GaN在雷达、5G通信、航空航天等领域应用广泛，但随着GaN HEMT器件持续向更大功率、更高效率发展，低热耗散能力已成为制约器件性能提升的重要因素。目前常用的GaN 器件衬底材料蓝宝石、Si和SiC等热导率较低( 40～400 W/m ·K ) ，难以满足高功率条件下的散热需求，严重限制了 GaN 器件的性能。金刚石材料的热导率可达2200W/（m·K），是SiC的4倍，Si的13倍，研究表明，通过将金刚石与大功率器件GaN HEMT进行异质集成，可有效解决现有SiC/Si衬底GaN HEMT器件的散热瓶颈。
得益于金刚石衬底更高的热导能力， 在相同尺寸下可以制造具有更大功率密度的 GaN 基功率器件，可显著减少相控阵芯片、固态功率放大器、宽带通信芯片的尺寸，缩减成本，并提升其效率和可靠性，在众多大功率应用领域展现出巨大潜力。
不同衬底材料在不同温度下热导率对比
一、金刚石衬底和SOI（Silicon-On-Insulator）衬底的HEMT器件性能对比
通过键合工艺将GaN转移至高热导率的多晶金刚石衬底上，从漏极电流退化情况、功率特性、结温变化等数据可知，金刚石衬底HEMT器件表现出更好的散热能力，高温退化现象明显减缓，功率提升达到40.12%，结温降低83.9℃，热效应及可靠性得到较明显改善。
漏极电流高温退化情况
功率特性变化
结温变化
二、金刚石衬底和SiC衬底HEMT器件性能对比
传统基于半绝缘SiC衬底的GaN HEMT综合了AlGaN/GaN异质结的高输运特性和半绝缘SiC衬底的高导热特性两方面优势，在高频、高功率、高效率以及宽带应用方面表现出显著的性能优势。但受限于散热，基于SiC衬底的GaN微波器件输出功率密度普遍不到10W/mm，性能还有巨大提升空间，散热问题成了制约GaN器件输出功率密度提升的瓶颈。
研究表明，对于相同的功率密度，金刚石上的 GaN 可以使通道温度较于GaN-on-SiC至少降低 40%，这将使器件寿命增加约 10 倍。在不同衬底上运行的GaN晶体管耗散相同功率的红外图像显示，GaN-on-Diamond是其中工作温度最低的，因为衬底和栅极之间的温升降低了，可以用于在更热的环境温度下工作。
相同的功率密度通道温度
不同衬底上运行的GaN晶体管耗散相同功率的红外图像
三、金刚石基 GaN HEMT 未来技术趋势
研究证明，与目前常用的 SiC /Si HEMT器件相比，金刚石基 GaN HEMT器件具有更高的散热能力，尽管金刚石基 GaN 功率器件已经实现了器件在 10 GHz 下输出功率达 10 W·mm－1 以上的优良性能，但进一步提升金刚石基 GaN HEMT 性能仍然充满挑战。
为了进一步提升金刚石基 GaN HEMT 器件的性能，未来的技术发展趋势包括:
①开发低成本、大尺寸、高品质金刚石晶圆，解决大尺寸金刚石基 GaN 圆片翘曲度大、缺陷密度高等问题;
②优化 GaN/金刚石常温和低温键合工艺，有效提升GaN/金刚石界面热阻;
③优化 GaN HEMT 外延材料和结构， 使器件性能大幅提升。
化合积电聚焦金刚石科技前沿，采用直接键合技术（金刚石与GaN/Si/GaAs/InP等键合)，制备出金刚石异质集成复合衬底，可满足2.5D，3D集成对芯片需更大集成密度和更高功率密度的要求。核心产品包括金刚石晶圆、金刚石热沉片、金刚石窗口片、金刚石异质集成复合衬底等。其中用于键合的晶圆级金刚石，表面粗糙度Ra<1nm，热导率1000-2200W/（m.K)，翘曲度Warp＜100μm,各项指标符合键合需求,目前产品已被广泛应用于雷达、5G通信、航空航天等领域。
