超强组合：金刚石热沉片+GaN

随着GaN基电子功率转化器的功率密度增加和尺寸减小，器件的散热成为实际应用的关键问题。金刚石在所有天然材料中具有最高的热导率（2000W/m.k），可用于与GaN 集成以消散 AlGaN/GaN 高电子迁移率晶体管 (HEMT) 通道产生的热量。金刚石和GaN结合工艺在不断发展，下面我们来总结目前行业内金刚石热沉片散热GaN的各种技术实现方式。

金刚石衬底散热技术：

Diamond on GaN：这种方法可获得较大尺寸金刚石衬底晶圆，有助于降低成本。然而，为了在GaN层上生长金刚石材料，一般采用高于600℃的CVD技术在SiN等籽晶层上生长，这种方法可能导致影响金刚石材料质量的成核层和热应力的出现。

凯发k8国际采用微波等离子体化学气相沉积设备，在50.8 mm（2英寸）硅基氮化镓HEMT上实现＜10um厚度多晶金刚石材料的外延生长。采用扫描电子显微镜及X射线衍射仪对金刚石薄膜的表面形貌、结晶质量以及晶粒取向进行表征测试，结果显示：样品表面形貌较为均匀，金刚石晶粒基本表现为（111）面生长，具有较高晶面取向。在生长过程中有效避免了氮化镓（GaN)被氢等离子体刻蚀，使得金刚石镀膜前后氮化镓特性未发生明显变化。

GaN on Diamond：在金刚石衬底上直接外延生长GaN结构，这种方法生长难度大，不管是在多晶金刚石（PCD）还是单晶金刚石（SCD）上都会存在AlGaN/GaN层电学性能差的问题，因此需要在外延生长和最后的冷却过程中实现更为精细的界面控制和应力管理。目前凯发k8国际的金刚石产品是全球唯一达到晶圆级，可以用来做外延片生长工艺；在GaN on Diamond 外延生长中，凯发k8国际通过特殊工艺生长氮化铝AIN作为GaN外延层，目前已有产品面世：Epi-ready-GaN on Diamond（AlN on Diamond）。

GaN/Diamond键合：基于转移技术的GaN/金刚石键合方法更为灵活，作为一种并行工艺，GaN外延层和金刚石衬底可以在键合前同时制备，因此对于大功率GaN器件来说越来越具有吸引力。由于该技术早期的键合实验一般在800℃高温下进行，极大限制了生长区域，且需要引入低热导率的界面键合材料，从而导致器件性能优势无法充分发挥。

研究人员将硅衬底上制造的多单元GaN-HEMT去除硅衬底,然后对GaN-HEMT背面进行抛光，使其更薄更平滑，之后使用纳米粘附层将其直接键合到金刚石衬底上。其多单元结构用于实际产品中八个晶体管单元的并联对准。最终，利用单晶金刚石高散热衬底制得了世界上第一个多单元GaN-on-Diamond HEMT。

金刚石嵌入式散热柱技术：

利用SiC基GaN器件在其有源区下端的区域对SiC衬底进行深度刻蚀，并采用生长的技术对刻蚀孔进行金刚石材料的生长，实现金刚石嵌入式散热柱结构，使热源区域热量通过金刚石散热柱有效热扩散。

高导热钝化层散热技术：

基于传统的SiC基GaN器件，在有源区的栅两侧采MPCVD的生长技术进行纳米级金刚石薄膜层的生长，替代原有源区的传统钝化层SiNX材料，增加其热源区的横向热传递能力。

凯发k8国际在金刚石衬底GaN散热技术的三种方式中都取得了成功，通过与GaN键合，也可以有效地降低器件的温度，提高器件的稳定性和寿命。金刚石热沉片和晶圆级金刚石技术指标达到世界领先的水平，晶圆级金刚石生长面表面粗糙度Ra＜1nm，金刚石热沉片的热导率达1000-2000W/m.K。现有GaN on Diamond 、Diamond on GaN 以及金刚石键合GaN所需金刚石热沉片等产品，在光通信、激光二极管、功率晶体管、电子封装材料、5G基站、光伏、新能源汽车等高功率器件领域都有广泛应用。