DE102014107318B4 - Gatespannungssteuerung für III-Nitrid-Transistoren - Google Patents
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Abstract
Halbleiter-Plättchen, das aufweist:ein III-Nitrid-Halbleitersubstrat (100);einen Leistungs-HEMT (102), der im III-Nitrid-Halbleitersubstrat (100) angeordnet ist und ein Gate (106), ein Source (108; 124) und ein Drain (110) aufweist; undeinen ersten Gate-Treiber-HEMT (104; 204), der monolithisch mit dem Leistungs-HEMT (102) im III-Nitrid-Halbleitersubstrat (100) integriert ist und ein Gate (106'; 106"), ein Source (108; 124; 206) und ein Drain (110'; 110") aufweist, wobei der erste Gate-Treiber-HEMT (104; 204) logisch einen Teil eines Treibers bildet und elektrisch mit dem Gate (106) des Leistungs-HEMT (102) verbunden ist und dazu ausgebildet ist, den Leistungs-HEMT (102) als Reaktion auf ein extern generiertes, vom Treiber oder einem anderen Bauelement empfangenes Steuersignal aus- oder einzuschalten,wobei der Leistungs-HEMT (102) vom ersten Gate-Treiber-HEMT (104) durch ein Isolationsgebiet (122) getrennt ist, das im III-Nitrid-Halbleitersubstrat (100) angeordnet ist.
Description
- Die vorliegende Anmeldung bezieht sich auf III-Nitrid-Transistoren und insbesondere auf das Steuern der Gate-Spannung von III-Nitrid-Transistoren.
- Abwärtswandler werden verbreitet zur Gleichspannungswandlung verwendet und weisen vorzugsweise einen hohen Wirkungsgrad auf. Um einen hohen Wirkungsgrad zu erreichen, müssen die High-Side- und Low-Side-Leistungstransistoren einer Abwärtswandler-Ausgangsstufe sehr schnell geschaltet werden und so wenig Spielraum (d. h. Totzeit) wie möglich verwenden. Allerdings wird bei sehr schnellem Schalten eine Spannung am Gate wenigstens eines der Leistungstransistoren induziert. Eine solche induzierte Gate-Spannung führt zu einem Einschalten des Bauelements, Querströmen (engl. cross-conduction) und sehr hohen Verlusten, es sei denn, es wird ausreichend Totzeit vorgegeben, um diese Bedingungen zu vermeiden.
- Leistungs-HEMTs (engl. high-electron-mobility transistors, etwa: Transistoren mit hoher Elektronenbeweglichkeit) stellen theoretisch gegenüber Silizium-MOSFETs in Gleichspannungswandlern erhebliche Leistungsdichte-, Einschaltwiderstand-, Schaltfrequenz- und Wirkungsgrad-Vorteile bereit, stellen Entwickler aber vor neue Herausforderungen. Zum Beispiel werden Abwärtswandler typischerweise so gehäust, dass die Leistungstransistoren der Ausgangsstufe in einem oder mehreren Plättchen (Chips) und der Treiber für die Ausgangsstufe auf einem separaten Plättchen angeordnet sind. Bei einer solchen Anordnung ist der induktive Blindwiderstand zwischen dem Treiber und dem Gate der Ausgangsstufe so groß, dass die Gate-Spannung aufgrund des dynamischen Spannungsabfalls über der Reihe aus parasitärem ohmschen Widerstand und induktivem Blindwiderstand nicht perfekt gesteuert werden kann. Dies wiederum verursacht Spannungsspitzen am Gate der Leistungstransistoren, es sei denn, die Totzeit wird erhöht, was wiederum den Wirkungsgrad reduziert. Wenn sie ungeschwächt belassen werden, machen solche Spannungsspitzen die Verwendung von HEMTs in Leistungswandlern unmöglich, weil konventionelle HEMTs sehr viel empfindlicher gegenüber Gate-Spannungsspitzen als Silizium-MOSFETs sind.
- Die Druckschrift US 2012 / 0 268 091 A1 beschreibt eine elektronische Schaltung mit einem ersten und einem zweiten HEMT, deren Drain-Source-Strecken parallel geschaltet sind, und mit einer Treiberschaltung. Die beiden HEMTs und die Treiberschaltung sind hierbei auf einem gemeinsamen Substrat angeordnet.
- Die Druckschrift US 2012 / 0 127 767 A1 beschreibt eine Kettenschaltung mit mehreren JFETs (Junction Field-Effect Transistors), wobei der Gateanschluss jedes der JFETs an den Sourceanschluss eines jeweils anderen der JFETs angeschlossen ist.
- Die Druckschrift US 2013 / 0 033 243 A1 beschreibt einen Schaltwandler mit einer Halbbrücke und einer Ansteuerschaltung für einen Low-Side-Schalter und einen High-Side-Schalter, die jeweils als MOSFET ausgebildet sind, der Halbbrücke. Die Ansteuerschaltung umfasst für den Low-Side-Schalter und den High-Side-Schalter jeweils einen Treiber, der eine Halbbrücke mit zwei weiteren MOSFETs umfasst.
- Die Druckschrift US 2011 / 0 284 869 A1 beschreibt einen HEMT.
- Die Druckschrift US 2011 / 0 074 375 A1 beschreibt einen Schaltwandler mit einer Halbbrücke, die einen Low-Side-Schalter und einen High-Side-Schalter aufweist, wobei die beiden Schalter jeweils als GaN-HEMTs realisiert sind.
- Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht darin eine verbesserte integrierte Anordnung mit einem Leistungs-HEMT und einem Gate-Treiber und ein Verfahren zum Herstellen einer solchen integrierten Anordnung zur Verfügung zu stellen. Diese Aufgabe wird jeweils durch Halbleiter-Plättchen gemäß der Ansprüche 1, 11 und 12 und Verfahren gemäß der Ansprüche 13 und 20 gelöst.
- In den hier beschriebenen Ausführungsbeispielen wird wenigstens ein Teil eines Leistungstreibers mit einem Leistungs-HEMT auf dem gleichen Plättchen (engl.: die) monolithisch integriert, wobei andere Teile des Gate-Treibers auf einem separaten Plättchen angeordnet werden. Der Teil des Gate-Treibers, der monolithisch mit dem Leistungs-HEMT auf dem gleichen Plättchen integriert ist, kann vom Treiber-Plättchen entfernt werden, was sehr viel des parasitäreren ohmschen Widerstands und des induktiven Blindwiderstands zwischen den Plättchen beseitigt und daher Spannungsspitzen am Gate des Leistungs-HEMT reduziert. Der Leistungs-HEMT kann in verschiedenen Schaltungstypen verwendet werden, einschließlich in Gleichspannungswandlern, wie zum Beispiel in Abwärtswandlern.
- Die Komponenten in den Figuren sind nicht notwendigerweise maßstabsgetreu, stattdessen wird die Betonung darauf gelegt, die Grundlagen der Erfindung zu veranschaulichen. Außerdem bezeichnen in den Figuren gleiche Bezugszeichen entsprechende Teile. In den Zeichnungen veranschaulicht:
-
1 eine Teil-Querschnittsansicht eines Ausführungsbeispiels eines Pull-Down-Gate-Treiber-HEMTs, der monolithisch mit einem Leistungs-HEMT im gleichen Halbleiter-Plättchen integriert ist, und ein entsprechendes Schaltbild; -
2 eine Teil-Querschnittsansicht eines anderen Ausführungsbeispiels eines Pull-Down-Gate-Treiber-HEMTs, der monolithisch mit einem Leistungs-HEMT im gleichen Halbleiter-Plättchen integriert ist, und ein entsprechendes Schaltbild; -
3 eine Teil-Querschnittsansicht eines Ausführungsbeispiels eines Pull-Up-Gate-Treiber-HEMTs, der monolithisch mit einem Leistungs-HEMT im gleichen Halbleiter-Plättchen integriert ist, und ein entsprechendes Schaltbild; -
4 eine Teil-Querschnittsansicht eines anderen Ausführungsbeispiels eines Pull-Up-Gate-Treiber-HEMTs, der monolithisch mit einem Leistungs-HEMT im gleichen Halbleiter-Plättchen integriert ist, und ein entsprechendes Schaltbild; -
5 eine Teil-Querschnittsansicht eines Ausführungsbeispiels einer HEMT-basierten letzten Gate-Treiberstufe, die monolithisch mit einem Leistungs-HEMT im gleichen Halbleiter-Plättchen integriert ist, und ein entsprechendes Schaltbild; -
6 eine Teil-Querschnittsansicht eines anderen Ausführungsbeispie einer HEMT-basierten letzten Gate-Treiberstufe, die monolithisch mit einem Leistungs-HEMT im gleichen Halbleiter-Plättchen integriert ist, und ein entsprechendes Schaltbild; und -
7 eine schematische Darstellung einer beispielhaften HEMT-basierten letzten Gate-Treiberstufe, die monolithisch mit einem Leistungs-HEMT integriert ist. - Gemäß hier beschriebenen Ausführungsbeispielen ist wenigstens ein Teil eines Gate-Treibers monolithisch mit einem Leistungs-HEMT auf dem gleichen Plättchen integriert. Eine solche integrierte Struktur beseitigt viel vom parasitären induktiven Blindwiderstand, der vom Gate des Leistungs-HEMT gesehen wird, wodurch Spannungsspitzen am Gate des Leistungs-HEMT reduziert werden. Im Fall eines Gleichspannungswandlers können eine, mehrere oder alle der Stufen des Wandlertreibers im Ausgangsstufen-Plättchen integriert werden, der Leistungs-HEMTs umfasst. Die Wandlertreiberstufen können auch nachgebildet oder teilweise integriert werden, was bedeutet, dass sie auch immer noch im Treiber-Plättchen erscheinen. Andere Teile des Treibers können in einem separaten Plättchen angeordnet werden. Im Allgemeinen funktioniert der Teil des Treibers, der mit den Leistungs-HEMTs integriert ist, als eine Gate-Spannungsschutzschaltung, die die an das Gate wenigstens eines der Leistungs-HEMTs angelegte Spannung auf unterhalb der maximalen zulässigen Gatespannung dieses HEMT begrenzt. Im Fall eines Gleichspannungswandlers, bei dem wenigstens ein Teil der letzten Treiberstufe monolithisch mit Leistungs-HEMTs integriert ist, weist der Gleichspannungswandler verringerte Totzeit und erhöhte Frequenz auf. Zudem wird induziertes Einschalten der Leistungs-HEMTs vermieden.
- Der Begriff HEMT wird üblicherweise auch als HFET (engl. heterostructure field effect transistor), MODFET (engl. modulation-doped FET) und MESFET (engl. metal semiconductor field effect transistor) bezeichnet. Die Begriffe HEMT, HFET, MESFET und MODFET werden hier synonym verwendet, um ein beliebiges III-Nitrid-basiertes Verbindungshalbleiterbauelement zu bezeichnen, das einen Übergang zwischen zwei Materialien mit unterschiedlichen Bandlücken (d. h. einen Heteroübergang) als den Kanal einschließt. Zum Beispiel kann zum Herstellen des Kanals GaN mit AlGaN oder InGaN kombiniert werden. Das Verbindungshalbleiterbauelement kann AllnN/AIN/GaN-Sperrschicht-/Abstandsschicht-/Pufferschicht-Strukturen aufweisen.
- Insbesondere in Bezug auf GaN-Technologie führt das Vorhandensein von Polarisationsladungen und Belastungswirkungen zur Verwirklichung eines zweidimensionalen Ladungsträgergases, das eine zweidimensionale, durch sehr hohe Ladungsträgerdichte und Trägermobilität gekennzeichnete Elektronen- oder Löcherinversionsschicht ist. Ein solches zweidimensionales Ladungsträgergas, wie zum Beispiel ein 2DEG (engl. two-dimensional electron gas, zweidimensionales Elektronengas) oder ein 2DHG (engl. two-dimensional hole gas, zweidimensionales Löchergas), bildet ein leitfähiges Kanalgebiet eines HEMT in der Nähe der Grenzschicht z. B. zwischen einem Barrieregebiet einer GaN-Legierung und einem GaN-Puffergebiet. Eine dünne, z. B. 1 - 2 nm starke AIN-Schicht kann zwischen dem GaN-Puffergebiet und dem Barrieregebiet der GaN-Legierung bereitgestellt werden, um Legierungsstreuung zu minimieren und die 2DEG-Mobilität zu erhöhen. Im weiteren Sinne können die hier beschriebenen HEMTs aus einem beliebigen binären oder ternären III-Nitrid-Verbindungshalbleitermaterial gebildet werden, bei dem eine Bandunstetigkeit für das Bauelementekonzept verantwortlich ist.
- Das bestimmte Ausführungsbeispiel in
1 veranschaulicht eine Teilquerschnittsansicht eines Halbleiter-Plättchens (Chip) und ein entsprechendes Schaltbild. Das Plättchen enthält ein III-Nitrid-Halbleitersubstrat100 , einen Leistungs-HEMT102 , der im III-Nitrid-Halbleitersubstrat100 angeordnet ist und der ein Gate (G), ein Source (S) und ein Drain (D) aufweist, und einen Gate-Treiber-HEMT104 , der monolithisch mit dem Leistungs-HEMT102 im gleichen III-Nitrid-Halbleitersubstrat100 integriert ist und ebenfalls ein Gate (g), ein Source (s) und ein Drain (d) aufweist. Die Gate-, Source- und Draingebiete106/106' ,108/108' ,110/110' der HEMTs102 ,104 können dotierte Gebiete umfassen, z. B. siliziumdotierte Gebiete in GaN-basierten III-Nitrid-Materialien, um n-Typ-Dotierung, Metallgebiete oder eine Kombination aus dotierten und Metallgebieten zu erzielen. Die gleichen Prozesse können verwendet werden, müssen aber nicht notwendigerweise verwendet werden, um sowohl den Leistungs-HEMT102 als auch den Gate-Treiber-HEMT104 auf dem gleichen Plättchen herzustellen. Der Aufbau von Gate-, Source- und Drain-Gebieten der HEMTs ist in der Halbleitertechnik gut bekannt, und wird daher nicht weiter erläutert. - Das III-Nitrid-Halbleitersubstrat
100 kann Folgendes enthalten: einen Wachstums-Wafer112 , wie zum Beispiel einen Silizium-Wafer mit einer (111 ) Kristallorientierung, eine oder mehrere Übergangsschichten114 , wie zum Beispiel ein AIN auf dem Wachstums-Wafer110 , ein Puffergebiet116 , wie zum Beispiel GaN auf der einen oder den mehreren Übergangsschichten114 , und ein Barrieregebiet118 , wie zum Beispiel eine GaN-Legierung, wie AlGaN oder InGaN, auf dem Puffergebiet116 . Für die Bauelementeherstellung können im Allgemeinen beliebige geeignete binäre oder ternäre III-Nitrid-Verbindungshalbleiterschichten114 ,116 ,118 auf dem Wachstums-Wafer112 gebildet werden. Der Aufbau von solchen III-Nitrid-Verbindungshalbleiterschichten auf einem Wachstums-Wafer ist in der Halbleitertechnik gut bekannt, und wird daher in dieser Hinsicht nicht weiter erläutert. Nach solchen Bauelementeherstellungsprozessen kann das III-Nitrid-Halbleitersubstrat100 den Wachstums-Wafer112 enthalten, oder der Wachstums-Wafer112 kann entfernt werden. - In einem Ausführungsbeispiel ist der Gate-Treiber-HEMT
104 , der monolithisch mit dem Leistungs-HEMT102 integriert ist, ein Pull-Down-Transistor, der logisch einen Teil einer letzten Treiberstufe bildet. Der Leistungs-HEMT102 kann ein Low-Side- oder ein entsprechender High-Side-Transistor einer Ausgangsstufe eines Gleichspannungswandlers sein. Der Treiber steuert das Schalten der Ausgangsstufe des Gleichspannungswandlers. Der Teil des Treibers, der nicht monolithisch mit dem Leistungs-HEMT102 integriert ist (z. B. der Pull-Up-Transistor der letzten Treiberstufe, andere Stufen des Treibers, Steuerlogik usw.), wird auf einem anderen Plättchen angeordnet. Die engl. Begriffe ‚Pull-Up‘ und ‚Pull-Down‘, wie sie hier verwendet werden, hängen vom Typ des angesteuerten Leistungs-HEMT ab. Im Fall eines selbstsperrenden Leistungs-HEMT zieht ein Pull-Up-Gate-Treibertransistor das Gate des Leistungs-HEMT auf eine positive Spannung, und ein Pull-Down-Gate-Treibertransistor zieht das Gate auf null Volt, um den selbstsperrenden Leistungs-HEMT anzusteuern. Im Fall eines selbstleitenden Leistungs-HEMT zieht der Pull-Up-Gate-Treibertransistor das Gate des Leistungs-HEMT auf eine negative Spannung, und der Pull-Down-Gate-Treibertransistor zieht das Gate auf null Volt, um den selbstleitenden Leistungs-HEMT anzusteuern. - Dieses Treiber-Plättchen und der andere Leistungstransistor der Gleichspannungswandler-Ausgangsstufe sind zur Vereinfachung der Veranschaulichung in
1 nicht dargestellt. Der andere Leistungstransistor der Gleichspannungswandler-Ausgangsstufe kann im gleichen oder einem anderen Plättchen wie der in1 gezeigte Leistungs-HEMT integriert werden. Der Gleichspannungswandler kann eine Ausgangsstufe (einphasig) oder mehrere Ausgangsstufen (mehrphasig) aufweisen, wobei jede Stufe einen High-Side-Leistungs-HEMT und einen Low-Side-Leistungs-HEMT aufweist. Für einen Fachmann ist es naheliegend, dass andere Teile des Treibers monolithisch auf dem gleichen Plättchen integriert werden können, wie der in1 gezeigte Leistungs-HEMT102 , z. B. der Pull-Up-Transistor der letzten Treiberstufe (wie später hier ausführlicher beschrieben wird), andere Stufen des Treibers, Treibersteuerungslogik usw. Einer oder mehrere Treiberstufentransistoren für den anderen HEMT der Gleichspannungswandler-Ausgangsstufe können gleichermaßen monolithisch auf dem gleichen Plättchen wie dieser Leistungs-HEMT integriert werden. Die hier beschriebenen Ausführungsbeispiele, die die Integration von Treiberstufen-HEMT(s) mit Leistungs-HEMTs einer Gleichspannungswandler-Ausgangsstufe betreffen, gelten gleichermaßen sowohl für Low-Side- als auch für entsprechende High-Side-Transistoren des Wandlers. - Nach diesem Verständnis ist der Pull-Down-Gate-Treiber-HEMT
104 elektrisch mit dem Gate (G) des Leistungs-HEMT102 verbunden. In einem Ausführungsbeispiel ist der Drain (d) des Pull-Down-Gate-Treiber-HEMT104 elektrisch mit dem Gate (G) des Leistungs-HEMT102 verbunden, und die Source (s) des Pull-Down-Gate-Treiber-HEMT104 ist elektrisch mit dem Source (S) des Leistungs-HEMT102 verbunden. Der Pull-Down-Gate-Treiber-HEMT104 ist dazu ausgebildet, den Leistungs-HEMT102 als Reaktion auf ein extern generiertes, vom Treiber oder einem anderen Bauelement empfangenes und an das Gate (g) des Pull-Down-HEMT104 angelegtes Steuersignal auszuschalten. - Der Pull-Down-Gate-Treiber-HEMT
104 und der Leistungs-HEMT102 sind in1 selbstsperrende Bauelemente. Ein selbstsperrender HEMT kann z. B. durch Herstellen eines p-GaN-, InGaN- oder Siliziumoxidgebiets120 /120' zwischen dem Gate der entsprechenden HEMTs102 ,104 und dem darunterliegenden Barrieregebiet118 hergestellt werden. Ein derartiger Aufbau stellt sicher, dass der Kanal der HEMTs102 ,104 unter den entsprechenden Gates unter keiner Gate-Vorspannung getrennt wird. Alternativ können selbstleitende HEMTs verwendet werden, indem die Zwischenschicht120 /120' zwischen dem Gate- und dem Barrieregebiet118 entfernt wird. Der Kanal eines selbstleitenden HEMT wird unter dem Gate nicht unterbrochen, wenn keine Vorspannung an das Gate angelegt wird. Ein selbstleitender HEMT kann ausgeschaltet werden, indem ein negatives Potential an das Gate des HEMT angelegt wird. In beiden Fällen kann der Leistungs-HEMT102 vom Pull-Down-Gate-Treiber-HEMT104 durch ein Isolationsgebiet122 getrennt werden, wie zum Beispiel ein implantiertes Gebiet oder ein dielektrisches Gebiet, das in einem im III-Nitrid-Halbleitersubstrat100 gebildeten Graben angeordnet ist. -
2 veranschaulicht eine Teil-Querschnittsansicht eines anderen Ausführungsbeispiels des Halbleiter-Plättchens und das entsprechende Schaltbild. Das in2 gezeigte Plättchen ähnelt dem in1 gezeigten, allerdings teilen sich der Leistungs-HEMT102 und der Pull-Down-Gate-Treiber-HEMT104 ein gemeinsames Sourcegebiet124 , das im III-Nitrid-Halbleitersubstrat100 angeordnet ist. -
3 veranschaulicht eine Teil-Querschnittsansicht noch eines anderen Ausführungsbeispiels des Halbleiter-Plättchens. Das in3 gezeigte Plättchen ähnelt dem in1 gezeigten, allerdings ist der Gate-Treiber-HEMT104 ein Pull-Up-Transistor, bei dem der Drain (d) des Pull-Up-Gate-Treiber-HEMT104 elektrisch mit dem Gate (G) des Leistungs-HEMT102 verbunden ist und die Source (s) des Pull-Up-Gate-Treiber-HEMT104 elektrisch mit einer Versorgungsspannung (V) verbunden ist. Im Fall, dass der Leistungs-HEMT102 und der Pull-Up-Gate-Treiber-HEMT104 beide selbstsperrende Bauelemente sind, wie in3 veranschaulicht wird, ist die Versorgungsspannung, die elektrisch mit der Source (s) des Pull-Up-Gate-Treiber-HEMT104 verbunden ist, eine positive Versorgungsspannung (V+). In einem anderen Ausführungsbeispiel sind der Leistungs-HEMT102 und der Pull-Up-Gate-Treiber-HEMT104 beide selbstsperrend, und die elektrisch mit der Source (s) des Pull-Up-Gate-Treiber-HEMT104 verbundene Versorgungsspannung ist negativ. In jedem Fall kann der Pull-Up-Gate-Treiber-HEMT104 den Leistungs-HEMT102 als Reaktion auf ein extern generiertes Steuersignal einschalten, das an das Gate (g) des Pull-Up-Gate-Treiber-HEMT104 angelegt wird. -
4 veranschaulicht eine Teil-Querschnittsansicht noch eines anderen Ausführungsbeispiels des Halbleiter-Plättchens und das entsprechende Schaltbild. Das in4 gezeigte Plättchen ähnelt dem in3 gezeigten, allerdings ist die Lage der Source (s) und des Drain (d) des Pull-Up-Gate-Treiber-HEMT104 in Bezug auf die Source (S) des Leistungs-HEMT102 umgekehrt, so dass die elektrische Verbindung Drain-Gate zwischen den HEMTs102 ,104 kürzer ist, was parasitäre Belastung des Leistungs-HEMT-Gate (G) weiter reduziert. -
5 veranschaulicht eine Teil-Querschnittsansicht noch eines anderen Ausführungsbeispiels eines Halbleiter-Plättchens und das entsprechende Schaltbild. Das Plättchen enthält ein III-Nitrid-Halbleitersubstrat100 , einen Leistungs-HEMT104 , der im III-Nitrid-Halbleitersubstrat100 angeordnet ist, und eine komplette letzte Gate-Treiberstufe200 , die monolithisch mit dem Leistungs-HEMT102 im III-Nitrid-Halbleitersubstrat100 integriert ist. Zusätzliche Treiberstufe(n) nach der letzten Treiberstufe können ebenfalls monolithisch mit dem Leistungs-HEMT102 integriert sein. Es besteht keine Beschränkung der Anzahl von Treiberstufenkaskoden, die monolithisch mit dem Leistungs-HEMT102 integriert werden können. Falls alle Treiberstufen für den Leistungs-HEMT102 auf dem gleichen Plättchen wie der Leistungs-HEMT102 integriert sind, können diese Teile vollständig vom Treiber entfernt sein. Dies kann wiederum die Verwendung einer anderen Treiber-Spannungsklasse berücksichtigen. Je nachdem, ob der Treiber bereitgestellt wird, um die High-Side und/oder die Low-Side eines Gleichspannungswandler-Leistungs-HEMT anzusteuern, können zusätzliche Transistoren bereitgestellt werden, um höhere Spannungen zu sperren. Diese spannungssperrenden Transistoren können alle hochohmiger Art sein. Auch können diese spannungssperrenden Bauelemente auf dem gleichen Plättchen wie der Leistungs-HEMT102 integriert sein. - Weiterhin enthält die letzte Gate-Treiberstufe
200 gemäß des in5 veranschaulichten Ausführungsbeispiels einen Pull-Up-Gate-Treiber-HEMT202 und einen Pull-Down-Gate-Treiber-HEMT204 . Die Pull-Up- und Pull-Down-Gate-Treiber-HEMTs202 ,204 weisen jeder ein Gate106' ,106" , eine Source108' ,108" und einen Drain110' ,110" auf. Die Pull-Up- und Pull-Down-Gate-Treiber-HEMTs202 ,204 bilden logisch einen Teil des gleichen Treibers und können den Leistungs-HEMT104 als Reaktion auf entsprechende, extern generierte Steuersignale (g1, g2), die von einem externen Treiber-Plättchen oder Controller empfangen werden, ein- oder ausschalten. - In einem Ausführungsbeispiel ist der Pull-Up-Gate-Treiber-HEMT
202 vom Leistungs-HEMT102 und vom Pull-Down-Gate-Treiber-HEMT204 durch ein Isolationsgebiet122 getrennt, die im III-Nitrid-Halbleitersubstrat100 angeordnet ist, und der Leistungs-HEMT102 und der Pull-Down-Gate-Treiber-HEMT204 teilen sich ein gemeinsames Sourcegebiet206 , die im III-Nitrid-Halbleitersubstrat100 angeordnet ist, wie in5 gezeigt wird. Gleichermaßen können sich der Pull-Up-Gate-Treiber-HEMT202 und der Pull-Down-Gate-Treiber-HEMT204 zusätzlich oder alternativ ein gemeinsames Draingebiet teilen, das im III-Nitrid-Halbleitersubstrat100 angeordnet ist, das elektrisch mit dem Gate (G) des Leistungs-HEMT102 verbunden ist. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel wird das Isolationsgebiet122 zwischen den Pull-Up- und Pull-Down-Gate-Treiber-HEMTs202 ,204 weggelassen, und die Drains (d1, d2) der Gate-Treiber-HEMTs202 ,204 werden als ein einziges gemeinsame Draingebiet im III-Nitrid-Halbleitersubstart100 umgesetzt. Weiterhin sind gemäß dem in5 veranschaulichten Ausführungsbeispiel sowohl die Gate-Treiber-HEMTs202 ,204 als auch der Leistungs-HEMT102 selbstsperrende Bauelemente, z. B. sind die HEMT-Gates110 ,110' ,110" von dem Barrieregebiet118 durch ein entsprechendes p-GaN-, InGaN- oder Siliziumoxidgebiet120 ,120' ,120" getrennt. Von daher ist die Versorgungsspannung (V), die mit der Source (s1) des Pull-Up-Gate-Treiber-HEMT202 elektrisch verbunden ist, positiv (V+). -
6 veranschaulicht eine Teil-Querschnittsansicht eines anderen Ausführungsbeispiels des Halbleiter-Plättchens und das entsprechende Schaltbild. Das in6 gezeigte Plättchen ähnelt dem in5 gezeigten, allerdings sind der Leistungs-HEMT102 und der Pull-Up-Gate-Treiber-HEMT202 selbstleitend, und der Pull-Down-Gate-Treiber-HEMT204 ist selbstsperrend. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel sind die Drains (d1, d2) der Pull-Up- und Pull-Down-Gate-Treiber-HEMTs202 ,204 elektrisch mit dem Gate (G) des Leistungs-HEMT102 verbunden, die Source (s) des Pull-Down-Gate-Treiber-HEMT202 ist elektrisch mit der Source (S) des Leistungs-HEMT102 verbunden, und die Source (s1) des Pull-Up-Gate-Treiber-HEMT202 ist elektrisch mit einer negativen Versorgungsspannung (V-) verbunden. - Falls die negative Versorgungsspannung (V-) dauerhaft bereitgestellt wird, besteht kein Risiko bei der Verwendung von selbstleitenden HEMTs, wie z. B. in
6 gezeigt wird. Lediglich der Pull-Down-Gate-Treiber-HEMT204 muss in diesem Fall selbstsperrend sein. Der Pull-Up-Gate-Treiber-HEMT202 kann selbstleitend sein, wodurch automatisch das Gate des Leistungs-HEMT102 zur negativen Versorgungsspannung (V-) kurzgeschlossen wird. Bei einer solchen sichereren Lösung werden die Flächenvergrößerung und die Wirkungsgradverringerung somit minimiert. Natürlich können lediglich Teile der letzten Gate-Treiberstufe200 oder zusätzlicher Treiberstufen für den Leistungs-HEMT102 monolithisch auf dem gleichen Plättchen mit dem Leistungs-HEMT102 , wie hier vorher dargelegt wurde, integriert werden. - Wie bereits vorher erwähnt, hängen die im Halbleiter-Plättchen verwendeten Versorgungsspannungen (V) wenigstens zum Teil vom Typ der eingesetzten HEMTs ab, d. h. selbstsperrend oder selbstleitend.
7 veranschaulicht ein Schaltbild der letzten Stufe200 eines monolithisch mit einem Leistungs-HEMT102 (1) integrierten Treibers. Die letzte Treiberstufe200 enthält einen Pull-Up-HEMT202 (2) und einen Pull-Down-HEMT204 (3). Die Treiberstufen-HEMTs202 ,204 weisen jeweils eine Diode (D2 ,D3 ) auf, die unter gewissen Bedingungen Probleme für den Leistungs-HEMT102 darstellen kann, zusätzlich zu den vorher hier beschriebenen Überlegungen zur Versorgungsspannung auf Basis des Transistortyps. - Die Versorgungsspannung (V), die an die Source (s1) des Pull-Up-Gate-Treiber-HEMT
202 angelegt wird, und die Steuersignale, die an die Gates (g1, g2) der Gate-Treiber-HEMTs202 ,204 angelegt werden, können auf Basis des Typs von in der Schaltung eingesetzten HEMTs bestimmt werden, um alle nachteiligen, mit den Dioden verknüpften Wirkungen abzuschwächen und korrekten Betrieb des Leistungs-HEMT102 sicherzustellen. Die nachstehende Tabelle 1 stellt eine Matrix von Steuersignal- und Versorgungsspannungshöhen als eine Funktion unterschiedlicher Kombinationen von Transistortypen bereit. In Tabelle 1 gilt Folgendes: ‚V‘ stellt die Versorgungsspannung dar, die an die Source (s1) des Pull-Up-Gate-Treiber-HEMT202 angelegt wird, G2 stellt das Steuersignal dar, das an das Gate des Pull-Up-Gate-Treiber-HEMT202 angelegt wird, G3 stellt das Steuersignal dar, das an das Gate des Pull-Down-Gate-Treiber-HEMT204 angelegt wird, ‚D2‘ stellt die Diode zwischen der Source (s1) und dem Drain (d1) des Pull-Up-Gate-Treiber-HEMT202 dar, ‚D3‘ stellt die Diode zwischen der Source (s2) und dem Drain (d2) des Pull-Down-Gate-Treiber-HEMT204 dar, ‚F1‘ zeigt an, dass der Leistungs-HEMT102 ein selbstsperrendes Bauelement ist, ‚N1‘ zeigt an, dass der Leistungs-HEMT102 ein selbstleitendes Bauelement ist, ‚F2‘ zeigt an, dass der Pull-Up-Gate-Treiber-HEMT202 ein selbstsperrendes Bauelement ist, ‚N2‘ zeigt an, dass der Pull-Up-Gate-Treiber-HEMT202 ein selbstleitendes Bauelement ist, ‚F3‘ zeigt an, dass der Pull-Down-Gate-Treiber-HEMT204 ein selbstsperrendes Bauelement ist, ‚N3‘ zeigt an, dass der Pull-Down-Gate-Treiber-HEMT204 ein selbstleitendes Bauelement ist, ‚N‘ zeigt an, dass die entsprechende Diode (D2/D3) nicht leitend ist, und ‚Y‘ zeigt an, dass die entsprechende Diode (D2/D3) leitend ist. Im Allgemeinen können die Dioden der Treiberstufen-HEMTs202 ,204 problematisch (d. h. leitend) sein, dies hängt aber auch von der Schwellenspannung des HEMT ab. Falls die Schwellenspannung gut abgestimmt ist, so dass die Dioden genau dann nicht leitend sind, wenn dies für das Gate des Leistungs-HEMT202 problematisch wäre, werden die Dioden nicht zu einer Belastung und die entsprechenden, hier beschriebenen Dioden-Abschwächungstechniken sind gegebenenfalls nicht erforderlich. Tabelle 1 HEMT-Steuersignal- und -Versorgungsspannungs-BedingungenF1 N1 F2F3 F2N3 N2F3 N2N3 F2F3 F2N3 N2F3 N2N3 V >0 >0 >0 >0 <0 <0 <0 <0 G2 ≥V ≥V ≤V ≤V ≥V ≥V ≤V ≤V G3 ≥0 ≤0 ≥0 ≤0 ≥0 ≤0 ≥0 ≤0 D2 N N N N Y Y Y Y D3 Y Y Y Y N N N N - Die Diode
D2 wird problematisch, wenn V kleiner als 0 V ist (plus einem Spielraum gleich der Schwellenspannung). Um korrekten Betrieb des Leistungs-HEMTs102 sicherzustellen, können in einem Ausführungsbeispiel, bei dem die Diode ein Problem darstellt, nachteilige, mit den Dioden der Treiberstufen-HEMTs202 ,204 verknüpfte Wirkungen durch Änderung der Lage der Source und des Drain des Gate-Treiber-HEMT202/204 abgeschwächt werden. Allerdings erfordert dies das Ändern des Steuersignals für diesen Gate-Treiber-HEMT202/204 . In einem anderen Ausführungsbeispiel wird der Gate-Treiber-HEMT202/204 , wo die Diode ein Problem darstellt, ausreichend hart ausgeschaltet, um korrekten Betrieb des HEMT sicherzustellen. Ein HEMT wird leitend, wenn die Drain-Gate-Spannung die Schwellenspannung des HEMT überschreitet. Im Fall eines selbstleitenden HEMT tritt der leitende Punkt bereits bei 0 V auf. Unter Bezug auf Tabelle 1: In den Fällen ‚N1F2F3‘ und ‚N1N2F3‘ kann der Pull-Down-Gate-Treiber-HEMT204 ausreichend hart ausgeschaltet werden, indem eine negative SteuerspannungG3 verwendet wird, wenn z. B. die absolute Spannung (Vsupply) zu hoch ist, kann diese Spannung, falls sie ungeschwächt gelassen wird, am Gate des Treibertransistors zu hoch sein. Das sorgfältige Auswählen der Gate-Steuerspannung definiert die Spannung, bei der die problematische Diode einschaltet. Indem die Gate-Steuerspannung auf eine korrekte Spannung eingestellt wird, kann jede Spitze am Gate (G) des Leistungs-HEMT102 aufgehoben werden. In manchen Schaltungen kann dies bedeuten dies, dass die Gate-Treiber-HEMTs202 ,204 mit anderen Spannungen als der Leistungs-HEMT102 angesteuert werden, sogar falls alle HEMTs102 ,202 ,204 vom gleichen Typ sind (selbstsperrend oder selbstleitend). Zusätzlich oder alternativ kann der Aufbau eines oder mehrerer HEMTs102 ,202 ,204 modifiziert werden, um Schwellenspannung oder maximale Gate-Spannung dieser Bauelemente abzustimmen. - Gemäß einem Ausführungsbeispiel eines Verfahrens zur Herstellung des hier beschriebenen Halbleiter-Plättchens umfasst das Verfahren Folgendes: Herstellen eines Leistungs-HEMT in einem III-Nitrid-Halbleitersubstrat, wobei der Leistungs-HEMT ein Gate, eine Source und einen Drain aufweist; monolithisches Integrieren eines ersten Gate-Treiber-HEMT mit dem Leistungs-HEMT im III-Nitrid-Halbleitersubstrat, wobei der erste Gate-Treiber-HEMT ein Gate, eine Source und einen Drain aufweist und logisch einen Teil eines Treibers bildet; und elektrisches Verbinden des ersten Gate-Treiber-HEMT mit dem Gate des Leistungs-HEMT, so dass der erste Gate-Treiber-HEMT den Leistungs-HEMT als Reaktion auf ein extern generiertes, vom Treiber oder Controller empfangenes Steuersignal aus- oder einschalten kann. Das Verfahren kann weiterhin Herstellen eines Isolationsgebiets im III-Nitrid-Halbleitersubstrat umfassen, die den Leistungs-HEMT vom ersten Gate-Treiber-HEMT trennt. Im Fall, dass der erste Gate-Treiber-HEMT ein Pull-Down-Transistor ist, kann das Verfahren weiterhin elektrisches Verbinden der Drain des ersten Gate-Treiber-HEMT mit dem Gate des Leistungs-HEMT und elektrisches Verbinden der Source des ersten Gate-Treiber-HEMT mit der Source des Leistungs-HEMT umfassen. Im Fall, dass der erste Gate-Treiber-HEMT ein Pull-Up-Transistor ist, kann das Verfahren weiterhin elektrisches Verbinden der Drain des ersten Gate-Treiber-HEMT mit dem Gate des Leistungs-HEMT und elektrisches Verbinden der Source des ersten Gate-Treiber-HEMT mit einer Versorgungsspannung umfassen. Im Fall einer monolithisch integrierten, vollständigen letzten Gate-Treiberstufe kann das Verfahren weiterhin monolithisches Integrieren des anderen (zweiten) Gate-Treiber-HEMT mit dem Leistungs-HEMT und dem ersten Gate-Treiber-HEMT im III-Nitrid-Halbleitersubstrat und elektrisches Verbinden des zweiten Gate-Treiber-HEMT mit dem Gate des Leistungs-HEMT umfassen, so dass der zweite Gate-Treiber-HEMT den Leistungs-HEMT als Reaktion auf ein zusätzliches, extern generiertes Steuersignal, das vom Treiber oder Controller empfangen wird, ein- oder ausschalten kann.
- Im weiteren Sinne funktioniert jeder der hier beschriebenen monolithisch integrierten Gate-Treiber-HEMTs als eine Gate-Spannungsschutzschaltung, die die an das Gate des Leistungs-HEMT angelegte Spannung auf unterhalb der maximalen zulässigen Gatespannung des Leistungs-HEMT begrenzt. Im Fall eines Gleichspannungswandlers, bei dem wenigstens ein Teil des Gate-Treibers monolithisch mit einem Leistungs-HEMTs integriert ist, ergibt ein solcher integrierter Aufbau einen Gleichspannungswandler, der verringerte Totzeit, erhöhte Frequenz und kein induziertes Einschalten des Leistungs-HEMT aufweist.
Claims (20)
- Halbleiter-Plättchen, das aufweist: ein III-Nitrid-Halbleitersubstrat (100); einen Leistungs-HEMT (102), der im III-Nitrid-Halbleitersubstrat (100) angeordnet ist und ein Gate (106), ein Source (108; 124) und ein Drain (110) aufweist; und einen ersten Gate-Treiber-HEMT (104; 204), der monolithisch mit dem Leistungs-HEMT (102) im III-Nitrid-Halbleitersubstrat (100) integriert ist und ein Gate (106'; 106"), ein Source (108; 124; 206) und ein Drain (110'; 110") aufweist, wobei der erste Gate-Treiber-HEMT (104; 204) logisch einen Teil eines Treibers bildet und elektrisch mit dem Gate (106) des Leistungs-HEMT (102) verbunden ist und dazu ausgebildet ist, den Leistungs-HEMT (102) als Reaktion auf ein extern generiertes, vom Treiber oder einem anderen Bauelement empfangenes Steuersignal aus- oder einzuschalten, wobei der Leistungs-HEMT (102) vom ersten Gate-Treiber-HEMT (104) durch ein Isolationsgebiet (122) getrennt ist, das im III-Nitrid-Halbleitersubstrat (100) angeordnet ist.
- Halbleiter-Plättchen nach
Anspruch 1 , bei dem der Leistungs-HEMT (102) und der erste Gate-Treiber-HEMT (104; 204) selbstsperrend sind. - Halbleiter-Plättchen nach
Anspruch 1 , bei dem der Leistungs-HEMT (102) selbstleitend und der erste Gate-Treiber-HEMT (104; 204) selbstsperrend ist. - Halbleiter-Plättchen nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem das Drain (110') des ersten Gate-Treiber-HEMT (104) elektrisch mit dem Gate (106) des Leistungs-HEMT (102) verbunden ist und das Source (108') des ersten Gate-Treiber-HEMT (104) elektrisch mit dem Source (108) des Leistungs-HEMT (102) verbunden ist.
- Halbleiter-Plättchen nach einem der
Ansprüche 1 bis3 , bei dem das Drain (110') des ersten Gate-Treiber-HEMT (104) elektrisch mit dem Gate (106) des Leistungs-HEMT (102) verbunden ist und das Source (108'; 124) des ersten Gate-Treiber-HEMT (104) elektrisch mit einer Versorgungsspannung verbunden ist. - Halbleiter-Plättchen nach
Anspruch 5 , bei dem der Leistungs-HEMT (102) selbstleitend und die Versorgungsspannung negativ ist. - Halbleiter-Plättchen nach einem der vorhergehenden Ansprüche, der weiterhin einen zweiten Gate-Treiber-HEMT (202) umfasst, der monolithisch mit dem Leistungs-HEMT (102) und dem ersten Gate-Treiber-HEMT (204) im III-Nitrid-Halbleitersubstrat (100) integriert ist und ein Gate (106'), ein Source und (108') ein Drain (110') aufweist, wobei der zweite Gate-Treiber-HEMT (202) logisch einen Teil des gleichen Treibers wie der erste Gate-Treiber-HEMT (204) bildet und elektrisch mit dem Gate (106) des Leistungs-HEMT (102) verbunden ist und dazu ausgebildet ist, den Leistungs-HEMT (102) als Reaktion auf ein zusätzliches, extern generiertes, vom Treiber oder einem anderen Bauelement empfangenes Steuersignal ein- oder auszuschalten.
- Halbleiter-Plättchen nach
Anspruch 7 , bei dem sich der erste Gate-Treiber-HEMT (204) und der zweite Gate-Treiber-HEMT (202) ein gemeinsames Drain teilen, das im III-Nitrid-Halbleitersubstrat (100) angeordnet ist und elektrisch mit dem Gate (106) des Leistungs-HEMT (102) verbunden ist. - Halbleiter-Plättchen nach
Anspruch 7 , bei dem der Leistungs-HEMT (102) und der zweite Gate-Treiber-HEMT (202) selbstleitend sind und der erste Gate-Treiber-HEMT (204) selbstsperrend ist. - Halbleiter-Plättchen nach
Anspruch 9 , bei dem das Drain (110", 110') des ersten und zweiten Gate-Treiber-HEMT (204, 202) elektrisch mit dem Gate (106) des Leistungs-HEMT (102) verbunden sind, das Source (108") des ersten Gate-Treiber-HEMT (204) elektrisch mit dem Source (108) des Leistungs-HEMT (102) verbunden ist und das Source (108') des zweiten Gate-Treiber-HEMT (202) elektrisch mit einer negativen Versorgungsspannung verbunden ist. - Halbleiter-Plättchen, das aufweist: ein III-Nitrid-Halbleitersubstrat (100); einen Leistungs-HEMT (102), der im III-Nitrid-Halbleitersubstrat (100) angeordnet ist und ein Gate (106), ein Source (108; 124) und ein Drain (110) aufweist; einen ersten Gate-Treiber-HEMT (104; 204), der monolithisch mit dem Leistungs-HEMT (102) im III-Nitrid-Halbleitersubstrat (100) integriert ist und ein Gate (106'; 106"), ein Source (108; 124; 206) und ein Drain (110'; 110") aufweist, wobei der erste Gate-Treiber-HEMT (104; 204) logisch einen Teil eines Treibers bildet und elektrisch mit dem Gate (106) des Leistungs-HEMT (102) verbunden ist und dazu ausgebildet ist, den Leistungs-HEMT (102) als Reaktion auf ein extern generiertes, vom Treiber oder einem anderen Bauelement empfangenes Steuersignal aus- oder einzuschalten; und einen zweiten Gate-Treiber-HEMT (202), der monolithisch mit dem Leistungs-HEMT (102) und dem ersten Gate-Treiber-HEMT (204) im III-Nitrid-Halbleitersubstrat (100) integriert ist und ein Gate (106'), ein Source und (108') ein Drain (110') aufweist, wobei der zweite Gate-Treiber-HEMT (202) logisch einen Teil des gleichen Treibers wie der erste Gate-Treiber-HEMT (204) bildet und elektrisch mit dem Gate (106) des Leistungs-HEMT (102) verbunden ist und dazu ausgebildet ist, den Leistungs-HEMT (102) als Reaktion auf ein zusätzliches, extern generiertes, vom Treiber oder einem anderen Bauelement empfangenes Steuersignal ein- oder auszuschalten, wobei der zweite Gate-Treiber-HEMT (202) vom Leistungs-HEMT (102) und vom ersten Gate-Treiber-HEMT (204) durch ein Isolationsgebiet (122) getrennt ist, das im III-Nitrid-Halbleitersubstrat (100) angeordnet ist.
- Halbleiter-Plättchen, das aufweist: ein III-Nitrid-Halbleitersubstrat (100); einen Leistungs-HEMT (102), der im III-Nitrid-Halbleitersubstrat (100) angeordnet ist, wobei der Leistungs-HEMT (102) eine maximale zulässige Gatespannung aufweist; und eine Gate-Spannungsschutzschaltung (104), die monolithisch mit dem Leistungs-HEMT im III-Nitrid-Halbleitersubstrat integriert ist, wobei die Gate-Spannungsschutzschaltung 104; 202, 204) dazu ausgebildet ist, die an das Gate (106) des Leistungs-HEMT (102) angelegte Spannung auf unterhalb der maximalen zulässigen Gatespannung zu begrenzen, wobei der Leistungs-HEMT (102) von der Gate-Spannungsschutzschaltung (104) durch ein Isolationsgebiet (122) getrennt ist, das im III-Nitrid-Halbleitersubstrat (100) angeordnet ist.
- Verfahren zur Herstellung eines Halbleiter-Plättchens, wobei das Verfahren aufweist: Herstellen eines Leistungs-HEMT (102) in einem III-Nitrid-Halbleitersubstrat (100), wobei der Leistungs-HEMT ein Gate (106), ein Source (108) und ein Drain (110) aufweist; monolithisches Integrieren eines ersten Gate-Treiber-HEMT (104; 204) mit dem Leistungs-HEMT (102) im III-Nitrid-Halbleitersubstrat (100), wobei der erste Gate-Treiber-HEMT (104; 204) ein Gate (106'; 106"), ein Source (108; 124; 206) und ein Drain aufweist (110'; 110") und logisch einen Teil eines Treibers bildet; und elektrisches Verbinden des ersten Gate-Treiber-HEMT (104; 204) mit dem Gate (106) des Leistungs-HEMT (102), so dass der erste Gate-Treiber-HEMT (104; 204) den Leistungs-HEMT (102) als Reaktion auf ein extern generiertes, vom Treiber oder einem anderen Bauelement empfangenes Steuersignal aus- oder einschalten kann; und Herstellen eines Isolationsgebiets (122) im III-Nitrid-Halbleitersubstrat (100) umfasst, das den Leistungs-HEMT (102) vom ersten Gate-Treiber-HEMT (104; 204) trennt.
- Verfahren nach
Anspruch 13 , bei dem sich der Leistungs-HEMT (102) und der erste Gate-Treiber-HEMT (104; 204) ein gemeinsames Sourcegebiet (124; 206) teilen, das im III-Nitrid-Halbleitersubstrat (100) angeordnet ist. - Verfahren nach einem der
Ansprüche 13 oder14 , das weiterhin aufweist: elektrisches Verbinden des Drain (110') des ersten Gate-Treiber-HEMT (104) mit dem Gate (106) des Leistungs-HEMT (102); und elektrisches Verbinden des Source (108') des ersten Gate-Treiber-HEMT (104) mit dem Source (108) des Leistungs-HEMT (102). - Verfahren nach einem der
Ansprüche 13 oder14 , das weiterhin umfasst: elektrisches Verbinden des Drain (110') des ersten Gate-Treiber-HEMT (104) mit dem Gate (106) des Leistungs-HEMT (102); und elektrisches Verbinden des Source (108') des ersten Gate-Treiber-HEMT (104) mit einer Versorgungsspannung. - Verfahren nach
Anspruch 16 , bei dem der Leistungs-HEMT (102) selbstleitend und die Versorgungsspannung negativ ist. - Verfahren nach einem der
Ansprüche 12 bis17 , das weiterhin umfasst: monolithisches Integrieren eines zweiten Gate-Treiber-HEMT (202) mit dem Leistungs-HEMT (102) und dem ersten Gate-Treiber-HEMT (204) im III-Nitrid-Halbleitersubstrat (100), wobei der zweite Gate-Treiber-HEMT (202) ein Gate (106'), ein Source (108') und ein Drain (110') aufweist, wobei der zweite Gate-Treiber-HEMT (202) logisch einen Teil des gleichen Treibers wie der erste Gate-Treiber-HEMT (204) bildet; und elektrisches Verbinden des zweiten Gate-Treiber-HEMT (202) mit dem Gate (106) des Leistungs-HEMT (102), so dass der zweite Gate-Treiber-HEMT (202) den Leistungs-HEMT (102) als Reaktion auf ein zusätzliches, extern generiertes, vom Treiber oder einem anderen Bauelement empfangenes Steuersignal ein- oder ausschalten kann. - Verfahren nach
Anspruch 18 , bei dem der Leistungs-HEMT (102) und der zweite Gate-Treiber-HEMT (202) selbstleitend sind und der erste Gate-Treiber-HEMT (204) selbstsperrend ist, wobei das Verfahren weiterhin umfasst: elektrisches Verbinden des Drain (110", 110') des ersten und zweiten Gate-Treiber-HEMTs (204, 202) mit dem Gate (106) des Leistungs-HEMT (102); elektrisches Verbinden des Source (108") des ersten Gate-Treiber-HEMT (204) mit dem Source (108) des Leistungs-HEMT (102); und elektrisches Verbinden des Source (108') des zweiten Gate-Treiber-HEMT (202) mit einer negativen Versorgungsspannung. - Verfahren zur Herstellung eines Halbleiter-Plättchens, wobei das Verfahren aufweist: Herstellen eines Leistungs-HEMT (102) in einem III-Nitrid-Halbleitersubstrat (100), wobei der Leistungs-HEMT ein Gate (106), ein Source (108) und ein Drain (110) aufweist; monolithisches Integrieren eines ersten Gate-Treiber-HEMT (104; 204) mit dem Leistungs-HEMT (102) im III-Nitrid-Halbleitersubstrat (100), wobei der erste Gate-Treiber-HEMT (104; 204) ein Gate (106'; 106"), ein Source (108; 124; 206) und ein Drain aufweist (110'; 110") und logisch einen Teil eines Treibers bildet; elektrisches Verbinden des ersten Gate-Treiber-HEMT (104; 204) mit dem Gate (106) des Leistungs-HEMT (102), so dass der erste Gate-Treiber-HEMT (104; 204) den Leistungs-HEMT (102) als Reaktion auf ein extern generiertes, vom Treiber oder einem anderen Bauelement empfangenes Steuersignal aus- oder einschalten kann; monolithisches Integrieren eines zweiten Gate-Treiber-HEMT (202) mit dem Leistungs-HEMT (102) und dem ersten Gate-Treiber-HEMT (204) im III-Nitrid-Halbleitersubstrat (100), wobei der zweite Gate-Treiber-HEMT (202) ein Gate (106'), ein Source (108') und ein Drain (110') aufweist, wobei der zweite Gate-Treiber-HEMT (202) logisch einen Teil des gleichen Treibers wie der erste Gate-Treiber-HEMT (204) bildet; elektrisches Verbinden des zweiten Gate-Treiber-HEMT (202) mit dem Gate (106) des Leistungs-HEMT (102), so dass der zweite Gate-Treiber-HEMT (202) den Leistungs-HEMT (102) als Reaktion auf ein zusätzliches, extern generiertes, vom Treiber oder einem anderen Bauelement empfangenes Steuersignal ein- oder ausschalten kann; und Herstellen eines Isolationsgebiets (122) im III-Nitrid-Halbleitersubstrat (100), das den zweiten Gate-Treiber-HEMT (202) vom Leistungs-HEMT (102) trennt.
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