隨著GaN(氮化鎵）在高功率和高頻率領域廣泛應用，氮化鎵功率密度已接近極限值，要提升芯片功率，兼顧降低熱阻，必須要有全新的散熱方案，金剛石和氮化鎵結合因此備受關注。當前金剛石和氮化鎵有三種主流方式：將金剛石鍵合到 GaN 晶片或直接鍵合到 HEMT 器件；在單晶或多晶金剛石襯底上生長 GaN 外延；在 GaN 的正面或背面上生長納米晶或多晶金剛石。化合積電一直潛心攻關金剛石和氮化鎵結合的核心技術難題，三種結合方案都取得了成功，近日在 GaN 上生長多晶金剛石更是取得了全新突破。
金剛石襯底GaN相較于傳統襯底GaN HEMT器件穩定性和可靠性更高。據Group4 Labs研究表明，將金剛石襯底GaN界面熱阻（TBR）降低后，在RF模式下實現了3.87倍于傳統SiC襯底GaN?器件功率密度，且工作熱點溫度降低了40-50％。
常見材料物理特性對比
在GaN表面生長金剛石的穩定性和散熱能力等問題都已得到解決，隨之而來的問題是，如果金剛石與GaN之間的界面熱阻不能得到有效降低的話，則金剛石襯底GaN器件的散熱性能將不能夠得到有效發揮，因此如何優化GaN／金剛石的界面熱阻（TBR）成為重點。
界面熱阻取決于形核層質量、保護層厚度等，并且更薄的保護層和最優的生長和成核技術會降低金剛石和GaN之間的界面熱阻。化合積電采用SiN（氮化硅）作為GaN的保護層，實現了GaN零損傷，與此同時，作為保護層的SiN損傷＜5nm，有效降低了界面熱阻。
直接在GaN上沉積金剛石，除了散熱能力方面體現出極為突出的優勢，還具有界面結合強度高，界面不存在類似鍵合導致的界面結合不均勻性和鍵合孔洞現象等優勢。研究表明，相較于鍵合技術獲得的金剛石基GaN的最低TBR（35m2K/GW），該技術可以使界面熱阻降到更低（6.5m2K/GW）。因此，該技術在高功率RF/毫米波晶體管和單模可見光半導體激光器的應用潛力巨大。
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原文始發于微信公眾號（艾邦半導體網）：化合積電在 GaN 上生長多晶金剛石取得了全新突破