所有电力电子设备在正常运行时都会产生大量热量，更快的开关频率和更高的电流密度意味着更大量的热循环。芯片异质结结温升高，会降低漏极电流，影响器件性能。随着电流密度的增加，由于器件运行产生的自热效应，通道温度会比环境温度高出几百度。自热效应会导致器件性能恶化甚至烧毁金属线，是降低器件寿命和可靠性的关键因素之一 。
如图所示，图中对比了硅、碳化硅及氮化镓的材料性能。可以看出，氮化镓相对于碳化硅最大的缺点是热传导能力不足。而GaN HEMT 瞬态升温曲线的测量结果，揭示了HEMT垂直方向的散热路径，并证明此路径由芯片连接材料及封装体本身为主导。因此需要更多区别于传统封装的手段来满足高频功率器件。
一种高导热、电绝缘的衬底是氮化镓高功率晶体管的理想衬底，如图所示为几种衬底材料的热导率。 由图可知，金刚石单晶的热导率最高，相比之下传统的 Si 或 SiC 衬底作为热沉衬底，虽能起到散热的作用，但两者的热导率( Si衬底热导率 191 W/( m·K) ，SiC热导率 490 W/( m·K)) 较低，散热效果欠佳。通过化学气相沉积得到的多晶金刚石热导率可达 1500 W/( m·K) ，是 SiC 的 3 倍之多，并且绝缘性能较好，因此使用金刚石作为衬底可以有效解决HEMT的散热问题。
HEMT 主要的热源在2DEG层产生，热点在栅极靠近漏极一侧，所以金刚石层越靠近有源区沟道层，散热效果越好，如图所示为HEMT热点位置及散热路径。
采用ANSYS进行有限元建模，比较了GaN-on-Diamond 和行业内标准 GaN-on-SiC 的热性能，结果如图18所示，在3倍的功耗下，新型 GaN-on-Diamond 器件的最大结温为 244 ℃，相比GaN-on-SiC器件降低了16 ℃。
目前金刚石与 GaN HEMT集成用于解决器件散热的研究中，较多的技术是将制备完成的 GaN HEMT从原有衬底上剥离下来，转移键合到金刚石衬底上。转移键合的方法与直接金刚石生长技术相比，在灵活性方面具有显著优势。将 GaN HEMT从主体 SiC 衬底上剥离下来，然后通过低温键合工艺(小于150℃) 将其转移到多晶CVD金刚石衬底上，得到的GaN-on-Diamond HEMT在10 GHz(CW)下，直流电流密度为 1.0 A/mm，跨导为 330 mS /mm，射频输出功率密度为6.0 W/mm。通过有限元热模型分析表明，与传统的 GaN-on-SiC器件相比，其单位面积功率提高了3倍。
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