GaN电力电子器件具有更高的工作电压、更高的开关频率、更低的导通电阻等优势,在新一代高效率小尺寸的电力转换与管理系统、电动机车、新能源汽车等领域具有巨大的研究意义和应用前景,已成为各国争相研究的重点。目前,市场上成熟的GaN器件多以蓝宝石或者SiC材料为衬底,相比较之下,Si衬底具有价格低廉、晶体质量高、尺寸大以及工艺条件成熟等优点,使得高质量Si基GaN材料和器件备受关注。但是GaN与Si之间存在17%的晶格失配及56%的热失配,因此外延结构中存在很大的失配应力,而且器件工作过程中易导致热量积聚,致使GaN器件输出功率密度以及效率等性能迅速恶化,甚至造成器件失效。由于自热效应使得GaN HEMT理论上的高输出功率能力远远没有发挥出来,散热己经成为限制GaN微波功率器件技术进一步发展应用的重要难题。目前国际上多采用将Si衬底GaN基器件通过bonding工艺转移至高散热金刚石衬底和Al N陶瓷衬底等来解决其散热问题,由于HEMT器件电极结构集中于外延表面,大面积bonding工艺对温度、压力要求导致背面bonding工艺难度很大,成品率很低。在此背景下,本论文基于衬底转移技术,成功地将GaN HEMT器件从Si衬底上剥离并转移到散热性能良好的Cu金属基板上,并对其表面形貌、应力情况、电学特性和热学特性进行了深入研究。得到的主要结果如下:(1)本论文针对金属基板AlGaN/GaN HEMT对器件制备工艺的高要求,对光刻、电极制备、刻蚀、钝化以及衬底转移等工艺进行了深入研究,自主研发了一套完整而稳定的器件制备流程。更重要的是本文还研究了不同腐蚀液对Si的腐蚀效果,并通过优化腐蚀液配比及温度实现了大面积Si衬底的高效快速移除,成功获得了无损伤的微米级GaN外延薄膜。(2)本论文采用酸性光亮镀铜工艺来制备金属基板,通过对工艺条件的优化以及应力分布的分析,获得了光亮性、均匀性、平坦性良好的Cu金属基板,并将金属基板与AlGaN/GaN HEMT器件完美结合。此外,还对图形化金属基板进行了探索。(3)本论文对于衬底转移前后器件的结构性能、电学性能和热学性能进行了深入研究。AFM测试结果表明,衬底转移过程没有对外延材料造成损伤。拉曼测试表明了金属基板上HEMT器件中的应力得到了有效的释放。通过对两种衬底HEMT器件的输出曲线和转移曲线对比,发现在没有制备有效热沉的情况下,Cu基板HEMT的直流特性与Si基HEMT器件基本相当。我们采用瞬态红外设备测量了两种基板HEMT器件上的热量分布情况。通过热反射图像可以清楚地观察到,与Si衬底相比,HEMT器件在Cu衬底上的热扩散性明显更好。我们又制备了不同厚度铜衬底器件并做了显微红外温度测试。在同一电压下,当Cu衬底厚度从28μm增加到35μm时,HEMT器件的输出功率更高,而表面温度反而更低。这说明随着厚度的增加,铜衬底的散热能力也越来越强。这表明基于电镀工艺的Cu基板HEMT在高温高频的工作环境中具有巨大的应用潜力。