CN111540710B - 一种高导热氮化镓高功率hemt器件的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种高导热氮化镓高功率HEMT器件的制备方法，其包括如下步骤：S1，提供生长有氮化镓的硅基异质集成碳化硅单晶薄膜结构，该生长有氮化镓的硅基异质集成碳化硅单晶薄膜结构包括氮化镓单晶薄膜、碳化硅单晶薄膜和第一硅支撑衬底；S2，通过柔性衬底或硬质衬底将氮化镓从第一硅支撑衬底转移到金属衬底上以得到高导热氮化镓高功率HEMT器件，该高导热氮化镓高功率HEMT器件包括氮化镓器件、碳化硅单晶薄膜和金属衬底。根据本发明的高导热氮化镓高功率HEMT器件的制备方法，通过转移将氮化镓转移到高绝缘高导热的金属衬底上，从而使得碳化硅单晶薄膜上生长的氮化镓器件在长时间工作状态下保持其器件性能。
Description
技术领域
本发明涉及信息功能材料制备，更具体地涉及一种高导热氮化镓高功率HEMT器件的制备方法。
背景技术
氮化镓功率器件由于氮化镓本身的宽禁带特性，相对于目前市场上主导的硅基半导体功率器件，在同样的工作电压和功率条件下，具有更低的能量损耗，更小的体积以及更高的工作电压及具有更高的功率和工作频率。目前的产业界中比较成熟的氮化镓单晶薄膜的制备技术并且同时具备可行性的是金属有机物化学气相沉积(MOCVD)外延技术。目前业界普遍使用的衬底是碳化硅，蓝宝石，以及单晶硅。随着近年来国内外碳化硅单晶材料制备技术的进步，碳化硅单晶基底的价格逐渐降低，为降低碳化硅基底上制备氮化镓外延材料的生产成本创造了条件。
而影响氮化镓功率器件工作效率和稳定性的一大核心因素就是器件工作温度，由于氮化镓材料本身的热导率较低，在高电压高功率器件中，器件所产生的热流不能很好的排出，会严重降低器件的性能。
因此，为制备高性能的氮化镓基高功率器件，迫切需要将氮化镓转移到高绝缘、高导热的异质衬底上，以解决低热导率的问题。而目前主流的在碳化硅基上生长氮化镓器件在长时间工作状态下器件性能仍旧有明显的下滑，因此，仍需寻找一种更加优良的导热衬底进一步提高器件的散热性能。
发明内容
为了克服上述现有技术中的氮化镓无法转移到高绝缘高导热的异质衬底上的问题，本发明提供一种高导热氮化镓高功率HEMT器件的制备方法。
本发明提供一种高导热氮化镓高功率HEMT器件的制备方法，其包括如下步骤：S1，提供生长有氮化镓的硅基异质集成碳化硅单晶薄膜结构，该生长有氮化镓的硅基异质集成碳化硅单晶薄膜结构包括氮化镓单晶薄膜、碳化硅单晶薄膜和第一硅支撑衬底；S2，通过柔性衬底或硬质衬底将氮化镓从第一硅支撑衬底转移到金属衬底上以得到高导热氮化镓高功率HEMT器件，该高导热氮化镓高功率HEMT器件包括氮化镓器件、碳化硅单晶薄膜和金属衬底。
优选地，所述步骤S1包括：S11，对碳化硅单晶晶片进行离子注入，得到第一复合结构，该第一复合结构包括碳化硅回收单晶晶片、注入缺陷层和碳化硅薄膜单晶晶片；S12，将第一硅支撑衬底结合到碳化硅薄膜单晶晶片上，得到第二复合结构，该第二复合结构包括碳化硅回收单晶晶片、注入缺陷层、碳化硅薄膜单晶晶片和第一硅支撑衬底；S13，使第二复合结构沿着注入缺陷层剥离，得到第三复合结构，其中，注入缺陷层形成损伤层，该第三复合结构包括损伤层、碳化硅薄膜单晶晶片和第一硅支撑衬底；S14，除去损伤层和部分的碳化硅薄膜单晶晶片，得到硅基异质集成碳化硅单晶薄膜结构，其中，碳化硅薄膜单晶晶片形成碳化硅单晶薄膜，该硅基异质集成碳化硅单晶薄膜结构包括碳化硅单晶薄膜和第一硅支撑衬底；S15，沿碳化硅单晶薄膜的结构表面外延生长氮化镓单晶薄膜，得到生长有氮化镓的硅基异质集成碳化硅单晶薄膜结构。
优选地，所述步骤S1具体为：S11，提供碳化硅单晶晶片，从注入面向碳化硅单晶晶片进行氢离子注入，使得注入离子到达预设深度并在预设深度处形成注入缺陷层，该注入缺陷层形成于碳化硅单晶晶片中，该注入缺陷层的两侧分别形成碳化硅薄膜单晶晶片和碳化硅回收单晶晶片；S12：在碳化硅薄膜单晶晶片上沉积第一介质层，然后在第一介质层上键合第一硅支撑衬底，得到第二复合结构，该第二复合结构包括依次设置的碳化硅回收单晶晶片、注入缺陷层、碳化硅薄膜单晶晶片、第一介质层和第一硅支撑衬底；S13：对第二复合结构进行退火处理，使得第二复合结构沿着注入缺陷层剥离，得到第三复合结构，其中，注入缺陷层形成损伤层，该第三复合结构包括依次设置的损伤层、碳化硅薄膜单晶晶片、第一介质层和第一硅支撑衬底；S14：对第三复合结构进行表面处理以除去损伤层和部分的碳化硅薄膜单晶晶片，得到硅基异质集成碳化硅单晶薄膜结构，其中，碳化硅薄膜单晶晶片形成碳化硅单晶薄膜，该硅基异质集成碳化硅单晶薄膜结构包括依次设置的碳化硅单晶薄膜、第一介质层和第一硅支撑衬底；S15：沿碳化硅单晶薄膜的结构表面外延生长氮化镓单晶薄膜，得到生长有氮化镓的硅基异质集成碳化硅单晶薄膜结构，该生长有氮化镓的硅基异质集成碳化硅单晶薄膜结构包括依次设置的氮化镓单晶薄膜、碳化硅单晶薄膜、第一介质层和第一硅支撑衬底。
优选地，柔性衬底为高聚物。
优选地，高聚物为PDMS，BCB，AB胶和PMMA中的至少一种。
优选地，所述步骤S2包括：S21，在氮化镓单晶薄膜的表面制备氮化镓器件，得到第四复合结构，该第四复合结构包括氮化镓器件、碳化硅单晶薄膜和第一硅支撑衬底；S22，在氮化镓器件上悬涂高聚物，得到第五复合结构，该第五复合结构包括高聚物、氮化镓器件、碳化硅单晶薄膜和第一硅支撑衬；S23，除去第一硅支撑衬底，得到第六复合结构，该第六复合结构包括依次设置的高聚物、氮化镓器件和碳化硅单晶薄膜；S24，在碳化硅单晶薄膜上结合金属衬底并去除高聚物，得到高导热氮化镓高功率HEMT器件。
优选地，所述步骤S2具体为：S21，在氮化镓单晶薄膜的表面制备氮化镓器件，得到第四复合结构，该第四复合结构包括依次设置的氮化镓器件、碳化硅单晶薄膜、第一介质层和第一硅支撑衬底；S22，在氮化镓器件的表面悬涂高聚物，得到第五复合结构，该第五复合结构包括依次设置的高聚物、氮化镓器件、碳化硅单晶薄膜、第一介质层和第一硅支撑衬底；S23，湿法深腐蚀第一介质层和第一硅支撑衬底，得到第六复合结构，该第六复合结构包括依次设置的高聚物、氮化镓器件和碳化硅单晶薄膜；S24，在碳化硅单晶薄膜的表面沉积金属层，得到第七复合结构，该第七复合结构包括依次设置的高聚物、氮化镓器件、碳化硅单晶薄膜和金属层；将金属层与同质金属衬底键合，利用有机溶剂去除高聚物，得到高导热氮化镓高功率HEMT器件。
优选地，硬质衬底为第二硅支撑衬底。
优选地，所述步骤S2包括：S21，在氮化镓单晶薄膜上结合第二硅支撑衬底并除去第一硅支撑衬底，得到第四复合结构，该第四复合结构包括第二硅支撑衬底、氮化镓单晶薄膜和碳化硅单晶薄膜；S22，在碳化硅单晶薄膜上结合金属衬底，得到第五复合结构，该第五复合结构包括第二硅支撑衬底、氮化镓单晶薄膜、碳化硅单晶薄膜和金属衬底；S23，除去第二硅支撑衬底，得到第六复合结构，该第六复合结构包括氮化镓单晶薄膜、碳化硅单晶薄膜和金属衬底；S24，在氮化镓单晶薄膜的表面制备氮化镓器件，得到高导热氮化镓高功率HEMT器件。
优选地，所述步骤S2具体为：S21，在氮化镓单晶薄膜的表面外延键合第二介质层，沿第二介质层与第二硅支撑衬底键合，通过干法刻蚀除去第一介质层和第一硅支撑衬底，得到第四复合结构，该第四复合结构包括依次设置的第二硅支撑衬底、第二介质层、氮化镓单晶薄膜和碳化硅单晶薄膜；S22，将碳化硅单晶薄膜的表面键合至金属衬底，得到第五复合结构，该第五复合结构包括依次设置的第二硅支撑衬底、第二介质层、氮化镓单晶薄膜、碳化硅单晶薄膜和金属衬底；S23，干法刻蚀第二介质层和第二硅支撑衬底，得到第六复合结构，该第六复合结构包括依次设置的氮化镓单晶薄膜、碳化硅单晶薄膜和金属衬底；S24，在氮化镓单晶薄膜的表面制备氮化镓器件，得到高导热氮化镓高功率HEMT器件。
根据本发明的高导热氮化镓高功率HEMT器件的制备方法，通过转移将氮化镓转移到高绝缘高导热的金属衬底上，从而使得碳化硅单晶薄膜上生长的氮化镓器件在长时间工作状态下保持其器件性能。
附图说明
图1是根据本发明的第一种实施方式的高导热氮化镓高功率HEMT器件的制备方法的第一步的示意图；
图2是根据本发明的第一种实施方式的高导热氮化镓高功率HEMT器件的制备方法的第二步的示意图；
图3是根据本发明的第一种实施方式的高导热氮化镓高功率HEMT器件的制备方法的第三步的示意图；
图4是根据本发明的第一种实施方式的高导热氮化镓高功率HEMT器件的制备方法的第四步的示意图；
图5是根据本发明的第一种实施方式的高导热氮化镓高功率HEMT器件的制备方法的第五步的示意图；
图6是根据本发明的第一种实施方式的高导热氮化镓高功率HEMT器件的制备方法的第六步的示意图；
图7是根据本发明的第一种实施方式的高导热氮化镓高功率HEMT器件的制备方法的第七步的示意图；
图8是根据本发明的第一种实施方式的高导热氮化镓高功率HEMT器件的制备方法的第八步的示意图；
图9是根据本发明的第一种实施方式的高导热氮化镓高功率HEMT器件的制备方法的第九步的示意图；
图10是根据本发明的第一种实施方式的高导热氮化镓高功率HEMT器件的制备方法的第十步的示意图；
图11是根据本发明的第二种实施方式的高导热氮化镓高功率HEMT器件的制备方法的第六步的示意图；
图12是根据本发明的第二种实施方式的高导热氮化镓高功率HEMT器件的制备方法的第七步的示意图；
图13是根据本发明的第二种实施方式的高导热氮化镓高功率HEMT器件的制备方法的第八步的示意图；
图14是根据本发明的第二种实施方式的高导热氮化镓高功率HEMT器件的制备方法的第九步的示意图。
具体实施方式
下面结合附图，给出本发明的较佳实施例，并予以详细描述。
例1
如图1所示，根据本发明的第一种实施方式的高导热氮化镓高功率HEMT器件的制备方法首先包括提供碳化硅单晶晶片1，从注入面1a向碳化硅单晶晶片1进行氢离子注入，使得注入离子到达预设深度并在预设深度处形成注入缺陷层11，该注入缺陷层11形成于碳化硅单晶晶片1中，该注入缺陷层11的上方形成碳化硅薄膜单晶晶片12，该注入缺陷层11的下方形成碳化硅回收单晶晶片13，如此，碳化硅晶片1形成由注入缺陷层11、碳化硅薄膜单晶晶片12和碳化硅回收单晶晶片13组成的第一复合结构1’。在优选的实施例中，对半绝缘单晶4H-SiC衬底进行氢离子注入，能量为20keV-2MeV，剂量为1×1016cm-2-1×1017cm-2。
如图2所示，根据本发明的制备方法接下来包括在碳化硅薄膜单晶晶片12上沉积介质层2，然后在介质层2上键合硅支撑衬底3，得到第二复合结构2’，其包括依次设置的碳化硅回收单晶晶片13、注入缺陷层11、碳化硅薄膜单晶晶片12、介质层2和硅支撑衬底3。应该理解，这里的介质层2不仅便于硅支撑衬底3与碳化硅薄膜单晶晶片12的连接，而且其可以作为牺牲层用于后续的转移至金属衬底时的腐蚀刻蚀工艺，使得GaN/SiC与Si基衬底能够分离。在优选的实施例中，介质层2为SiO2，SiNx等，介质层2的厚度为0.1nm-5um，硅支撑衬底3为热氧化Si片，其与介质层2直接键合，键合温度为20-800℃。特别地，对键合表面进行等离子激活处理，并将两表面直接键合，该等离子激活的种类包括但不限于N2，O2，Ar。
如图3所示，根据本发明的制备方法接下来包括对第二复合结构2’进行退火处理，使得第二复合结构2’沿着注入缺陷层11剥离，得到第三复合结构3’，其中，注入缺陷层11形成损伤层11a，该第三复合结构3’包括依次设置的损伤层11a、碳化硅薄膜单晶晶片12、介质层2和硅支撑衬底3。应该理解，碳化硅回收单晶晶片13在表面处理后可以被回收循环利用以降低成本。在优选的实施例中，退火温度为500-1300℃，退火时间为1min-24h，退火气氛为氮气、氩气或真空，表面处理为化学机械抛光，去除量为1μm-10μm，表面粗糙度为1nm以下。
如图4所示，根据本发明的制备方法接下来包括对第三复合结构3’进行表面处理以除去损伤层11a和部分的碳化硅薄膜单晶晶片12，得到硅基异质集成碳化硅单晶薄膜结构4’，其中，碳化硅薄膜单晶晶片12形成碳化硅单晶薄膜12a，该硅基异质集成碳化硅单晶薄膜结构4’包括碳化硅单晶薄膜12a、介质层2和硅支撑衬底3。应该理解，这里的碳化硅单晶薄膜12a的厚度可以根据需要进行控制。在优选的实施例中，表面处理的方法是化学机械抛光、反应离子刻蚀、离子束刻蚀、或离子束抛光等，碳化硅单晶薄膜12a的厚度为0.1-2μm。
如图5所示，根据本发明的制备方法接下来包括沿碳化硅单晶薄膜12a的结构表面外延生长氮化镓单晶薄膜4，得到生长有氮化镓的硅基异质集成碳化硅单晶薄膜结构(也被称为GaN-on-SiCOI结构)5’，其包括氮化镓单晶薄膜4、碳化硅单晶薄膜12a、介质层2和硅支撑衬底3。在优选的实施例中，氮化镓单晶薄膜4的厚度为0.1-20μm。
如图6所示，根据本发明的制备方法接下来包括在氮化镓单晶薄膜4的表面制备氮化镓器件4a，得到第四复合结构6’，其包括依次设置的氮化镓器件4a、碳化硅单晶薄膜12a、介质层2和硅支撑衬底3。
如图7所示，根据本发明的制备方法接下来包括在氮化镓器件4a的表面悬涂高聚物5，得到第五复合结构7’，其包括依次设置的高聚物5、氮化镓器件4a、碳化硅单晶薄膜12a、介质层2和硅支撑衬底3。应该理解，这里悬涂高聚物5的目的是支撑薄的易损坏的GaN/SiC结构，以作为柔性衬底进行转移。在优选的实施例中，高聚物5包括但不局限于PDMS，BCB，AB胶，PMMA等。
如图8所示，根据本发明的制备方法接下来包括湿法深腐蚀介质层2和硅支撑衬底3，得到第六复合结构8’，其包括依次设置的高聚物5、氮化镓器件4a和碳化硅单晶薄膜12a，以实现GaN/SiC薄膜自支撑。
如图9所示，根据本发明的制备方法接下来包括在碳化硅单晶薄膜12a的表面沉积金属层6a，得到第七复合结构9’，其包括依次设置的高聚物5、氮化镓器件4a、碳化硅单晶薄膜12a和金属层6a。在优选的实施例中，金属层6a包括但不限于Au，Ni，Al，Cu等，金属层6a的厚度为0-5μm，沉积方法包括但不限于电子束蒸发，气相化学沉积。
如图10所示，根据本发明的制备方法接下来包括将金属层6a与同质金属衬底键合，利用有机溶剂去除高聚物5得到高导热氮化镓高功率HEMT器件(也被称为GaN/SiC-on-metal结构)10’，其包括依次设置的氮化镓器件4a、碳化硅单晶薄膜12a和金属衬底6，其中，金属衬底6包括金属层6a。在优选的实施例中，键合为直接键合或表面活性粘接(SAB)键合，键合温度为20-800℃，金属衬底6为0-5μm，金属衬底6包括但不限于Au，Ni，Al，Cu等。特别地，对键合表面进行等离子激活处理，并将两表面直接键合，该等离子激活的种类包括但不限于N2，O2，Ar。
显然，根据本发明的第一种实施方式的高导热氮化镓高功率HEMT器件的制备方法工艺步骤少，流程简单。但是，由于高聚物的不平整性，根据本发明的第一种实施方式的高导热氮化镓高功率HEMT器件的制备方法的转移面积受限，难以达到6寸晶圆级的完整转移。
例2
与例1相同地提供生长有氮化镓的硅基异质集成碳化硅单晶薄膜结构(也被称为GaN-on-SiCOI结构)50’，其包括氮化镓单晶薄膜40、碳化硅单晶薄膜120a、第一介质层21(对应于例1中的介质层2)和第一硅支撑衬底31(对应于例1中的硅支撑衬底3)。
如图11所示，根据本发明的制备方法接下来包括在氮化镓单晶薄膜40的表面外延键合第二介质层22，沿第二介质层22与第二硅支撑衬底32键合，通过干法刻蚀除去第一介质层21和第一硅支撑衬底31，得到第四复合结构60’，其包括依次设置的第二硅支撑衬底32、第二介质层22、氮化镓单晶薄膜40和碳化硅单晶薄膜120a。在优选的实施例中，第二介质层22为SiO2，SiNx等，第二介质层22的厚度为0.1nm-5um，第二硅支撑衬底32为热氧化Si片，其与第二介质层22直接键合，键合温度为20-800℃，干法刻蚀包括但不限于ICP，RIE，NLD等，所选气体为O2，CF4，SF6，Ar等。特别地，对键合表面进行等离子激活处理，并将两表面直接键合，该等离子激活的种类包括但不限于N2，O2，Ar。应该理解，这里的第二介质层22和第二硅支撑衬底32的目的是支撑薄的易损坏的GaN/SiC结构，以作为硬质衬底进行转移。
如图12所示，根据本发明的制备方法接下来包括利用SAB键合技术将碳化硅单晶薄膜120a的表面键合至金属衬底60，得到第五复合结构70’，其包括依次设置的第二硅支撑衬底32、第二介质层22、氮化镓单晶薄膜40、碳化硅单晶薄膜120a和金属衬底60。在优选的实施例中，碳化硅单晶薄膜120a和金属衬底60直接键合，键合温度为20-800℃。
如图13所示，根据本发明的制备方法接下来包括干法刻蚀第二介质层22和第二硅支撑衬底32，得到第六复合结构80’，其包括依次设置的氮化镓单晶薄膜40、碳化硅单晶薄膜120a和金属衬底60。在优选的实施例中，干法刻蚀包括但不限于ICP，RIE等。
如图14所示，根据本发明的制备方法接下来包括在氮化镓单晶薄膜40的表面制备氮化镓器件40a，得到高导热氮化镓高功率HEMT器件(也被称为GaN/SiC-on-metal结构)90’，其包括依次设置的氮化镓器件40a、碳化硅单晶薄膜120a和金属衬底60。
显然，根据本发明的第二种实施方式的高导热氮化镓高功率HEMT器件的制备方法工艺步骤相对复杂。但是，由于衬底十分平整，根据本发明的第二种实施方式的高导热氮化镓高功率HEMT器件的制备方法易于实现大面积晶圆级的器件制备。
以上所述的，仅为本发明的较佳实施例，并非用以限定本发明的范围，本发明的上述实施例还可以做出各种变化。即凡是依据本发明申请的权利要求书及说明书内容所作的简单、等效变化与修饰，皆落入本发明专利的权利要求保护范围。本发明未详尽描述的均为常规技术内容。
Claims (8)
1.一种高导热氮化镓高功率HEMT器件的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
S11，提供碳化硅单晶晶片，从注入面向碳化硅单晶晶片进行氢离子注入，使得注入离子到达预设深度并在预设深度处形成注入缺陷层，该注入缺陷层形成于碳化硅单晶晶片中，该注入缺陷层的两侧分别形成碳化硅薄膜单晶晶片和碳化硅回收单晶晶片；
S12，在碳化硅薄膜单晶晶片上沉积第一介质层，然后在第一介质层上键合第一硅支撑衬底，得到第二复合结构，该第二复合结构包括依次设置的碳化硅回收单晶晶片、注入缺陷层、碳化硅薄膜单晶晶片、第一介质层和第一硅支撑衬底；
S13，对第二复合结构进行退火处理，使得第二复合结构沿着注入缺陷层剥离，得到第三复合结构，其中，注入缺陷层形成损伤层，该第三复合结构包括依次设置的损伤层、碳化硅薄膜单晶晶片、第一介质层和第一硅支撑衬底；
S14，对第三复合结构进行表面处理以除去损伤层和部分的碳化硅薄膜单晶晶片，得到硅基异质集成碳化硅单晶薄膜结构，其中，碳化硅薄膜单晶晶片形成碳化硅单晶薄膜，该硅基异质集成碳化硅单晶薄膜结构包括依次设置的碳化硅单晶薄膜、第一介质层和第一硅支撑衬底；
S15，沿碳化硅单晶薄膜的结构表面外延生长氮化镓单晶薄膜，得到生长有氮化镓的硅基异质集成碳化硅单晶薄膜结构，该生长有氮化镓的硅基异质集成碳化硅单晶薄膜结构包括依次设置的氮化镓单晶薄膜、碳化硅单晶薄膜、第一介质层和第一硅支撑衬底；
S2，通过柔性衬底或硬质衬底将氮化镓从第一硅支撑衬底转移到金属衬底上以得到高导热氮化镓高功率HEMT器件，该高导热氮化镓高功率HEMT器件包括氮化镓器件、碳化硅单晶薄膜和金属衬底。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，柔性衬底为高聚物。
3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，高聚物为PDMS，BCB，AB胶和PMMA中的至少一种。
4.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述步骤S2包括：
S21，在氮化镓单晶薄膜的表面制备氮化镓器件，得到第四复合结构，该第四复合结构包括氮化镓器件、碳化硅单晶薄膜和第一硅支撑衬底；
S22，在氮化镓器件上悬涂高聚物，得到第五复合结构，该第五复合结构包括高聚物、氮化镓器件、碳化硅单晶薄膜和第一硅支撑衬；
S23，除去第一硅支撑衬底，得到第六复合结构，该第六复合结构包括依次设置的高聚物、氮化镓器件和碳化硅单晶薄膜；
S24，在碳化硅单晶薄膜上结合金属衬底并去除高聚物，得到高导热氮化镓高功率HEMT器件。
5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述步骤S2具体为：
S21，在氮化镓单晶薄膜的表面制备氮化镓器件，得到第四复合结构，该第四复合结构包括依次设置的氮化镓器件、碳化硅单晶薄膜、第一介质层和第一硅支撑衬底；
S22，在氮化镓器件的表面悬涂高聚物，得到第五复合结构，该第五复合结构包括依次设置的高聚物、氮化镓器件、碳化硅单晶薄膜、第一介质层和第一硅支撑衬底；
S23，湿法深腐蚀第一介质层和第一硅支撑衬底，得到第六复合结构，该第六复合结构包括依次设置的高聚物、氮化镓器件和碳化硅单晶薄膜；
S24，在碳化硅单晶薄膜的表面沉积金属层，得到第七复合结构，该第七复合结构包括依次设置的高聚物、氮化镓器件、碳化硅单晶薄膜和金属层；将金属层与同质金属衬底键合，利用有机溶剂去除高聚物，得到高导热氮化镓高功率HEMT器件。
6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，硬质衬底为第二硅支撑衬底。
7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述步骤S2包括：
S21，在氮化镓单晶薄膜上结合第二硅支撑衬底并除去第一硅支撑衬底，得到第四复合结构，该第四复合结构包括第二硅支撑衬底、氮化镓单晶薄膜和碳化硅单晶薄膜；
S22，在碳化硅单晶薄膜上结合金属衬底，得到第五复合结构，该第五复合结构包括第二硅支撑衬底、氮化镓单晶薄膜、碳化硅单晶薄膜和金属衬底；
S23，除去第二硅支撑衬底，得到第六复合结构，该第六复合结构包括氮化镓单晶薄膜、碳化硅单晶薄膜和金属衬底；
S24，在氮化镓单晶薄膜的表面制备氮化镓器件，得到高导热氮化镓高功率HEMT器件。
8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述步骤S2具体为：
S21，在氮化镓单晶薄膜的表面外延键合第二介质层，沿第二介质层与第二硅支撑衬底键合，通过干法刻蚀除去第一介质层和第一硅支撑衬底，得到第四复合结构，该第四复合结构包括依次设置的第二硅支撑衬底、第二介质层、氮化镓单晶薄膜和碳化硅单晶薄膜；
S22，将碳化硅单晶薄膜的表面键合至金属衬底，得到第五复合结构，该第五复合结构包括依次设置的第二硅支撑衬底、第二介质层、氮化镓单晶薄膜、碳化硅单晶薄膜和金属衬底；
S23，干法刻蚀第二介质层和第二硅支撑衬底，得到第六复合结构，该第六复合结构包括依次设置的氮化镓单晶薄膜、碳化硅单晶薄膜和金属衬底；
S24，在氮化镓单晶薄膜的表面制备氮化镓器件，得到高导热氮化镓高功率HEMT器件。
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