DE102015117394B4 - Halbleiterbauelement - Google Patents

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Abstract

Halbleiterbauelement mit einem Gruppe III-Nitrid-basierten Transistor (90; 131; 131') mit hoher Elektronenbeweglichkeit, der als bidirektionaler Schalter ausgebildet ist und der umfasst:
eine erste Eingangs-/Ausgangselektrode (92; 134; 134'),
eine zweite Eingangs-/Ausgangselektrode (93; 136; 136'),
eine Gate-Struktur (94; 135; 135'), die zwischen der ersten Eingangs-/Ausgangselektrode (92; 134; 134') und der zweiten Eingangs-/Ausgangselektrode (93; 136; 136') angeordnet ist,
eine Feldplattenstruktur (95; 146; 146'),
eine erste Diode (96; 132; 132'), und
eine zweite Diode (97; 133; 133'),
wobei die erste Diode (96; 132; 132') und die zweite Diode (97; 133; 133') antiseriell zwischen die erste Eingangs-/Ausgangselektrode (92; 134; 134') und die zweite Eingangs-/Ausgangselektrode (93; 136; 136') gekoppelt sind,
wobei die Gate-Struktur (94; 135; 135') ein einziges Gate umfasst,
wobei eine Anode (99; 142; 142') der ersten Diode (96; 132; 132') und eine Anode (100; 151; 151') der zweiten Diode (97; 133; 133') mit einer Feldplatte (98; 146; 146') der Feldplattenstruktur (95; 146; 146') verbunden sind, die über dem einzigen Gate angeordnet ist,
wobei eine Kathode (101; 140; 140') der ersten Diode (96; 132; 132') mit der ersten Eingangs-/Ausgangselektrode (92; 134; 134') verbunden ist und
wobei eine Kathode (102; 150; 150') der zweiten Diode (97; 133; 133') mit der zweiten Eingangs-/Ausgangselektrode (96; 132; 132') verbunden ist.

Description

  • Bis zum heutigen Tag werden Transistoren, die in Leistungselektronikanwendungen verwendet werden, typischerweise aus Silicium- Halbleitermaterialien (Si-Halbleitermaterialien) hergestellt. Übliche Transistorbauelemente für Leistungsanwendungen umfassen Si-CoolMOS®, Si-Leistungs-MOSFETs und Si-Bipolartransistoren mit isolierter Gate-Elektrode (Si Insulated Gate Bipolar Transistors, Si-IGBTs). In letzter Zeit haben Leistungsbauelemente aus Siliciumcarbid (SiC) Berücksichtigung gefunden. Halbleiterbauelemente mit Gruppe III-Nitriden wie zum Beispiel Galliumnitrid-Bauelemente (GaN-Bauelemente) tauchen jetzt als attraktive Kandidaten auf, um große Ströme zu übertragen, hohe Voltwerte zu unterstützen und einen sehr niedrigen Durchlasswiderstand und schnelle Schaltzeiten bereitzustellen.
  • Für einige Anwendungen wie zum Beispiel eine Leistungsfaktorkorrektur (Power Factor Correction, PFC) kann ein bidirektionales Schaltbauelement nützlich sein, das Spannungen in zwei Richtungen sperren kann.
  • Die EP 2 388 819 A2 beschreibt einen GaN-basierten HEMT mit einer Source- und einer Drainelektrode und einer Gateelektrode, die zwischen der Source- und der Drainelektrode und oberhalb eines zweidimensionalen Elektronengases (2DEG) angeordnet ist. Angrenzend an die Gateelektrode ist außerdem eine Feldplatte vorhanden, die über die Gateelektrode sowohl in Richtung der Sourceelektrode als auch in Richtung der Drainelektrode hinaus ragt.
  • Die US 2014 / 0 264 431 A1 beschreibt einen III-Nitrid-basierten HEMT mit einer Source- und einer Drainelektrode und einer Gateelektrode, die zwischen der Source- und der Drainelektrode in einem Graben angeordnet ist, der ein zweidimensionales Elektronengases (2DEG) unterbricht. Der HEMT umfasst außerdem eine Feldplatte, die oberhalb des 2DEG angeordnet ist und deren Abstand zum 2DEG sowohl in Richtung der Sourceelektrode als auch in Richtung der Drainelektrode zunimmt.
  • Die US 2014 / 0 159 116 A1 beschreibt einen III-Nitrid-basierten HEMT mit einer Source- und einer Drainelektrode und einer Gateelektrode, die zwischen der Source- und der Drainelektrode oberhalb eines 2DEG angeordnet ist. Angrenzend an die Gateelektrode ist außerdem eine Feldplatte vorhanden, die über die Gateelektrode sowohl in Richtung der Sourceelektrode als auch in Richtung der Drainelektrode hinaus ragt und deren Abstand zum 2DEG sowohl in Richtung der Sourceelektrode als auch in Richtung der Drainelektrode zunimmt.
  • Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht darin, ein verbessertes selbstsperrendes Halbleiterbauelement auf III-Nitrid-Basis zur Verfügung zu stellen. Diese Aufgabe wird durch ein Halbleiterbauelement nach Anspruch 1 gelöst.
  • Die Elemente in den Zeichnungen sind in Bezug zueinander nicht unbedingt maßstabsgetreu gezeichnet. Gleiche Bezugszeichen bezeichnen entsprechende ähnliche Teile. Die Merkmale der verschiedenen dargestellten Ausführungsformen können miteinander kombiniert werden, ausgenommen wenn sie sich gegenseitig ausschließen. Einige Ausführungsformen werden in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung ausführlich erläutert.
    • 1 stellt eine schematische Ansicht eines Halbleiterbauelements dar, das einen bidirektionalen Schalter und eine Feldplattenstruktur umfasst.
    • 2 stellt eine schematische Ansicht eines Halbleiterbauelements dar, das einen bidirektionalen Schalter und eine Feldplattenstruktur umfasst.
    • 3 stellt eine schematische Ansicht eines Halbleiterbauelements dar, das einen bidirektionalen Schalter und eine Feldplattenstruktur umfasst.
    • 4 stellt eine schematische Ansicht eines Halbleiterbauelements dar, das einen bidirektionalen Schalter und eine Feldplattenstruktur umfasst.
    • 5 stellt eine schematische Ansicht eines Halbleiterbauelements dar, das einen bidirektionalen Schalter und eine Feldplattenstruktur umfasst.
    • 6 stellt eine schematische Ansicht eines Halbleiterbauelements dar, das einen bidirektionalen Schalter und eine Feldplattenstruktur umfasst.
    • 7 stellt eine schematische Ansicht eines Halbleiterbauelements dar, das einen bidirektionalen Schalter, zwei antiseriell gekoppelte Dioden und eine Feldplattenstruktur umfasst gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
    • 8 stellt ein Schaltbild eines Schaltkreises des Halbleiterbauelements gemäß 7 dar gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
    • 9 stellt eine schematische Ansicht eines Halbleiterbauelements dar, das einen bidirektionalen Schalter, zwei antiseriell gekoppelte Dioden und eine Feldplattenstruktur umfasst gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
    • 10 stellt eine schematische Ansicht eines Halbleiterbauelements dar, das einen bidirektionalen Schalter, zwei antiseriell gekoppelte Dioden und eine Feldplattenstruktur umfasst gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
    • 11 stellt eine schematische Ansicht eines Anreicherungstyp-Halbleiterbauelements dar, das einen bidirektionalen Schalter umfasst.
    • 12 stellt eine schematische Ansicht eines Bauelements auf der Basis von Grupp III-Nitriden dar, das einen bidirektionalen Schalter umfasst.
  • In der folgenden detaillierten Beschreibung wird auf die beigefügten Zeichnungen Bezug genommen, die einen Teil der Beschreibung bilden und in denen zur Veranschaulichung spezifische Ausführungsformen gezeigt werden, mit denen die Erfindung in die Praxis umgesetzt werden kann. In dieser Hinsicht wird die richtungsbezogene Terminologie wie zum Beispiel „oben“, „unten“, „vorne“, „hinten“, „vorderer“, „hinterer“ usw. in Bezug auf die Ausrichtung in der (den) Figur(en) beschrieben. Da die Komponenten der Ausführungsformen in einer Vielzahl von verschiedenen Ausrichtungen platziert werden können, wird die richtungsbezogene Terminologie zu Zwecken der Anschaulichkeit verwendet, aber sie ist auf keinen Fall als einschränkend zu verstehen. Es ist selbstverständlich, dass andere Ausführungsformen verwendet werden können und strukturelle oder logische Veränderungen vorgenommen werden können, ohne vom Umfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Die nachfolgende detaillierte Beschreibung ist daher nicht in einem einschränkenden Sinn zu verstehen und der Umfang der vorliegenden Erfindung wird durch die angefügten Ansprüche definiert.
  • Eine Vielzahl von beispielhaften Ausführungsformen wird nachstehend erläutert. In diesem Fall werden in den Figuren identische strukturelle Merkmale durch identische oder ähnlich Bezugszeichen identifiziert. Im Zusammenhang mit der vorliegenden Beschreibung sind „laterale“ oder „laterale Richtung“ so zu verstehen, dass sie eine Richtung oder Ausdehnung bedeuten, die allgemein parallel zu der seitlichen Ausdehnung eines Halbleitermaterials oder Halbleiterträgers verläuft. Die laterale Richtung erstreckt sich somit allgemein parallel zu diesen Oberflächen oder Seiten. Im Gegensatz dazu sind die Begriffe „vertikal“ und „vertikale Richtung“ so zu verstehen, dass sie eine Richtung bedeuten, die allgemein senkrecht zu diesen Oberflächen und Seiten und somit zu der lateralen Richtung verläuft. Die vertikale Richtung verläuft somit in der Dickerichtung des Halbleitermaterials oder des Halbleiterträgers.
  • Die Verwendung der Begriffe „verbunden“ und/oder „elektrisch verbunden“ in der vorliegenden Beschreibung ist nicht so zu verstehen, dass die Elemente direkt miteinander verbunden sein müssen - zwischen den „verbundenen“ und/oder „elektrisch verbundenen“ Elementen können dazwischenliegende Elemente bereitgestellt werden.
  • Wenn in dieser Beschreibung auf ein Bauteil wie zum Beispiel eine Schicht, einen Bereich oder ein Substrat als sich „auf“ ein anderes Bauteil befindet oder „auf“ ein anderes Bauteil erstreckt Bezug genommen wird, kann es sich direkt auf dem anderen Bauteil befinden oder darauf erstrecken oder es können auch dazwischenliegende Bauteile vorhanden sein. Wenn im Gegensatz dazu auf ein Element als sich „direkt auf“ befindet oder sich „direkt auf“ ein anderes Element erstreckt, Bezug genommen wird, sind keine dazwischenliegenden Bauteile vorhanden. Wenn in dieser Beschreibung auf ein Element als „verbunden mit“, oder „gekoppelt mit“ einem anderen Element Bezug genommen wird, kann es direkt mit dem anderen Element verbunden gekoppelt oder es können dazwischenliegende Elemente vorhanden sein. Wenn im Gegensatz dazu auf ein Bauteil als „direkt verbunden mit oder „direkt gekoppelt mit“ einem anderen Element Bezug genommen wird, sind keine dazwischenliegenden Bauteile vorhanden.
  • Ein Verarmungstyp-Bauelement (depletion mode device) wie zum Beispiel ein Hochvolt-Verarmungstyp-Transistor weist eine negative Schwellenspannung auf, was bedeutet, dass er bei einer Nullspannung am Gate Strom leiten kann. Diese Bauelemente sind normalerweise eingeschaltet. Ein Anreicherungstyp-Bauelement (enhacnement mode device) wie zum Beispiel ein Niedervolt-Anreicherungstyp-Transistor weist eine positive Schwellenspannung auf, was bedeutet, dass er bei einer Nullspannung am Gate keinen Strom leiten kann und ist normalerweise ausgeschaltet.
  • Wenn ein „Hochvolt-Bauelement“ wie zum Beispiel ein „Hochvolt-Verarmungstyp-Transistor“ hier verwendet wird, ist es ein elektronisches Bauelement, das für Hochvolt-Schaltanwendungen optimiert ist. Dies bedeutet, wenn der Transistor ausgeschaltet ist, ist er in der Lage hohe Spannungen wie zum Beispiel ungefähr 300 V oder mehr, ungefähr 600 V oder mehr oder ungefähr 1200 V oder mehr zu sperren, und wenn er eingeschaltet ist, weist er einen ausreichend niedrigen Durchlasswiderstand (On-Resistance, RON) für die Anwendung auf, in der er verwendet wird, d.h. er unterliegt einem ausreichend niedrigen Leitungsverlust, wenn ein bedeutender Strom durch das Bauelement fließt. Ein Hochvolt-Bauelement kann mindestens in der Lage sein, eine Spannung zu sperren, die gleich der Hochvolt-Versorgung oder der maximalen Spannung in dem Schaltkreis ist, für den sie verwendet wird. Ein Hochvolt-Bauelement kann in der Lage sein, 300 V, 600 V, 1200 V zu sperren oder eine andere geeignete für die Anwendung erforderliche Spannung zu sperren.
  • Wenn ein „Niedervolt-Bauelement- wie zum Beispiel ein „Niedervolt-Verarmungstyp-Transistor- hier verwendet wird, ist es ein elektronisches Bauelement, das in der Lage ist niedrige Spannungen wie zum Beispiel zwischen 0 V und Vlow zu sperren, aber es ist nicht in der Lage Spannungen zu sperren, die größer als Vlow sind. Vlow kann ungefähr 10 V, ungefähr 20 V, ungefähr 30 V, ungefähr 40 V sein oder zwischen ungefähr 5 V und 50 V wie zum Beispiel zwischen ungefähr 10 V und 30 V liegen.
  • Wenn der Ausdruck „Gruppe III-Nitride“ oder „Nitride von Elemente der 3. Hauptgruppe“ hierin verwendet wird, bezieht er sich auf einen Verbindungshalbleiter, der Stickstoff (N) und mindestens ein Element der 3. Hauptgruppe umfasst einschließlich Aluminium (Al), Gallium (Ga), Indium (In) und Bor (B) und zum Beispiel einschließlich, ohne auf eine ihrer Legierungen beschränkt zu sein, wie Aluminiumgalliumnitrid (AlxGa(1-x)N), Indiumgalliumnitrid (InyGa(i-y)N), Aluminiumindiumgalliumnitrid (AlxInyGa(1-x-y)N), Gallium-Arsenid-Phosphid-Nitrid (GaAsaPbN(1-a-b)) und Aluminiumindiumgallium-Arsenid-Phosphid-Nitrid (AlxInyGa(1-x-y)AsaPbN(1-a-b)). Aluminiumgalliumnitrid und AlGaN beziehen sich auf eine Legierung, die durch die Formel AlxGa(1-x)N beschrieben wird, wobei 0 < x < 1 ist.
  • 1 stellt eine schematische Ansicht eines Halbleiterbauelements 20 dar, das einen Transistor mit hoher Elektronenbeweglichkeit (High Electron Mobility Transistor, HEMT) 21 auf der Basis von Nitriden von Elementen der 3. Hauptgruppe bzw. einen Gruppe III-Nitrid-basierten Transistor mit hoher Elektronenbeweglichkeit umfasst, der als bidirektionaler Schalter ausgebildet ist. Der HEMT 21 auf der Basis von Nitriden von Elementen der 3. Hauptgruppe umfasst eine erste Eingangs-/Ausgangselektrode 22, eine zweite Eingangs-/Ausgangselektrode 23, eine Gate-Struktur 24, die zwischen der ersten Eingangs-/Ausgangselektrode 22 und der zweiten Eingangs-/Ausgangselektrode 23 angeordnet ist, und eine Feldplattenstruktur 25.
  • Wenn die erste Eingangs-/Ausgangselektrode 22 als der Eingang zum Beispiel die Source funktioniert, funktioniert die zweite Eingangs-/Ausgangselektrode 23 als der Ausgang zum Beispiel der Drain des bidirektionalen Schalters. Wenn umgekehrt die zweite Eingangs-/Ausgangselektrode 23 als der Eingang funktioniert, funktioniert die erste Eingangs-/Ausgangselektrode 22 als der Ausgang des bidirektionalen Schalters.
  • Bei einigen Ausführungsformen ist die Feldplattenstruktur 25 in Bezug auf die erste Eingangs-/Ausgangselektrode 22 und die zweite Eingangs-/Ausgangselektrode 23 im Wesentlichen symmetrisch angeordnet. Die Feldplattenstruktur 25 kann so angeordnet sein, dass sie funktionell symmetrisch zwischen der ersten Eingangs-/Ausgangselektrode 22 und der zweiten Eingangs-/Ausgangselektrode 23 angeordnet ist. Bei einigen Ausführungsformen ist die Feldplattenstruktur 25 physisch im Wesentlichen in gleichen Abständen von der ersten Eingangs-/Ausgangselektrode 22 und der zweiten Eingangs-/Ausgangselektrode 23 angeordnet.
  • Bei einigen Ausführungsformen wird ein bidirektionaler Schalter bereitgestellt, der eine unterschiedliche Spannungssperrfähigkeit in den beiden entgegengesetzten Richtungen aufweist, zum Beispiel 600 V in einer ersten Richtung und 100 V in der entgegengesetzten Richtung oder 66 V in einer ersten Richtung und 12 V in der entgegengesetzten Richtung.
  • Bei Ausführungsformen, bei denen der HEMT 21 auf der Basis von Nitriden von Elementen der 3. Hauptgruppe ein einziges Gate umfasst, kann das einzige Gate asymmetrisch angeordnet sein, d.h. in unterschiedlichen Abständen von einer ersten Eingangs-/Ausgangskontaktfläche und einer zweiten Eingangs-/Ausgangskontaktfläche des HEMT, um eine unterschiedliche Sperrfähigkeit in den zwei entgegengesetzten Richtungen bereitzustellen.
  • Bei einigen Ausführungsformen ist die Feldplattenstruktur 25 asymmetrisch in Bezug auf die erste Eingangs-/Ausgangselektrode 22 und die zweite Eingangs-/Ausgangselektrode 23 angeordnet. Die Feldplattenstruktur 25 kann so angeordnet sein, dass sie funktionell asymmetrisch zwischen der ersten Eingangs-/Ausgangselektrode 22 und der zweiten Eingangs-/Ausgangselektrode 23 angeordnet ist. Bei einigen Ausführungsformen ist die Feldplattenstruktur 25 physisch in unterschiedlichen Abständen von der ersten Eingangs-/Ausgangselektrode 22 und der zweiten Eingangs-/Ausgangselektrode 23 angeordnet. Diese asymmetrischen Anordnungen können für Ausführungsformen verwendet werden, bei denen der bidirektionale Schalter dazu ausgebildet ist, unterschiedliche Spannungen in den zwei Richtungen zu sperren, zum Beispiel eine größere Spannung in der ersten Richtung als in einer zweiten Richtung, die entgegengesetzt zu der ersten Richtung ist.
  • Die Feldplattenstruktur 25 kann mit einem Gate-Potential, einem freien (floating) Potential oder einem Source-Potential verbunden sein. Bei der in 1 dargestellten Ausführungsform umfasst die Gate-Struktur 24 ein einziges Gate 27 und die Feldplattenstruktur 25 wird durch eine Feldplatte 26 bereitgestellt. Bei einigen Ausführungsformen ist die Feldplattenstruktur mit der Gate-Struktur 24 verbunden. Bei einigen Ausführungsformen ist die Feldplattenstruktur mit dem ersten Eingang/Ausgang 22 und dem zweiten Eingang/Ausgang 23 verbunden.
  • Bei einigen Ausführungsformen umfasst die Feldplattenstruktur 25 einen vertikalen Anteil und einen horizontalen Anteil, der sich von dem vertikalen Anteil weg erstreckt. Der vertikale Anteil kann auf der Gate-Struktur angeordnet und mit dieser verbunden sein. Die Feldplattenstruktur kann mit einer T-Form versehen werden und kann direkt auf dem Gate-Metall angeordnet werden. Der horizontale Anteil kann sich über die laterale Ausdehnung der darunterliegenden Gate hinaus erstrecken. Der horizontale Anteil kann sich im Wesentlichen symmetrisch zwischen der ersten Eingangs-/Ausgangselektrode und der zweiten Eingangs-/Ausgangselektrode erstrecken. Zum Beispiel können der Abstand zwischen einem ersten distalen Ende des horizontalen Anteils und der ersten Eingangs-/Ausgangselektrode und der Abstand zwischen einem zweiten distalen Ende des horizontalen Anteils, das entgegengesetzt zu dem ersten distalen Ende liegt, und der zweiten Eingangs-/Ausgangselektrode im Wesentlichen gleich sein.
  • Bei einigen Ausführungsformen kann das Gate auch ein T-förmiges Gate-Metall umfassen. Bei Ausführungsformen, bei denen sowohl das Gate als auch die Feldplattenstruktur eine T-Form aufweisen, kann eine gestapelte T-auf-T-Anordnung bereitgestellt werden, bei der die Feldplattenstruktur mit dem Gate elektrisch verbunden ist. Bei diesen Ausführungsformen kann sich der horizontale Anteil der T-förmigen Feldplattenstruktur über die laterale Ausdehnung des Querbalkens oder des horizontalen Anteils des T-förmigen Gate-Metalls hinaus erstrecken.
  • Bei einigen Ausführungsformen umfasst die Gate-Struktur 24 zwei unabhängig steuerbare Gates. Diese Struktur kann auch als eine geteilte Gate-Struktur oder ein duales Gate bezeichnet werden. Die zwei unabhängig steuerbaren Gates können einen Abstand voneinander aufweisen und zwischen der ersten Eingangs-/Ausgangselektrode 22 und der zweiten Eingangs-/Ausgangselektrode 23 angeordnet werden. Bei einigen Ausführungsformen, bei denen die Gate-Struktur 24 zwei unabhängig steuerbare Gates umfasst, kann die Feldplattenstruktur einen vertikalen Anteil, der zwischen den beiden Gates angeordnet ist, und einen horizontalen Anteil umfassen, der sich von dem vertikalen Anteil weg erstreckt. Der horizontale Anteil kann eine laterale Ausdehnung aufweisen, die sich über die beiden Gates erstreckt. Die Feldplattenstruktur kann im Wesentlichen T-förmig sein.
  • Bei einigen Ausführungsformen, bei denen die Gate-Struktur 24 zwei unabhängig steuerbare Gates umfasst, kann die Feldplattenstruktur 25 einen ersten Anteil, der mit der ersten Eingangs-/Ausgangselektrode 22 verbunden ist, und einen zweiten Anteil umfassen, der mit der zweiten Eingangs-/Ausgangselektrode verbunden ist. Der erste Anteil kann sich von der ersten Eingangs-/Ausgangselektrode 22 weg erstrecken und kann sich über ein erstes Gate erstrecken, das in der Nähe der ersten Eingangs-/Ausgangselektrode angeordnet ist. Der zweite Anteil kann sich von der zweiten Eingangs-/Ausgangselektrode weg erstrecken und kann sich über ein zweites Gate erstrecken, das in der Nähe der zweiten Eingangs-/Ausgangselektrode 23 angeordnet ist. Bei diesen Ausführungsformen können der erste Anteil und der zweite Anteil einen Abstand voneinander aufweisen.
  • Der bidirektionale Schalter wird durch einen einzigen HEMT 21 auf der Basis von Nitriden von Elementen der 3. Hauptgruppe bereitgestellt. Das Halbleiterbauelement kann ein Hochvolt-Bauelement oder ein Niedervolt-Bauelement sein. Der HEMT 21 auf der Basis von Nitriden von Elementen der 3. Hauptgruppe kann ein Verarmungstyp-Bauelement oder ein Anreicherungstyp-Bauelement sein.
  • Mindestens eine p-dotierte Schicht mit einem Nitrid von Elementen der 3. Hauptgruppe kann unter dem Gate angeordnet sein, um ein Anreicherungstyp-Bauelement bereitzustellen. Bei einigen Ausführungsformen kann die p-dotierte Schicht mit einem Nitrid von Elementen der 3. Hauptgruppe mindestens eine aus einer p-dotierten GaN-Schicht und einer p-dotierten Aluminiumgalliumnitridschicht, AlzGa(1-z)N, umfassen, wobei 0 < z < 1 ist, die unter dem Gate angeordnet ist, um eine Anreicherungstyp-Bauelement bereitzustellen. Bei einigen Ausführungsformen ist eine einzige p-dotierte GaN-Schicht oder eine einzige p-dotierte Aluminiumgalliumnitridschicht unter dem Gate angeordnet. Bei einigen Ausführungsformen wird ein Stapel bereitgestellt, der eine p-dotierte Aluminiumgalliumnitridschicht, eine p-dotierte Galliumnitridschicht, die auf der p-dotierten Aluminiumgalliumnitridschicht angeordnet ist, und ein Gate umfasst, das auf der p-dotierten Galliumnitridschicht angeordnet ist, um eine Anreicherungstyp-Bauelement zu bilden.
  • Bei einigen Ausführungsformen wird eine Gate-Vertiefung bereitgestellt, in der das Gate angeordnet ist, um ein Anreicherungstyp-Bauelement zu bereitzustellen.
  • Der Transistor mit hoher Elektronenbeweglichkeit 21 auf der Basis von Nitriden von Elementen der 3. Hauptgruppe kann eine Kanalschicht (channel layer), die Galliumnitrid (GaN) umfasst, und eine Sperrschicht (barrier layer) umfassen, die auf der Kanalschicht angeordnet ist. Die Sperrschicht kann Aluminiumgalliumnitrid (AlxGa(1-x)N, wobei 0 < x < 1 ist) enthalten.
  • Die Sperrschicht kann einen sich räumlich ändernden Aluminiumgehalt umfassen. Der Aluminiumgehalt kann zum Beispiel über die Dicke der Sperrschicht variieren. Bei einigen Ausführungsformen weist die Sperrschicht eine allmählich sich ändernde Zusammensetzung auf, sodass der Aluminiumgehalt in einer Richtung von der Kanalschicht zu dem Gate allmählich zunimmt, während der Galliumgehalt allmählich abnimmt. Bei einigen Ausführungsformen umfasst die Sperrschicht zwei oder mehr Teilschichten, die jeweils Aluminiumgalliumnitrid enthalten, wobei sie einen unterschiedlichen Aluminiumgehalt und folglich einen unterschiedlichen Galliumgehalt aufweisen.
  • Es wird auch ein Halbleiterbauelement bereitgestellt, das einen Transistor mit hoher Elektronenbeweglichkeit auf der Basis von Nitriden von Elementen der 3. Hauptgruppe umfasst, der als bidirektionaler Schalter ausgebildet ist. Der Transistor mit hoher Elektronenbeweglichkeit auf der Basis von Nitriden von Elementen der 3. Hauptgruppe umfasst eine erste Eingangs-/Ausgangselektrode, eine zweite Eingangs-/Ausgangselektrode, eine Gate-Struktur, die zwischen der ersten Eingangs-/Ausgangselektrode und der zweiten Eingangs-/Ausgangselektrode angeordnet ist, eine Feldplattenstruktur, eine erste Diode und eine zweite Diode. Die erste Diode und die zweite Diode sind antiseriell zwischen der ersten Eingangs-/Ausgangselektrode und der zweiten Eingangs-/Ausgangselektrode geschaltet.
  • „Erste Diode“ und „zweite Diode“ werden hier verwendet, um Funktionen einer ersten Diode und einer zweiten Diode zu bezeichnen. Die erste Diode und die zweite Diode können jeweils durch eine einzige diskrete Komponente gebildet werden, oder durch zwei oder mehr diskrete in Reihe gekoppelte Dioden gebildet werden. Bei einigen Ausführungsformen können die erste Diode und die zweite Diode in den Halbleiterkörper integriert sein, der den HEMT bereitstellt. Zum Beispiel kann sowohl die erste Diode als auch die zweite Diode aus einer oder mehreren in Reihe gekoppelten Transistorzellen mit MOS-Gates gebildet werden.
  • Die Gate-Struktur kann ein einziges Gate umfassen, das zwischen der ersten Eingangs-/Ausgangselektrode und der zweiten Eingangs-/Ausgangselektrode angeordnet ist. Bei Ausführungsformen, bei denen die Gate-Struktur ein einziges Gate umfasst, können die Anode der ersten Diode und die Anode der zweiten Diode mit einer potentialfreien (floating) Feldplatte verbunden werden, die über dem einzigen Gate angeordnet ist. Bei dieser Ausführungsform ist die Feldplattenstruktur über die Dioden mit der ersten Eingangs-/Ausgangselektrode und der zweiten Eingangs-/Ausgangselektrode elektrisch verbunden.
  • Bei Ausführungsformen, bei denen die Anode der ersten Diode und die Anode der zweiten Diode mit einer potentialfreien (floating) Feldplatte verbunden sind, kann die Kathode der ersten Diode mit der ersten Eingangs-/Ausgangselektrode verbunden werden und die Kathode der zweiten Diode kann mit der zweiten Eingangs-/Ausgangselektrode verbunden werden.
  • Bei Ausführungsformen, bei denen das Halbleiterbauelement ein einziges Gate, umfasst, kann das einzige Gate symmetrisch zwischen der ersten Eingangs-/Ausgangselektrode und der zweiten Eingangs-/Ausgangselektrode angeordnet werden.
  • Der Transistor mit hoher Elektronenbeweglichkeit auf der Basis von Nitriden von Elementen der 3. Hauptgruppe kann eine Kanalschicht, die Galliumnitrid (GaN) umfasst, und eine Sperrschicht umfassen, die auf der Kanalschicht angeordnet ist. Die Sperrschicht kann Aluminiumgalliumnitrid (AlxGa(1-x)N, wobei 0 < x < 1 ist) enthalten.
  • Die Sperrschicht kann einen sich räumlich ändernden Aluminiumgehalt umfassen. Der Aluminiumgehalt kann zum Beispiel über die Dicke der Sperrschicht variieren. Bei einigen Ausführungsformen weist die Sperrschicht eine allmählich sich ändernde Zusammensetzung auf, sodass der Aluminiumgehalt in einer Richtung von der Kanalschicht zu dem Gate allmählich zunimmt, während der Galliumgehalt allmählich abnimmt. Bei einigen Ausführungsformen umfasst die Sperrschicht zwei oder mehr Teilschichten, die jeweils Aluminiumgalliumnitrid enthalten, wobei sie einen unterschiedlichen Aluminiumgehalt und folglich einen unterschiedlichen Galliumgehalt aufweisen.
  • Wie oben erörtert, wurde, können die erste Diode und die zweite Diode jeweils eine diskrete Komponente umfassen. Bei einigen Ausführungsformen sind die erste Diode und die zweite Diode in den HEMT integriert. Die erste Diode und die zweite Diode können eine pn-Diode sein.
  • Mindestens eine aus einer p-dotierten GaN-Schicht und einer p-dotierten Aluminiumgalliumnitridschicht (AlzGa(1-z)N, wobei 0 < z < 1 ist) kann unter dem Gate angeordnet sein, um eine Anreicherungstyp-Bauelement bereitzustellen. Bei einigen Ausführungsformen ist eine einzige p-dotierte GaN-Schicht oder eine einzige p-dotierte Aluminiumgalliumnitridschicht unter dem Gate angeordnet. Bei einigen Ausführungsformen können zwei oder mehr p-dotierte Schichten mit einem Nitrid von Elementen der 3. Hauptgruppe unter dem Gate angeordnet werden. Bei einer Ausführungsform wird ein Stapel bereitgestellt, der eine p-dotierte Aluminiumgalliumnitridschicht, eine p-dotierte Galliumnitridschicht, die auf der p-dotierten Aluminiumgalliumnitridschicht angeordnet ist, und ein Gate umfasst, das auf der p-dotierten Galliumnitridschicht angeordnet ist, um eine Anreicherungstyp-Bauelement zu bilden.
  • Mindestens eine der ersten Diode und der zweiten Diode kann aus einer oder mehreren Transistorzellen des HEMT gebildet werden, der eine Struktur mit MOS-Gates aufweist. Bei Ausführungsformen, bei denen der HEMT ein Anreicherungstyp-Bauelement ist und eine p-dotierte GaN-Schicht und/oder eine p-dotierte Aluminiumgalliumnitridschicht unter dem Gate umfasst, kann mindestens eine der ersten und der zweiten Diode eine pn-Diode sein. Bei einigen Ausführungsformen kann eine Diode eine pn-Diode sein und die andere Diode kann eine oder mehrere Transistorzellen umfassen, die eine Struktur mit MOS-Gate-Struktur aufweisen.
  • Die erste Diode kann eine Transistorstruktur umfassen, die eine erste Lastelektrode, eine Gate-Elektrode und eine zweite Lastelektrode umfasst. Die Gate-Elektrode ist mit der ersten Lastelektrode elektrisch verbunden, um die Struktur mit MOS-Gates zu bilden, und die zweite Lastelektrode kann mit einer der Eingangs-/Ausgangselektroden des HEMT elektrisch verbunden sein. Die Transistorstruktur, welche die Diode bereitstellt, umfasst eine Anreicherungstyp-Transistorstruktur. Diese kann durch eine p-dotierte Schicht mit einem Nitrid von Elementen der 3. Hauptgruppe bereitgestellt werden, die zum Beispiel unter dem Gate oder einer Gate-Vertiefung angeordnet ist. Die p-dotierte Schicht mit einem Nitrid von Elementen der 3. Hauptgruppe kann mindestens eine aus zum Beispiel einer p-dotierten GaN-Schicht und einer p-dotierten Aluminiumgalliumnitridschicht, AlzGa(1-z)N, umfassen.
  • Bei Ausführungsformen, bei denen der HEMT ein Verarmungstyp-Bauelement ist, unterscheidet sich die Transistorstruktur der Transistorzellen, welche die Dioden bilden, von der Transistorstruktur der Transistorzellen, welche den HEMT bilden. Zum Beispiel können die Transistorzellen, welche die Dioden bilden, eine p-dotierte Schicht mit einem Nitrid von Elementen der 3. Hauptgruppe umfassen, die zwischen dem Gate und der Sperrschicht angeordnet ist, wohingegen in den Transistorzellen, die den bidirektionalen Schalter bilden, das Gate direkt auf der Sperrschicht angeordnet sein kann. Bei einem weiteren Beispiel können die Transistorzellen, welche die Dioden bilden, ein vertieftes Gate (recessed gate) umfassen, sodass die Dicke der Sperrschicht unter dem Gate reduziert ist, wohingegen in den Transistorzellen, die den bidirektionalen Schalter bilden, die Sperrschicht eine im Wesentlichen gleichförmige Dicke neben und unter dem Gate aufweist.
  • 2 stellt ein Halbleiterbauelement 30 dar, die einen HEMT 31 auf der Basis von Nitriden von Elementen der 3. Hauptgruppe umfasst, der als bidirektionaler Schalter ausgebildet ist. Der HEMT 31 auf der Basis von Nitriden von Elementen der 3. Hauptgruppe umfasst eine Kanalschicht 32, die auf einem Substrat 33 angeordnet ist, und eine Sperrschicht 34, die auf der Kanalschicht 32 angeordnet ist. Die Kanalschicht 32 umfasst Galliumnitrid (GaN) und die Sperrschicht 34 umfasst Aluminiumgalliumnitrid (AlxGa(1-x)N, wobei 0 < x < 1 ist). Ein zweidimensionales Elektronengas (2DEG), das in 2 durch die gestrichelte Linie 42 schematisch angezeigt wird, kann durch eine induzierte und spontane Polarisation an der Grenzfläche 35 zwischen der Kanalschicht 32 und der Sperrschicht 34 gebildet werden. Das Substrat 33 kann Silicium, Siliciumcarbid oder Saphir umfassen. Eine oder mehrere Pufferschichten oder Übergangsschichten können zwischen dem Substrat 33 und der Kanalschicht 32 angeordnet werden.
  • Der HEMT 31 auf der Basis von Nitriden von Elementen der 3. Hauptgruppe ist ein laterales Bauelement, die eine erste Eingangs-/Ausgangselektrode 36, eine zweite Eingangs-/Ausgangselektrode 37 und ein Gate 38 umfasst, die auf der Sperrschicht 34 angeordnet sind. Das Gate 38 weist eine T-Form auf und ist im Wesentlichen symmetrisch zwischen der ersten Eingangs-/Ausgangselektrode 36 und der zweiten Eingangs-/Ausgangselektrode 37 angeordnet. Diese Anordnung kann verwendet werden, um eine im Wesentlichen symmetrische Spannungssperrfähigkeit in beiden Richtungen zu erreichen.
  • Das Halbleiterbauelement 30 umfasst außerdem eine Feldplattenstruktur 39, die mit dem Gate-Potential verbunden ist. Die Feldplattenstruktur 39 weist eine T-Form auf, die einen vertikalen Anteil 40 und einen horizontalen Anteil 41 umfasst, der sich lateral nach außen von dem vertikalen Anteil 40 weg erstreckt. Die Feldplattenstruktur 39 kann im Wesentlichen T-förmig vorgesehen sein. Die Feldplattenstruktur 39 ist auf dem T-förmigen Gate 38 angeordnet und mit diesem elektrisch verbunden. Die laterale Ausdehnung bzw. Erstreckung des horizontalen Anteils 41 der Feldplattenstruktur 39 ist größer als die laterale Ausdehnung bzw. Erstreckung des T-förmigen Gates 38.
  • Die Feldplattenstruktur 39 kann verwendet werden, um die Zuverlässigkeit des durch den HEMT 31 bereitgestellten bidirektionalen lateralen Schalters zu vergrößern.
  • 3 stellt ein Halbleiterbauelement 50 dar, die einen HEMT 51 auf der Basis von Nitriden von Elementen der 3. Hauptgruppe umfasst, der als bidirektionaler Schalter ausgebildet ist. Der HEMT 51 auf der Basis von Nitriden von Elementen der 3. Hauptgruppe umfasst ein Substrat 52, eine Kanalschicht 53, die auf dem Substrat 52 angeordnet ist, und eine Sperrschicht 54, die auf der Kanalschicht 53 angeordnet ist. Die Kanalschicht 53 umfasst Galliumnitrid (GaN) und die Sperrschicht 54 umfasst Aluminiumgalliumnitrid (AlxGa(1-x)N, wobei 0 < x < 1 ist), sodass an der Grenzfläche 55 zwischen der Kanalschicht 53 und der Sperrschicht 54 ein zweidimensionales Elektronengas (2DEG) gebildet werden kann, das in 3 schematisch durch die gestrichelte Linie 65 angezeigt wird. Die erste Eingangs-/Ausgangselektrode 56 und die zweite Eingangs-/Ausgangselektrode 57 sind auf der Sperrschicht 54 und in einem Abstand voneinander angeordnet. Bei dieser Ausführungsform umfasst der HEMT 51 auf der Basis von Nitriden von Elementen der 3. Hauptgruppe zwei unabhängig steuerbare Gates 58, 59 die in einem Abstand voneinander und auf der Sperrschicht 54 zwischen der ersten Eingangs-/Ausgangselektrode 56 und der zweiten Eingangs-/Ausgangselektrode 57 angeordnet sind.
  • Der HEMT 51 auf der Basis von Nitriden von Elementen der 3. Hauptgruppe umfasst eine Feldplattenstruktur 60, die mit dem Source-Potential verbunden ist. Die Feldplattenstruktur 60 umfasst einen vertikalen Anteil 61 und einen horizontalen Anteil 62, der sich von dem vertikalen Anteil 61 weg erstreckt. Der vertikale Anteil 61 ist zwischen den beiden Gates 58, 59 angeordnet und der horizontale Anteil 62 erstreckt sich über die Gates 58, 59 und ist ein einem Abstand von diesen angeordnet. Die laterale Ausdehnung des horizontalen Anteils 62 ist derart, dass sie sich in Richtungen auf die erste Eingangs-/Ausgangselektrode 56 und über die äußerste Stirnkante des Gates 58 hinaus und in entgegengesetzter Richtung auf die zweite Eingangs-/Ausgangselektrode 57 und über die äußerste Stirnkante des Gates 59 hinaus erstreckt. Der Gate-Source-Abstand und der Gate-Drain-Abstand werden so gewählt, dass die Anforderungen an die Sperrspannung erfüllt werden.
  • Durch das Verwenden einer geeigneten Gate-Schaltsequenz wird die Feldplattenstruktur 60, die in der Mitte zwischen der ersten Eingangs-/Ausgangselektrode 56 und der zweiten Eingangs-/Ausgangselektrode 57 angeordnet ist mit dem Source-Potential oder dem Fast-Source-Potential bzw. Nahezu-Source-Potential verbunden. Dies kann verwendet werden, um eine Reduzierung des elektrischen Felds an dem Gate-Rand in Richtung auf die Hochvolt-Klemme zusammen mit einem niedrigen Gate-Drain-Kapazitätswert zu erlauben.
  • Der HEMT 51 auf der Basis von Nitriden von Elementen der 3. Hauptgruppe kann ein Verarmungstyp-Bauelement sein. Bei einigen Ausführungsformen wie zum Beispiel der in 4 dargestellten Ausführungsformen ist der HEMT 51 auf der Basis von Nitriden von Elementen der 3. Hauptgruppe eine Anreicherungstyp-Bauelement. Bei der in 4 dargestellten Ausführungsform ist eine p-dotierte Galliumnitridschicht 63 zwischen dem ersten Gate 58 und der Sperrschicht 54 angeordnet und eine p-dotierte Galliumnitridschicht 64 ist zwischen dem zweiten Gate 59 und der Sperrschicht 54 angeordnet, um ein Anreicherungstyp-Transistorbauelement bereitzustellen, die normalerweise ausgeschaltet ist. Das zweidimensionale Elektronengas (2DEG) an der Grenzfläche 55 zwischen der Kanalschicht 53 und der Sperrschicht 54 wird in 4 schematisch durch die gestrichelte Linie 66 angezeigt. Die laterale Ausdehnung der Galliumnitridschichten 63, 64 entsprechen der lateralen Ausdehnung der Basis des jeweiligen Gates 58, 59. Der vertikale Anteil 61 der Feldplattenstruktur 59 ist zwischen den p-dotierten GaN-Schichten 63, 64 und ihren jeweiligen Gates 58, 59 angeordnet und steht in einem Kontakt mit der Sperrschicht 54.
  • Bei einigen Ausführungsformen kann eine p-dotierte AlGaN-Schicht anstatt der p-dotierten Galliumnitridschichten (GaN-Schichten) 63, 64 verwendet werden. Bei einigen Ausführungsformen können zwei p-dotierte Teilschichten auf der Basis von Nitriden von Elementen der 3. Hauptgruppe zwischen den Gates 58, 59 und der Sperrschicht 54 bereitgestellt werden. Zum Beispiel kann eine p-dotierte Aluminiumgalliumnitridteilschicht auf der Sperrschicht 54 angeordnet werden, eine p-dotierte Galliumnitridteilschicht kann auf der p-dotierten Aluminiumgalliumnitridteilschicht angeordnet werden und die Gates 58, 59 werden auf der p-dotierten Galliumnitridteilschicht angeordnet.
  • 5 stellt ein Halbleiterbauelement 70 dar, das einen HEMT 71 auf der Basis von Nitriden von Elementen der 3. Hauptgruppe umfasst, der als bidirektionaler Schalter ausgebildet ist. Der HEMT 71 auf der Basis von Nitriden von Elementen der 3. Hauptgruppe umfasst ein Substrat 72, eine Kanalschicht 73, die Galliumnitrid umfasst und auf dem Substrat 72 angeordnet ist, und eine Sperrschicht 74, die Aluminiumgalliumnitrid umfasst und auf der Kanalschicht 73 angeordnet ist. Ein zweidimensionales Elektronengas (2DEG) kann an der Grenzfläche 75 zwischen der Kanalschicht 73 und der Sperrschicht 74 gebildet werde, wie in 5 schematisch durch die gestrichelte Linie 85 angezeigt wird. Der HEMT 71 auf der Basis von Nitriden von Elementen der 3. Hauptgruppe umfasst zwei unabhängig betreibbare Gates 76, 77, die auf der Sperrschicht 74 und in einem Abstand voneinander angeordnet sind. Jedes der Gates 76, 77 weist eine T-Form auf. Der HEMT 71 auf der Basis von Nitriden von Elementen der 3. Hauptgruppe umfasst auch eine erste Eingangs-/Ausgangselektrode 78 und eine zweite Eingangs-/Ausgangselektrode 79, die auf der Sperrschicht 74 angeordnet sind. Die Gates 76, 77 sind zwischen der ersten Eingangs-/Ausgangselektrode 78 und der zweiten Eingangs-/Ausgangselektrode 79 angeordnet.
  • Der HEMT 71 auf der Basis von Nitriden von Elementen der 3. Hauptgruppe umfasst auch eine Feldplattenstruktur 80, die bei dieser Ausführungsform zwei getrennte Anteile umfasst. Ein erster Anteil 81 erstreckt sich von der ersten Eingangs-/Ausgangselektrode 78 über das erste Gate 76. Der erste Anteil 81 ist im Wesentlichen horizontal und in einem Abstand von und über dem ersten Gate 76 angeordnet. Die Feldplattenstruktur 80 umfasst auch einen zweiten Anteil 82, der sich im Wesentlichen horizontal von der zweiten Eingangs-/Ausgangselektrode 79 über das zweite Gate 77 erstreckt. Der zweite Anteil 82 kann im Wesentlichen planparallel mit dem ersten Anteil 81 sein und ist auch in einem Abstand von und über dem zweiten Gate 77 angeordnet. Der erste Anteil 81 der Feldplattenstruktur 80 ist mit der ersten Eingangs-/Ausgangselektrode 78 elektrisch verbunden und der zweite Anteil 82 der Feldplattenstruktur 80 ist mit der zweiten Eingangs-/Ausgangselektrode 79 elektrisch verbunden. Der HEMT 71 auf der Basis von Nitriden von Elementen der 3. Hauptgruppe kann mit einer symmetrischen Struktur um eine Ebene vorgesehen sein, die abstandsgleich zwischen der ersten Eingangs-/Ausgangselektrode 78 und der zweiten Eingangs-/Ausgangselektrode 79 angeordnet ist.
  • Wenn die erste Eingangs-/Ausgangselektrode 78 als der Eingang des bidirektionalen Schalters zum Beispiel als die Source funktioniert, ist der erste Anteil der Feldplattenstruktur 80 mit dem Source-Potential verbunden. Wenn die erste Eingangs-/Ausgangselektrode 78 als der Ausgang des bidirektionalen Schalters zum Beispiel als der Drain funktioniert, ist der erste Anteil der Feldplattenstruktur 80 mit dem Drain-Potential verbunden.
  • Die Gate-Drain-Kapazität des HEMT 71 kann von dem Gate abgekoppelt werden, da jeweils eine der Feldplatten 81, 82 jeweils mit dem Source- oder dem Fast-Source-Potential verbunden ist. Dies erlaubt, dass die Schaltleistungsfähigkeit verbessert wird, indem die elektrischen Felder an den Gate-Kanten reduziert werden.
  • Der HEMT 71 auf der Basis von Nitriden von Elementen der 3. Hauptgruppe ist in der in 5 dargestellten Ausführungsform eine Verarmungstyp-Bauelement. Wie in 6 dargestellt wird, kann die Feldplattenstruktur 80 jedoch auch für die Anreicherungstyp-Bauelement verwendet werden. Der in 6 dargestellte Anreicherungstyp-HEMT 71' auf der Basis von Nitriden von Elementen der 3. Hauptgruppe umfasst die Feldplattenstruktur 80, die einen ersten Anteil 81, einen zweiten Anteil 82 und zwei Gates 76, 77 aufweist. Der HEMT 71' auf der Basis von Nitriden von Elementen der 3. Hauptgruppe unterscheidet sich dadurch, dass eine p-dotierte Schicht 83, 84 mit Nitriden von Elementen aus der 3. Hauptgruppe wie zum Beispiel eine p-dotierte Galliumnitridschicht oder eine p-dotierte AlGaN-Schicht zwischen jedem der Gates 76, 77 und der Sperrschicht 74 angeordnet ist. Die laterale Ausdehnung der p-dotierten Schicht 83, 84 mit Nitriden von Elementen aus der 3. Hauptgruppe ist im Wesentlichen die gleiche wie die laterale Ausdehnung des vertikalen Anteils der T-förmigen Gates 76, 77. Das zweidimensionale Elektronengas (2DEG) an der Grenzfläche 75 zwischen der Kanalschicht 72 und der Sperrschicht 73 wird schematisch durch die gestrichelte Linie 86 angezeigt.
  • 7 stellt ein Halbleiterbauelement 90 dar, das einen HEMT 91 auf der Basis von Nitriden von Elementen der 3. Hauptgruppe umfasst, der als bidirektionaler Schalter ausgebildet ist gemäß einer Ausführungsform der Erfindung. Der HEMT 91 umfasst eine erste Eingangs-/Ausgangselektrode 92, eine zweite Eingangs-/Ausgangselektrode 93, eine Gate-Struktur 94, eine Feldplattenstruktur 95, eine erste Diode 96 und eine zweite Diode 97. Die erste Diode 96 und die zweite Diode 97 sind antiseriell zwischen der ersten Eingangs-/Ausgangselektrode 92 und der zweiten Eingangs-/Ausgangselektrode 93 gekoppelt und mit der Feldplattenstruktur 95 elektrisch verbunden.
  • Die Feldplattenstruktur 95 umfasst eine elektrisch leitfähige Feldplatte 98, die über der Gate-Struktur 94 angeordnet ist und über die erste Diode 96 und die zweite Diode 97 mit der ersten Eingangs-/Ausgangselektrode 92 und der zweiten Eingangs-/Ausgangselektrode 93 elektrisch verbunden ist. Insbesondere sind die Anode 99 der ersten Diode 96 und die Anode 100 der zweiten Diode 97 mit der Feldplatte 98 elektrisch verbunden. Die Kathode 101 der ersten Diode 96 ist mit der ersten Eingangs-/Ausgangselektrode 92 elektrisch verbunden und die Kathode 102 der zweiten Diode 97 ist mit der zweiten Eingangs-/Ausgangselektrode 93 elektrisch verbunden.
  • In einem bidirektionalen Schalter ist das Source-Potential nicht auf eine zweckbestimmte Klemme festgelegt, da die Source und der Drain austauschbar sind. Die Dioden 96, 97 sind dazu ausgebildet, dem maximalen Sperrspannungsnennwert des HEMT 91 standzuhalten. Aufgrund der Bereitstellung der zwei antiseriell gekoppelten Dioden 96, 97 kann eine einzige HEMT-Bauelement 91 einen bidirektionalen Schalter bereitstellen, bei dem der Eingang in beiden Schaltrichtungen mit der Feldplattenstruktur 95 verbunden ist. Eine zusätzliche Spannung, die dem Vorwärtsspannungsabfall der Diode entspricht, ist in dem Potential der Feldplattenstruktur 95 enthalten. Demzufolge ist das Potential der Feldplattenstruktur 95 geringfügig verschieden von dem reinen Source-Potential und wird hier als „Fast-Source“-Potential bezeichnet. Die Feldplattenstruktur 95 kann als eine selbstanpassende Feldplatte vorgesehen sein, die ein Fast-Source-Potential aufweist, das unabhängig von dem Drain-Potential ist. Demzufolge kann die Gate-Drain-Kapazität entkoppelt und das elektrische Feld der Gate-Kanten kann reduziert werden. Dies kann zu einer Verbesserung bei den Anforderungen an die Lebensdauer des Bauelements führen.
  • Der HEMT 91 auf der Basis von Nitriden von Elementen der 3. Hauptgruppe umfasst eine Kanalschicht 103, die auf einem Substrat 104 angeordnet ist, und eine Sperrschicht 105, die auf der Kanalschicht 103 angeordnet ist. Die Kanalschicht 103 kann Galliumnitrid (GaN) umfassen und die Sperrschicht 105 kann Aluminiumgalliumnitrid (AlxGa(1-x)N, wobei 0 < x < 1 ist) umfassen. Bei dieser Ausführungsform umfasst die Gate-Struktur 94 auch ein T-förmiges Metall. Die laterale Ausdehnung der Feldplatte 98 ist größer als die laterale Ausdehnung der T-förmigen Gate-Struktur 94.
  • Bei einigen Ausführungsformen werden die Dioden 96, 97 durch diskrete Komponenten bereitgestellt. Bei einigen Ausführungsformen sind die Dioden 96, 97 in den HEMT 91 integriert. Bei einigen Ausführungsformen werden die Dioden 96, 97 durch eine oder mehrere Transistorzellen des HEMT bereitgestellt, die verändert werden, um eine Struktur mit einem MOS-Gate aufzuweisen.
  • 8 stellt gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ein schematisches Schaltbild eines Schaltkreises der Anordnung dar, der durch die in 7 dargestellte Halbleiterbauelement 90 bereitgestellt wird. Der Schaltkreis 110 umfasst einen bidirektionalen Schalter 111, der einen erste Eingangs-/Ausgangsknoten 112, einen zweiten Eingangs-/Ausgangsknoten 113, eine erste Diode 114 und eine zweite Diode 115 aufweist. Die erste Diode 114 und die zweite Diode 115 sind antiseriell zwischen dem ersten Eingangs-/Ausgangsknoten 112 und dem zweiten Eingangs-/Ausgangsknoten 113 gekoppelt.
  • Wenn der erste Eingangs-/Ausgangsknoten 112 als ein Eingang funktioniert, funktioniert der zweite Eingangs-/Ausgangsknoten 113 als der Ausgang des bidirektionalen Schalters 111. Wenn der zweite Eingangs-/Ausgangsknoten 113 als der Eingang des bidirektionalen Schalters 111 funktioniert, funktioniert der erste Eingangs-/Ausgangsknoten 112 als der Ausgang des bidirektionalen Schalters 111. Der Schaltkreis 110 ist bidirektional und kann verwendet werden um Spannungen in entgegengesetzten Richtungen zu sperren.
  • Jede der Dioden 114, 115 umfasst eine Kathode und eine Anode. Die Anode 116 der ersten Diode 114 und die Anode 117 der zweiten Diode 115 sind mit einer Feldplattenstruktur 122 elektrisch verbunden, die mit einem Fast-Source-Potential verbunden ist.
  • Die Kathode 119 der ersten Diode 114 ist mit dem ersten Eingangs-/Ausgangsknoten 112 elektrisch verbunden. Die Kathode 120 der zweiten Diode 115 ist mit dem zweiten Eingangs-/Ausgangsknoten 113 elektrisch verbunden.
  • Der bidirektionale Schalter 111 kann durch ein einziges Transistorbauelement 121 bereitgestellt werden. Das einzige Transistorbauelement 121 kann ein Transistor mit hoher Elektronenbeweglichkeit (High Electron Mobility Transistor, HEMT) auf der Basis von Nitriden von Elementen der 3. Hauptgruppe sein.
  • 9 stellt eine schematische Ansicht eines Halbleiterbauelements 130 dar, das ein Transistorbauelement 131, das als bidirektionaler Schalter ausgebildet ist, eine erste Diode 132 und eine zweite Diode 133 umfasst gemäß einer Ausführungsform der Erfindung. Bei dieser Ausführungsform ist das Transistorbauelement 131 ein Transistor mit hoher Elektronenbeweglichkeit (High Electron Mobility Transistor, HEMT) auf der Basis von Nitriden von Elementen der 3. Hauptgruppe und die Dioden 132, 133 sind in das Transistorbauelement 131 integriert und in dem Halbleiterkörper ausgebildet, der den HEMT bereitstellt.
  • Der HEMT 131 umfasst eine Transistorstruktur, die als bidirektionaler Schalter ausgebildet ist, der eine erste Eingangs-/Ausgangskontaktfläche 134, ein einziges Gate 135 und eine zweite Eingangs-/Ausgangskontaktfläche 136 umfasst. Die erste Eingangs-/Ausgangskontaktfläche 134, das einzige Gate 135 und die zweite Eingangs-/Ausgangskontaktfläche 136 sind auf einer Sperrschicht 137 angeordnet, die Aluminiumgalliumnitrid, AlxGa(1-x)N, umfasst, wobei 0 < x < 1 ist, und die auf einer Kanalschicht 138 angeordnet ist, die ihrerseits Galliumnitrid, GaN, umfasst und auf einem Substrat 139 angeordnet ist. Das Gate 135 ist zwischen der ersten Eingangs-/Ausgangskontaktfläche 134 und der zweiten Eingangs-/Ausgangskontaktfläche 136 so angeordnet, dass es im Wesentlichen abstandsgleich von der ersten Eingangs-/Ausgangskontaktfläche 134 und der zweiten Eingangs-/Ausgangskontaktfläche 136 ist. Diese Anordnung kann verwendet werden, um eine im Wesentlichen symmetrische Spannungssperrfähigkeit in beiden Richtungen zu erreichen.
  • Die erste Diode 132 kann durch eine oder mehrere der Transistorzellen des HEMT 131 bereitgestellt werden. Die erste Diode 132 umfasst eine Transistorstruktur, die eine erste Lastelektrode 140, ein Gate 141 und eine zweite Lastelektrode 142 umfasst, die auf der Sperrschicht 137 angeordnet sind. Die zweite Lastelektrode 142 ist durch eine leitfähige Struktur mit dem Gate 141 elektrisch verbunden und bildet die Anode 143 der Diode 132. Die erste Lastelektrode 140 bildet die Kathode der Diode 132 und ist mit der ersten Eingangs-/Ausgangskontaktfläche 134 der Transistorbauelement 131 elektrisch verbunden, was in 9 durch die Linie 145 schematisch dargestellt wird. Die Anode 143 ist mit einer Feldplatte 146 des HEMT 131 elektrisch verbunden, was in 9 durch die Linie 147 schematisch dargestellt wird.
  • Die Feldplatte 146 ist über dem Gate 135 angeordnet und mit diesem elektrisch verbunden. Die Feldplatte 146 weist eine laterale Ausdehnung auf, die in Richtungen auf die erste Eingangs-/Ausgangskontaktfläche 134 und auf die zweite Eingangs-/Ausgangskontaktfläche 135 größer als die laterale Ausdehnung des Gates 135 ist.
  • Die zweite Diode 133 ist auch aus einer oder mehreren der Transistorzellen gebildet und weist auch eine Transistorstruktur auf, die eine erste Lastelektrode 148, ein Gate 149 und eine zweite Lastelektrode 150 umfasst, die auf der Sperrschicht 137 angeordnet sind. Die erste Lastelektrode 148 ist mit dem Gate 149 der ersten Diode 132 elektrisch verbunden und bildet die Anode 151. Die Anode 151 ist mit der Anode 143 der ersten Diode 132 und mit der Feldplatte 146 des HEMT 131 elektrisch verbunden, wie durch die Linie 152 schematisch angezeigt wird. Die zweite Lastelektrode 150 bildet die Kathode der Diode 133 und ist mit der zweiten Eingangs-/Ausgangskontaktfläche 136 des HEMT 131 elektrisch verbunden, was durch die Linie 153 schematisch angezeigt wird.
  • Bei dieser Ausführungsform ist der HEMT 131 ein Verarmungstyp-Bauelement, das normalerweise eingeschaltet ist. Die Transistorzellen, welche die Dioden 132, 133 bilden, weisen jedoch eine Anreicherungstyp-Transistorstruktur auf. Die Anreicherungstyp-Transistorstruktur kann bereitgestellt werden, indem eine Gate-Vertiefung 154, in den Transistorzellen bereitgestellt wird, welche die Dioden 132, 133 bilden, d.h. indem die Dicke der Sperrschicht 137 in dem Bereich unter den Gates 141, 149 reduziert wird.
  • 10 stellt eine schematische Ansicht eines Halbleiterbauelements 160 dar gemäß einer Ausführungsform der Erfindung, das einen HEMT 131' auf der Basis von Nitriden von Elementen der 3. Hauptgruppe, eine erste Diode 132' und eine zweite Diode 133' umfasst, die beide eine Transistorstruktur umfassen und die wie in der Ausführungsform der 9 in den HEMT 131' integriert sind. Ähnliche Merkmale werden durch ähnliche Bezugszeichen angezeigt, die mit einem Strich „'“ versehen sind.
  • Das Halbleiterbauelement 160 unterscheidet sich von dem in 9 dargestellten Halbleiterbauelement 130 dadurch, dass der HEMT 131' ein Anreicherungstyp-Bauelement ist, das normalerweise ausgeschaltet ist. Die Anordnung des HEMT 131 kann auf verschiedene Weisen verändert werden, um das Verarmungstyp-Bauelement 131 in ein Anreicherungstyp-Bauelement 131' zu wandeln. Bei einer in 10 dargestellten Ausführungsform wird eine p-dotierte Schicht 161 mit Nitriden von Elementen aus der 3. Hauptgruppe wie zum Beispiel eine p-dotierte GaN-Schicht oder eine p-dotierte AlGaN-Schicht bereitgestellt, die zwischen dem Gate 135' und der Sperrschicht 137' angebracht ist. Bei weiteren Ausführungsformen kann ein vertieftes (recessed) Gate verwendet werden, um eine Anreicherungstyp-Bauelement herzustellen. Die Dioden 132', 133' umfassen auch einen p-dotierten GaN-Bereich 162 bzw. 163, der zwischen der Sperrschicht 137' und dem Gate-Metall 141', das einen Teil der Anode 143' der ersten Diode 132' bildet, sowie dem Gate-Metall 149' angeordnet ist, das die Anode 151' der zweiten Diode 133' bildet. Die Dioden 132', 133' sind antiseriell elektrisch so zwischen die erste Eingangs-/Ausgangskontaktfläche 134' und die zweite Eingangs-/Ausgangskontaktfläche 136' gekoppelt, dass die Anoden 143', 151' mit der Feldplatte 146' elektrisch verbunden sind.
  • Die Transistorzellen stellen den HEMT 131' bereit und ein bidirektionaler Schalter und die Dioden 132', 133' können die gleiche Transistorstruktur aufweisen. Zum Beispiel können die Transistorzellen, die den HEMT 131' und den bidirektionalen Schalter bereitstellen, und die Transistorzelle oder Transistorzellen, welche die Dioden 132', 133' bereitstellen, ein tiefergelegtes Gate aufweisen oder eine p-dotierte Schicht mit Nitriden von Elementen der 3. Hauptgruppe unter dem Gate umfassen.
  • Wie oben erörtert wurde, kann der Transistor mit hoher Elektronenbeweglichkeit auf der Basis von Nitriden von Elementen der 3. Hauptgruppe, der als ein bidirektionaler Schalter ausgebildet ist, ein Anreicherungstyp-Bauelement umfassen. Das Anreicherungstyp-Bauelement kann mindestens eine p-dotierte Schicht mit Nitriden von Elementen der 3. Hauptgruppe wie zum Beispiel eine p-dotierte GaN-Schicht und/oder eine p-dotierte Aluminiumgalliumnitridschicht umfassen, die zwischen dem Metall-Gate und der Sperrschicht angeordnet ist.
  • 11 stellt eine schematische Ansicht eines Transistors mit hoher Elektronenbeweglichkeit (High Electron Mobility Transistor, HEMT) 170 auf der Basis von Nitriden von Elementen der 3. Hauptgruppe dar, der als bidirektionaler Schalter 171 ausgebildet ist, der eine p-dotierte Schicht mit Nitriden von Elementen der 3. Hauptgruppe 172 umfasst, die zwischen einem T-förmigen Metall-Gate 173 und einer Sperrschicht 174 angeordnet ist. Die Sperrschicht 174 umfasst Aluminiumgalliumnitrid und ist auf einer Kanalschicht 175 angeordnet, die Galliumnitrid umfasst, die ihrerseits auf einem Substrat 176 angeordnet ist. Ein zweidimensionale Elektronengas (2DEG) wird an der Grenzfläche zwischen der Kanalschicht 175 und der Sperrschicht 174 durch eine induzierte und spontane Polarisation gebildet, wie durch die gestrichelte Linie 179 schematisch angezeigt wird. Die p-dotierte Schicht mit Nitriden von Elementen der 3. Hauptgruppe 172 umfasst zwei Teilschichten 177, 178. Die erste Teilschicht 177 ist auf der Sperrschicht 174 angeordnet und umfasst ein p-dotiertes Aluminiumgalliumnitrid. Die zweite Teilschicht 179 ist auf der ersten Teilschicht 178 angeordnet und umfasst ein p-dotiertes Galliumnitrid. Der vertikale Anteil des T-förmigen Gates 173 ist auf der p-dotierten Galliumnitridschicht 178 angeordnet. Die laterale Ausdehnung der beiden Teilschichten 178, 179 kann im Wesentlichen die gleiche wie die laterale Ausdehnung der Basis des Gates 173 sein.
  • Diese Struktur der p-dotierten Schicht mit Nitriden von Elementen der 3. Hauptgruppe 172 kann für Transistoren mit hoher Elektronenbeweglichkeit auf der Basis von Nitriden von Elementen der 3. Hauptgruppe verwendet werden, die ein einziges Gate umfassen, wie zum Beispiel der Transistor, der in 11 dargestellt wird, sowie für HEMTs, die zwei unabhängig steuerbare Gates umfassen. Der HEMT 170 kann gemäß einer der hier beschriebenen Ausführungsformen eine Feldplattenstruktur 180 umfassen. Der HEMT 170 kann gemäß einer hier beschriebenen Ausführungsform auch zwei Dioden umfassen, die antiseriell zwischen die erste Eingangs-/Ausgangselektrode 181 und die zweite Eingangs-/Ausgangselektrode 182 verbunden sind und auch mit der Feldplattenstruktur 180 gekoppelt sind.
  • 12 stellt eine schematische Ansicht eines Bauelements 190 auf der Basis von Nitriden von Elementen der 3. Hauptgruppe dar, die einen bidirektionalen Schalter umfasst. Der HEMT 190 auf der Basis von Nitriden von Elementen der 3. Hauptgruppe umfasst eine Kanalschicht 191 und eine Sperrschicht 192, die auf der Kanalschicht 191 angeordnet ist. Die Kanalschicht 191 ist auf einem Substrat 200 angeordnet. Die Kanalschicht 191 kann Galliumnitrid enthalten und die Sperrschicht 192 kann Aluminiumgalliumnitrid enthalten, sodass an der Grenzfläche zwischen der Aluminiumgalliumnitridschicht und der Galliumnitridschicht ein zweidimensionales Elektronengas (2DEG) 193 gebildet wird. Die Zusammensetzung der Sperrschicht 192 kann innerhalb der Sperrschicht 192 variieren.
  • Die Zusammensetzung der Sperrschicht 192 kann in Richtungen variieren, die im Wesentlichen senkrecht zu dem zweidimensionalen Elektronengas 193 stehen. Insbesondere können der Aluminiumgehalt und folglich der Galliumgehalt über die Dicke der Sperrschicht 192 zum Beispiel von der Grenzfläche 194 zwischen der Sperrschicht 192 und der Kanalschicht 191 bis zur äußersten Oberfläche 195 der Sperrschicht 192 variieren. Die Zusammensetzung kann allmählich variieren, was eine Zusammensetzungsstruktur mit einer allmählichen Variation bereitstellt.
  • Bei einigen Ausführungsformen umfasst die Sperrschicht 192 zwei oder mehr Teilschichten 196, 197 mit einer unterschiedlichen Zusammensetzung insbesondere Aluminiumgalliumnitrid in einer unterschiedlichen Zusammensetzung. Die erste Teilschicht 196, die auf der Kanalschicht 191 angeordnet ist, kann einen Aluminiumgehalt umfassen, der niedriger ist, als der Aluminiumgehalt der zweiten Teilschicht 197, die auf der ersten Teilschicht 196 angeordnet ist.
  • Eine Sperrschicht 192 mit einer räumlich variierenden Zusammensetzung kann mit einem oder mehreren der Merkmale der hier beschriebenen Ausführungsformen der HEMTs verwendet werden. Zum Beispiel kann die Sperrschicht 192 mit einer räumlich variierenden Zusammensetzung für HEMTs verwendet werden, die als bidirektionale Schalter ausgebildet sind und die ein einziges Gate 198 oder zwei unabhängig steuerbare Gates mit einer Feldplattenstruktur 199, die mit einem Source-Potential oder einem freien (floating) Potential verbunden ist, und mit Ausführungsformen umfassen, die zwei Dioden, die antiseriell zwischen der ersten Eingangs-/Ausgangselektrode 201 und der zweiten Eingangs-/Ausgangselektrode 202 gekoppelt sind, und eine Feldplattenstruktur 199 umfassen, die über dem Gate oder den Gates angeordnet ist.
  • Die Anordnung der ersten Eingangs-/Ausgangselektrode und der zweiten Eingangs-/Ausgangselektrode ist nicht auf eine Position auf einer äußersten ebenen Oberfläche der Sperrschicht beschränkt. Bei einigen Ausführungsformen können sich die erste Eingangs-/Ausgangselektrode und die zweite Eingangs-/Ausgangselektrode in die Sperrschicht erstrecken und können sich bis zur Grenzfläche zwischen der Sperrschicht und der darunterliegenden Kanalschicht erstrecken oder sie können sich in die Kanalschicht erstrecken.
  • Die räumlich bezogenen Begriffe wie zum Beispiel „unter“, „unterhalb“, „untere“, „über“, „oberhalb“ und ähnliche werden für eine einfache Beschreibung verwendet, um die Platzierung eines Elements in Bezug auf ein zweites Element zu erläutern. Diese Begriffe sind so zu verstehen, dass sie verschiedene Ausrichtungen des Bauelements zusätzlich zu den Ausrichtungen umfassen, die in den Figuren dargestellt sind.
  • Außerdem werden die Begriffe „erste“, „zweite“ und ähnliche auch verwendet, um mehrere Elemente, Bereiche, Abschnitte usw. zu beschreiben und sind auch nicht als einschränkend zu verstehen. Gleiche Begriffe beziehen sich in der ganzen Beschreibung auf die jeweils gleichen Elemente.
  • So wie die Begriffe „aufweisen“, „enthalten“, „beinhalten“, „umfassen“ und ähnliche hier verwendet werden, sind dies offene Begriffe, welche das Vorhandensein der angegebenen Elemente oder Merkmale anzeigen, aber sie schließen zusätzliche Elemente oder Merkmale nicht aus. Die Artikel „ein“, „eine“, „der“, „die“ und „das“ sind so zu verstehen, dass sie sowohl die Einzahl- als auch die Mehrzahlformen gleichermaßen umfassen, ausgenommen wenn der Zusammenhang eindeutig das Gegenteil anzeigt.
  • Es ist selbstverständlich, dass die Merkmale der verschiedenen hier beschriebenen Ausführungsformen miteinander kombiniert werden können, außer wenn dies ausdrücklich vermerkt wird.
  • Obwohl hier spezifische Ausführungsformen dargestellt und beschrieben wurden, versteht der Fachmann, dass eine Vielfalt an alternativen und/oder äquivalenten Umsetzungen die gezeigten und beschriebenen spezifischen Ausführungsformen ersetzen können, ohne vom Umfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Diese Anmeldung ist so zu verstehen, dass sie alle Anpassungen und Variationen der hier erörterten spezifischen Ausführungsformen abdeckt. Daher ist diese Erfindung so zu verstehen, dass sie nur durch die Ansprüche und deren Äquivalenzen beschränkt wird.

Claims (14)

  1. Halbleiterbauelement mit einem Gruppe III-Nitrid-basierten Transistor (90; 131; 131') mit hoher Elektronenbeweglichkeit, der als bidirektionaler Schalter ausgebildet ist und der umfasst: eine erste Eingangs-/Ausgangselektrode (92; 134; 134'), eine zweite Eingangs-/Ausgangselektrode (93; 136; 136'), eine Gate-Struktur (94; 135; 135'), die zwischen der ersten Eingangs-/Ausgangselektrode (92; 134; 134') und der zweiten Eingangs-/Ausgangselektrode (93; 136; 136') angeordnet ist, eine Feldplattenstruktur (95; 146; 146'), eine erste Diode (96; 132; 132'), und eine zweite Diode (97; 133; 133'), wobei die erste Diode (96; 132; 132') und die zweite Diode (97; 133; 133') antiseriell zwischen die erste Eingangs-/Ausgangselektrode (92; 134; 134') und die zweite Eingangs-/Ausgangselektrode (93; 136; 136') gekoppelt sind, wobei die Gate-Struktur (94; 135; 135') ein einziges Gate umfasst, wobei eine Anode (99; 142; 142') der ersten Diode (96; 132; 132') und eine Anode (100; 151; 151') der zweiten Diode (97; 133; 133') mit einer Feldplatte (98; 146; 146') der Feldplattenstruktur (95; 146; 146') verbunden sind, die über dem einzigen Gate angeordnet ist, wobei eine Kathode (101; 140; 140') der ersten Diode (96; 132; 132') mit der ersten Eingangs-/Ausgangselektrode (92; 134; 134') verbunden ist und wobei eine Kathode (102; 150; 150') der zweiten Diode (97; 133; 133') mit der zweiten Eingangs-/Ausgangselektrode (96; 132; 132') verbunden ist.
  2. Halbleiterbauelement nach Anspruch 1, wobei die Gate-Struktur (94; 135; 135') ein T-förmiges Gate-Metall umfasst.
  3. Halbleiterbauelement nach einem der vorangehenden Ansprüche, das ferner mindestens eine p-dotierte Gruppe III-Nitrid-Schicht (161) unter der Gate-Struktur (135') umfasst.
  4. Halbleiterbauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Feldplattenstruktur (95; 146; 146') in Bezug auf die erste Eingangs-/Ausgangselektrode (92; 134; 134') und die zweite Eingangs-/Ausgangselektrode (93; 136; 136') im Wesentlichen symmetrisch angeordnet ist.
  5. Halbleiterbauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Feldplattenstruktur in Bezug auf die erste Eingangs-/Ausgangselektrode und die zweite Eingangs-/Ausgangselektrode asymmetrisch angeordnet ist, wobei der als bidirektionaler Schalter ausgebildete Transistor dazu ausgebildet ist, unterschiedliche Spannungen in zwei entgegengesetzten Richtungen zu sperren.
  6. Halbleiterbauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die erste Diode (96; 132; 132') und die zweite Diode (97; 133; 133') diskrete Komponenten umfassen.
  7. Halbleiterbauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die erste Diode (96; 132; 132') und die zweite Diode (97; 133; 133') und der Gruppe III-Nitrid-basierte Transistor mit hoher Elektronenbeweglichkeit in demselben Halbleiterkörper integriert sind.
  8. Halbleiterbauelement nach Anspruch 7, wobei mindestens eine der ersten Diode (132; 132') und der zweiten Diode (133; 133') eine Anreicherungstyp-Transistorstruktur mit einer ersten Lastelektrode (140, 150; 140', 150'), einer Gate-Elektrode (141, 149; 141', 149') und einer zweiten Lastelektrode (142, 151; 142', 151') umfasst, wobei die zweite Lastelektrode (142, 151; 142', 151')mit der Gate-Elektrode (141, 149; 141', 149') verbunden ist und die Anode bildet, und wobei die erste Lastelektrode (140, 150; 140', 150') die Kathode bildet.
  9. Halbleiterbauelement nach einem der vorangehenden Ansprüche , wobei mindestens eine der ersten Diode und der zweiten Diode (96, 97) eine pn-Diode ist.
  10. Halbleiterbauelement nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der Gruppe III-Nitrid-basierte Transistor (90; 131; 131') mit hoher Elektronenbeweglichkeit ein Verarmungstyp-Bauelement oder ein Anreicherungstyp-Bauelement ist.
  11. Halbleiterbauelement nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der Gruppe III-Nitrid-basierte Transistor (90; 131; 131') mit hoher Elektronenbeweglichkeit weiterhin umfasst: eine Kanalschicht (103; 138; 138'), die GaN umfasst, und eine Sperrschicht (105; 137; 137'), die auf der Kanalschicht (103; 138; 138') angeordnet und die AlxGa(1-x)N umfasst, wobei 0 < x < 1 ist.
  12. Halbleiterbauelement nach Anspruch 11, die außerdem mindestens eine p-dotierte Gruppe III-Nitrid-Schicht (162) umfasst, die zwischen dem Gate (135')und der Sperrschicht (137') angeordnet ist.
  13. Halbleiterbauelement nach Anspruch 11, wobei die p-dotierte Gruppe III-Nitrid-Schicht (162) mindestens eine aus der Gruppe umfasst, die aus einer p-dotierten GaN-Schicht und einer p-dotierten AlzGa(1-z)N-Schicht besteht, wobei 0 < z < 1 ist.
  14. Halbleiterbauelement nach einem der Ansprüche 11 bis 13, wobei die Sperrschicht (105; 137; 137') einen Aluminiumgehalt aufweist, der über die Dicke der Sperrschicht (105; 137; 137') variiert.
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