GaN HEMT器件在高功率下由于自热效应的影响会使其结温显著上升,过高的结温会使得器件各个方面的性能发生恶化,导致其大功率性能远未发挥出来。本文将高热导率的金刚石薄膜用作GaN HEMT器件钝化层,在AlGaN势垒层上生长一层金刚石薄膜作为散热层来进行散热研究。基于传统的SiC衬底GaN HEMT芯片,开展GaN HEMT器件金刚石钝化散热结构的设计优化,构建金刚石作钝化散热层的传热能力调控方法,实现具有高效散热能力的GaN HEMT器件的研制,进而解决芯片本身的热积累问题,进一步提升GaN器件的功率输出能力。本文主要从三个方面进行研究:1)金刚石钝化薄膜散热结构设计研究,从芯片热结构设计角度出发,利用.Comsol多物理场有限元仿真分析技术对金刚石进行散热仿真研究,探究其散热机理。同时,将金刚石薄膜三维尺寸、位置结构及工艺限制等因素进行综合仿真计算,分析其关键热结构因素和影响规律。2)金刚石钝化散热GaN器件工艺兼容性开发与优化,与常规GaN HEMT芯片制备工艺相比,金刚石钝化散热器件多了金刚石薄膜生长与刻蚀等工艺。传统金刚石的生长温度一般都在1000℃以上,但在该温度下生长金刚石会使GaN器件的质量受到严重破坏,金刚石生长工艺需要与GaN器件工艺兼容。金刚石栅区的刻蚀对器件的栅区质量影响很大,本文进行了金刚石薄膜刻蚀工艺的研究,解决了微纳尺度栅区金刚石薄膜的刻蚀难题,得到了表面洁净的栅区刻蚀槽。此外,还对栅金属生长与金属互连进行了优化,最终实现了金刚石钝化散热结构的GaN器件制备。3)对金刚石钝化散热GaN器件进行性能测试,采用3 ω法电学测试技术,实现对金刚石薄膜热导率测试分析,同时,利用红外热成像法对器件结温进行热测试,测得金刚石钝化GaN器件散热能力得到明显提升,同温度下输出功率提升 21%。