产品研发进展：Diamond on GaN 工艺实现关键性技术突破

伴随氮化镓（GaN）器件在高频、高功率电子场景规模化落地，现有氮化镓器件功率密度已趋近材料理论上限。若要持续提升芯片输出功率并同步抑制器件热阻，行业亟需新型高效热管理方案，金刚石与氮化镓异构集成技术由此成为领域重点研究方向。现阶段，金刚石与氮化镓主流异构集成路径共分为三类：其一，金刚石衬底与 GaN 晶圆或 HEMT 器件直接键合；其二，于单晶、多晶金刚石基底外延生长 GaN 外延层；其三，在 GaN 器件正面或背面沉积纳米晶、多晶金刚石薄膜。化合积电长期深耕金刚石与氮化镓复合集成核心工艺攻关，现已完成三条技术路线全流程验证；近期，企业在 GaN 基底直接沉积多晶金刚石工艺领域实现跨越式技术突破。

相较于传统衬底承载的 GaN HEMT 器件，金刚石衬底氮化镓器件具备更优异的工作稳定性与长期可靠性。依据 Group4 Labs 公开试验研究数据，在优化金刚石 / GaN 界面热阻（TBR）参数后，射频工况下器件功率密度可达碳化硅（SiC）衬底氮化镓器件的 3.87 倍，器件工作热点温度同步下降 40–50%。

表1   常用材料特性对比

行业虽已攻克 GaN 表面金刚石沉积工艺稳定性、基础散热性能等基础技术难题，但金刚石与氮化镓界面热阻管控仍是制约器件散热潜能释放的核心卡点。若界面热阻无法实现有效压低，金刚石基底氮化镓器件的热传导优势将难以充分发挥，因此界面热阻（TBR）优化成为该技术路线的核心研发目标。

界面热阻数值直接受形核层制备质量、钝化保护层厚度双重因素约束；超薄保护层搭配优化后的生长、形核工艺，可显著降低金刚石与氮化镓界面热阻。化合积电创新采用氮化硅（SiN）作为 GaN 表面钝化保护层，全程实现氮化镓有源层零工艺损伤，同时将 SiN 保护层损伤层厚度控制在 5nm 以内，从结构层面有效削减界面热阻水平。

图2 实验过程示意图

相较于传统键合方案，GaN 基底直接沉积金刚石工艺除具备极致散热优势外，还拥有界面结合强度高的突出特性，可规避键合工艺普遍存在的界面结合不均、内部空洞等工艺缺陷。相关试验数据表明，现有键合工艺制备金刚石基氮化镓器件最低界面热阻为 35m²K/GW，本项自研沉积工艺可将界面热阻降至 6.5m²K/GW，性能优势显著。该工艺在高功率射频 / 毫米波晶体管、单模可见光半导体激光器领域具备广阔产业化应用前景。

化合积电依托成熟金刚石薄膜成套工艺平台，协同下游客户开展定制化工艺开发与参数迭代优化，充分释放金刚石超高热导率、高介质击穿强度、大功率承载能力、低介电常数、高饱和载流子速率、高载流子迁移率等综合材料优势，可在氮化镓等多种功能基底表面制备金刚石散热薄膜，助力高压、高温、高频、高功率各类电子器件破解热管理瓶颈。化合积电可面向行业提供系统化、专业化金刚石热管理整体解决方案。