金刚石热沉片：驱动激光器性能升级的热管理体系革新

激光相关产业实现全方位快速发展，相关装备覆盖精密微细加工、高能激光装备、光纤通信传输、临床医疗设备等多元赛道，逐步成为现代制造业与前沿科学研究的核心支撑装备。伴随激光器输出功率持续提升、服役工况日趋严苛，热管控短板逐步限制激光设备输出性能、运行稳定性与整机服役周期。在此行业发展背景下，金刚石热沉片兼具超高导热系数、优良绝缘性能、超高机械强度等多重突出理化特性，推动激光设备热管控体系完成全方位技术革新，为激光器综合性能跨越式提升提供全新变革性技术路径。

激光器核心工作单元为激光二极管泵浦源与增益介质，设备高功率运行工况下，超过 50% 的输入电能会转化为无效余热，造成芯片结温快速攀升，并衍生一系列连锁负面工况问题。由此可见，快速高效导出激光有源区集聚热量并完成热量耗散，是保障激光器长期高效、稳定持续运行的核心基础。铜质传统散热基材热导率约 400 W/m・K，铜钨复合材料热导率仅 180-240 W/m・K，二者固有导热上限已无法适配千瓦级、万瓦级及更高热流密度激光设备的热管控需求。

金刚石热沉片依托金属化共晶焊接、表面活化键合等工艺与激光芯片实现一体化键合，亦可采用紧密贴合装配方案，搭建一级直接换热通道，实现热源端精准控温降温。

一、高功率半导体激光器与巴条阵列

该应用场景是金刚石热沉产业化落地最为成熟、性能优化增益最为显著的领域。单支高功率激光二极管巴条连续输出功率可达数百瓦，器件局部热流密度处于极高水平，将金刚石薄片作为芯片承载衬底与散热载体，可实现多重性能优化效果：

有效降低芯片结温：对比铜基散热构件，芯片结温降幅可达 30-50℃及以上；

提升输出功率与电光转换效率：在同等温升约束条件下，设备可承载更大注入电流以提升激光输出功率；同时能够降低器件工作压降，电光转换效率提升数个百分点；

优化光束质量与光谱稳定性：全域温度场均匀分布可削弱热透镜效应，稳定设备输出波长；

延长整机服役时长：设备有效工作寿命由数千小时提升至数万小时，大幅削减后期运维投入成本。

二、边发射激光器与垂直腔面发射激光器

针对单管式边发射激光器，金刚石热沉可配套 C 型共面封装基底完成装配，构建高效换热结构。面向 3D 传感、车载激光雷达所用高功率密度 VCSEL 阵列器件，金刚石材料优异横向均热能力能够均衡阵列各发光单元温度场分布，规避局部热点生成，保障阵列光束输出一致性与长期运行稳定性。

三、固体激光器、光纤激光器配套泵浦模组

金刚石热沉适配高功率固体激光器（DPSS）与光纤激光器核心泵浦二极管组件，搭载该散热构件的泵浦光源输出光束稳定性与可靠性显著提升，间接优化整套激光系统综合运行指标。金刚石窗口片同样可应用于高功率激光器输出透光部件，依托自身高导热、低光吸收特性，耐受超高光束功率密度工况。

四、新型紫外、深紫外激光器

以铝镓氮（AlGaN）宽禁带材料制备的紫外光电器件产热矛盾更为突出，金刚石兼具超高导热性能与优良紫外波段透光特性，可同步承担散热基底与出光窗口双重功能，形成一体化透明散热衬底，为深紫外光电器件研发提供全新技术思路。

金刚石材料在激光装备领域的应用定位正由单一散热基材，向多功能集成化衬底转型，后续核心研发方向分为三类：

芯片原生集成散热方案：在激光芯片制备流程中，于增益介质底层异质外延金刚石薄膜，实现器件原生极致热管控；

光、热、电一体化协同架构设计：依托金刚石高导热、高电阻率特性，辅以掺杂调控色心实现可调光学性能，创新激光器器件结构，同步完成热管控、光路约束与电气隔离协同优化；

宽禁带半导体与金刚石异质集成体系：GaN-on-Diamond 复合架构被视作超高功率电子、光电子器件核心解决方案，将有力助推大功率激光雷达、5G/6G 射频器件等行业快速发展。

金刚石热沉片的规模化工程应用，代表激光器热管控技术完成从传统工艺优化到体系颠覆性革新的跨越，持续推动激光装备向更高功率、更高加工精度、更强综合性能方向迭代升级，助力激光技术持续赋能各行业创新研发与产业突破。

化合积电是一家专注于宽禁带半导体材料研发、生产和销售的国家高新技术企业，核心产品有多晶金刚石(晶圆级金刚石、金刚石热沉片、金刚石窗口片、金刚石基复合衬底)、单晶金刚石(热学级、光学级、电子级、硼掺杂、氮掺杂)和金刚石复合材料等，引领金刚石及新一代材料革新，赋能高端工业化应用，公司产品广泛应用于激光器、GPU/CPU、医疗器械、5G基站、大功率LED、新能源汽车、新能源光伏、航空航天和国防军工等领域。