镓全球最领先的供应商美国的pi公司，其蓝宝石基产品也仅能覆盖功率等级200w以内的消费类电子应用，市场上鲜有千瓦级以上的成熟蓝宝石基产品。
4、针对蓝宝石基氮化镓的散热问题，一种方式是采用倒装技术，将管芯正面转接到另一块高导热性基板上，通过正面或双面散热的方式，增加散热通道，这种方式尽管能够提升产品的散热能力但也带来了额外的封装难度和成本，同时衬底部分的散热问题没有得到实质的解决；另一种更直接的方案是将蓝宝石衬底剥离，通过键合工艺转移至具备更高导热系数的金刚石衬底或氮化铝陶瓷衬底等来解决其散热问题，但这种大面积键合工艺对温度、压力要求导致背面键合工艺难度很大，高导热的衬底也增加了额外的成本。
5、现阶段商用氮化镓基器件还是横向型为主，而传统商用横向型器件的耐压一般不超过900v，这是由于横向结构的耐压主要由二维电子气沟道层和势垒层承载，导致栅极靠近漏端的边缘电场集中、表面电场分布不均从而容易发生栅漏电和体漏电，使器件发生提前击穿的现象，制约了器件的耐压能力，同时也限制了现有商用氮化镓功率器件向新能源、光伏、电动汽车等应用领域迅速拓展的可能。目前提出的解决击穿电压限制的问题方法之一是增加源漏极之间距离，但又伴随着芯片面积和导通电阻的增加，最终对器件成本带来挑战。
6、另一方面，垂直型氮化镓基功率器件应对1200v及以上更高的耐压具备器件结构上的优势。器件通过增加漂移区的厚度来使电场峰值由表面转移至漂移区，有利于抑制横向器件中表面击穿现象的发生，因此器件在提升耐压的同时，横向尺寸可以设计的很小，有效地节省芯片面积。并且垂直型 gan 基功率器件因为其独特结构，可以避免栅极电场集中效应、电流崩塌效应和缓冲层泄漏电流等问题。
7、然而，传统的垂直型氮化镓器件结构的制备仍处于早期阶段，现有的技术路线在成本和可量产性上还存在挑战。一种选择是采用单晶氮化镓作为自支撑衬底直接生长垂直型结构，这种方式可以获得高质量的晶圆和的低的缺陷密度，但是制备难度和成本都很高，目前在成本上很难满足商业化需求。另一种方式是在更成熟的蓝宝石或者硅基qst外延上生长氮化镓垂直结构，再通过剥离衬底得到氮化镓单晶，这种技术路线避免了生长氮化镓单晶从而降低了生长成本，但现有的方案往往需要依托另一个衬底来支撑剥离后的结构，通常是导热性好且导电的的硅或者金刚石，又增加了工艺的难度和成本，键合界面对器件性能还可能带来影响。
技术实现思路
1、本实用新型的目的是为了解决上述问题，提供一种基于衬底剥离工艺的氮化镓器件，通过传统蓝宝石衬底剥离技术后直接电镀金属的方式，以高导热性的金属作为散热衬底，同时也避免了使用其他散热基板的需要，相比传统基于衬底剥离的散热方案，工艺更简单，成本也更低。
2、本实用新型采取的技术方案是：
3、一种基于衬底剥离工艺的氮化镓水平器件，其特征是，所述氮化镓器件包括hemt结构和hemt结构下方形成的缓冲层，所述hemt结构顶部为栅极金属电极、源极金属电极以及漏极金属电极，所述缓冲层下方为金属种子层及金属电极层，所述栅极金属电极、源极金属电极和漏极金属电极都是由ti，al，ni，au，sn中的一种或多种金属组合形成。
4、进一步，所述金属种子层由ti，al，ag，cu，au中的一种或多种金属的组合形成，其厚度为50nm-500nm；所述金属电极层是由ti，al，cu中的一种或多种金属的组合形成，其厚度为40um-100um。
5、一种基于衬底剥离工艺的氮化镓垂直器件，其特征是，所述氮化镓垂直器件的顶部为栅极金属电极和源极金属电极，栅极金属电极和源极金属电极由ti，al，ni，au，sn中的一种或多种金属组合形成，所述垂直型器件结构下方为金属种子层及金属电极层。
6、进一步，所述金属种子层由ti，al，ag，cu，au中的一种或多种金属的组合形成，其厚度为50nm-500nm；所述金属电极层是由ti，al，cu中的一种或多种金属的组合形成，其厚度为40um-100um。
7、本实用新型的有益效果是：
8、（1）氮化镓水平器件在蓝宝石氮化镓hemt结构的基础上，通过传统蓝宝石衬底剥离技术后直接电镀金属的方式，以高导热性的金属作为散热衬底，同时也避免了使用其他散热基板的需要，相比传统基于衬底剥离的散热方案，工艺更简单，成本也更低。这种低成本制作方法可以降低生产难度，具备高量产性，解决蓝宝石基氮化镓散热的瓶颈问题，使其适用的应用领域向更高的功率拓展；
9、（2）氮化镓垂直器件使用蓝宝石作为生长氮化镓垂直结构的衬底，通过衬底剥离后直接电镀金属，以金属电极作为支撑的工艺，避免了使用其他支撑外延的需要，相比传统氮化镓垂直型方案，工艺更简单，成本也更低。这种低成本制作方法可以降低生产难度，具备高量产性，有助于加速垂直型氮化镓器件的商业化。
1.一种基于衬底剥离工艺的氮化镓水平器件，其特征在于：所述氮化镓器件包括hemt结构和hemt结构下方形成的缓冲层，所述hemt结构顶部为栅极金属电极、源极金属电极以及漏极金属电极，所述缓冲层下方为金属种子层及金属电极层。
2.根据权利要求1所述的基于衬底剥离工艺的氮化镓水平器件，其特征在于：所述金属种子层厚度为50nm-500nm；所述金属电极层厚度为40um-100um。
3.一种基于衬底剥离工艺的氮化镓垂直器件，其特征在于：所述氮化镓垂直器件的顶部为栅极金属电极和源极金属电极，所述垂直型器件结构下方为金属种子层及金属电极层。
4.根据权利要求3所述的基于衬底剥离工艺的氮化镓垂直器件，其特征在于：所述金属种子层厚度为50nm-500nm；所述金属电极层厚度为40um-100um。
