DE102015117395A1 - Schaltkreis, Halbleiterbauelement und Verfahren - Google Patents

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Oliver Häberlen
Clemens Ostermaier
Gerhard Prechtl
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    • H01L29/10—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions with semiconductor regions connected to an electrode not carrying current to be rectified, amplified or switched and such electrode being part of a semiconductor device which comprises three or more electrodes
    • H01L29/1066—Gate region of field-effect devices with PN junction gate
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Abstract

In einer Ausführungsform umfasst ein Schaltkreis einen bidirektionalen Schalter, der einen ersten Eingangs/Ausgangs-Knoten, einen zweiten Eingangs/Ausgangs-Knoten, eine erste Diode und eine zweite Diode umfasst. Die erste Diode und die zweite Diode sind zwischen dem ersten Eingangs/Ausgangs-Knoten und dem zweiten Eingangs/Ausgangs-Knoten antiseriell gekoppelt.

Description

  • HINTERGRUND
  • Bisher sind in Leistungselektronikanwendungen verwendete Transistoren üblicherweise mit Siliziumhalbleitermaterialien (Si-Halbleitermaterialien) hergestellt. Übliche Transistorbauelemente für Leistungsanwendungen enthalten Si-CoolMOS®, Si-Leistungs-MOSFETs und Si-Isolierschicht-Bipolartransistoren (Si-IGBTs). In jüngerer Zeit werden Siliziumcarbid-Leistungsvorrichtungen (SiC-Leistungsvorrichtungen) betrachtet. Derzeit kommen Gruppe-III-N-Halbleiterbauelementen wie etwa Galliumnitridvorrichtungen (GaN-Vorrichtungen) als attraktive Kandidaten zum Leiten großer Ströme, zur Unterstützung hoher Spannungen und zur Bereitstellung eines sehr niedrigen Durchlasswiderstands und schneller Schaltzeiten auf.
  • Für einige Anwendungen wie etwa die Leistungsfaktorkorrektur (Power Factor Correction PFC) kann ein bidirektionales Schaltbauelement nützlich sein, das die Spannung in zwei Richtungen sperren kann.
  • ZUSAMMENFASSUNG
  • In einer Ausführungsform umfasst ein Schaltkreis einen bidirektionalen Schalter, der einen ersten Eingangs/Ausgangs-Knoten, einen zweiten Eingangs/Ausgangs-Knoten, eine erste Diode und eine zweite Diode umfasst. Die erste Diode und die zweite Diode sind zwischen dem ersten Eingangs/Ausgangs-Knoten und dem zweiten Eingangs/Ausgangs-Knoten antiseriell gekoppelt.
  • In einer Ausführungsform umfasst ein Halbleiterbauelement einen Gruppe III Nitrid-basierten Transistor mit hoher Elektronenmobilität, der als ein bidirektionaler Schalter konfiguriert ist. Der Transistor mit hoher Elektronenmobilität umfasst eine erste Eingangs/Ausgangs-Kontaktanschlussfläche und eine zweite Eingangs/Ausgangs-Kontaktanschlussfläche, ein oder mehrere Gates, die zwischen der ersten Eingangs/Ausgangs-Kontaktanschlussfläche und der zweiten Eingangs/Ausgangs-Kontaktanschlussfläche angeordnet sind, eine erste Diode und eine zweite Diode. Die erste Diode und die zweite Diode sind zwischen der ersten Eingangs/Ausgangs-Kontaktanschlussfläche und der zweiten Eingangs/Ausgangs-Kontaktanschlussfläche antiseriell gekoppelt.
  • In einer Ausführungsform umfasst ein Verfahren das Koppeln einer Rückseite eines Transistors mit hoher Elektronenmobilität, der als ein bidirektionaler Schalter konfiguriert ist, mit einem Nahezu-Source-Potential dadurch, dass eine erste Diode und eine zweite Diode zwischen einer ersten Eingangs/Ausgangs-Kontaktanschlussfläche und einer zweiten Eingangs/Ausgangs-Kontaktanschlussfläche des bidirektionalen Schalters antiseriell gekoppelt werden.
  • In einer Ausführungsform umfasst ein Verfahren das Koppeln einer Rückseite eines Transistors mit hoher Elektronenmobilität, der als ein bidirektionaler Schalter konfiguriert ist, mit einem Nahezu-Drain-Potential dadurch, dass eine erste Diode und eine zweite Diode zwischen einer ersten Eingangs/Ausgangs-Kontaktanschlussfläche und einer zweiten Eingangs/Ausgangs-Kontaktanschlussfläche des Transistors mit hoher Elektronenmobilität antiseriell gekoppelt werden.
  • In einer Ausführungsform wird ein Halbleiterbauelement bereitgestellt, die einen Gruppe III Nitrid-basierten Transistor mit hoher Elektronenmobilität (High Electron Mobility Transistor (HEMT)) umfasst, der als ein bidirektionaler Schalter konfiguriert ist. Der Gruppe III Nitrid-basierten Transistor mit hoher Elektronenmobilität umfasst eine erste Eingangs/Ausgangs-Kontaktanschlussfläche, eine zweite Eingangs/Ausgangs-Kontaktanschlussfläche, zwei unabhängig betreibbare Gates, die zwischen der ersten Eingangs/Ausgangs-Kontaktanschlussfläche und der zweiten Eingangs/Ausgangs-Kontaktanschlussfläche angeordnet sind, und eine weitere Anschlussfläche. Die weitere Anschlussfläche ist mit einer Rückseite des Gruppe III Nitrid-basierten Transistors mit hoher Elektronenmobilität gekoppelt.
  • KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • Die Elemente der Zeichnungen sind relativ zueinander nicht notwendig maßstabsgerecht. Gleiche Bezugszeichen bezeichnen einander entsprechende ähnliche Teile. Sofern sie sich nicht ausschließen, können die Merkmale der verschiedenen dargestellten Ausführungsformen kombiniert werden. In den Zeichnungen sind Ausführungsformen gezeigt, die in der folgenden Beschreibung ausführlich dargestellt sind.
  • 1 stellt eine schematische Darstellung eines Schaltkreises dar.
  • 2 stellt eine schematische Querschnittsdarstellung eines Halbleiterbauelements mit einem einzelnen Gate dar.
  • 3 stellt eine schematische Querschnittsdarstellung eines Doppel-Gate-Halbleiterbauelements dar.
  • 4 stellt eine schematische Darstellung eines Halbleiterbauelements dar.
  • 5 stellt eine schematische Darstellung eines Halbleiterbauelements dar.
  • 6 stellt eine schematische Darstellung eines Halbleiterbauelements, das einen leitfähigen Durchkontakt umfasst, dar.
  • 7 stellt eine schematische Darstellung eines Halbleiterbauelements, das eine Bonddrahtverbindung umfasst, dar.
  • 8 stellt eine schematische Darstellung eines Halbleiterbauelements, das ein mit dem Source-Potential gekoppeltes Substrat umfasst, dar.
  • 9 stellt eine schematische Querschnittsdarstellung eines Halbleiterbauelements, das ein mit dem Source-Potential gekoppeltes Substrat umfasst, dar.
  • 10 stellt eine schematische Darstellung eines Anreicherungshalbleiterbauelements, das einen bidirektionalen Schalter umfasst, dar.
  • 11 stellt eine schematische Darstellung eines Gruppe III Nitrid-basierten Bauelements, die einen bidirektionalen Schalter umfasst, dar.
  • 12 stellt eine schematische Darstellung eines Halbleiterbauelements, das ein mit dem Drain-Potential gekoppeltes Substrat umfasst, dar.
  • AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
  • In der folgenden ausführlichen Beschreibung wird auf die beigefügten Zeichnungen Bezug genommen, die einen Bestandteil von ihr bilden und in denen beispielhaft spezifische Ausführungsformen gezeigt sind, in denen die Erfindung verwirklicht werden kann. Diesbezüglich sind in Bezug auf die Orientierung der Figur(en), die beschrieben wird bzw. werden, Richtungstermini wie etwa "oben", "unten", "vorn", "hinten", "vorderstes", "hinterstes" usw. verwendet. Da Komponenten der Ausführungsformen in einer Anzahl verschiedener Orientierungen positioniert sein können, sind die Richtungstermini nur zur Veranschaulichung verwendet und in keiner Weise einschränkend. Selbstverständlich können andere Ausführungsformen genutzt werden und können strukturelle oder logische Änderungen vorgenommen werden, ohne von dem Schutzumfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Die folgende ausführliche Beschreibung davon ist nicht in beschränkendem Sinn zu verstehen und der Schutzumfang der vorliegenden Erfindung ist durch die beigefügten Ansprüche definiert.
  • Im Folgenden werden eine Anzahl von Ausführungsformen erläutert. In diesem Fall sind gleiche Strukturmerkmale in den Figuren durch gleiche oder ähnliche Bezugszeichen identifiziert. Im Kontext der vorliegenden Erfindung sind "lateral" oder "laterale Richtung" so zu verstehen, dass sie eine Richtung oder einen Verlauf bedeuten, der allgemein parallel zu der Querausdehnung eines Halbleitermaterials oder Halbleiterträgers verläuft. Somit verläuft die Querrichtung allgemein parallel zu diesen Oberflächen oder Seiten. Im Gegensatz dazu ist der Begriff "vertikal" oder "vertikale Richtung" so zu verstehen, dass er eine Richtung bedeutet, die allgemein senkrecht zu diesen Oberflächen oder Seiten und somit zu der Querrichtung verläuft. Somit verläuft die vertikale Richtung in der Dickenrichtung des Halbleitermaterials oder Halbleiterträgers.
  • Wie die Begriffe "gekoppelt" und/oder "elektrisch gekoppelt" in dieser Beschreibung verwendet sind, sollen sie nicht bedeuten, dass die Elemente direkt miteinander gekoppelt sein müssen – zwischen den "gekoppelten" oder "elektrisch gekoppelten" Elementen können dazwischenliegende Elemente vorgesehen sein.
  • Wenn, wie in dieser Patentschrift verwendet, auf ein Element wie etwa eine Schicht, eine Region oder ein Substrat so Bezug genommen wird, dass sie sich "auf" einem anderen Element befinden oder sich "darauf" erstrecken, kann es sich direkt auf dem anderen Element befinden oder sich direkt darauf erstrecken oder es können auch dazwischenliegende Elemente vorliegen. Wenn im Gegensatz dazu auf ein Element so Bezug genommen wird, dass es sich "direkt auf" einem anderen Element befindet oder sich "direkt darauf" erstreckt, liegen keine dazwischenliegenden Elemente vor. Wenn auf ein Element derart Bezug genommen wird, dass es mit einem anderen Element "verbunden" oder "gekoppelt" ist, kann es, wie es in dieser Beschreibung genutzt ist, mit dem anderen Element direkt verbunden oder gekoppelt sein oder können dazwischenliegende Elemente vorhanden sein. Im Gegensatz dazu sind keine dazwischenliegenden Elemente vorhanden, wenn auf ein Element derart Bezug genommen wird, dass es mit einem anderen Element "direkt verbunden" oder "direkt gekoppelt" ist.
  • Ein Verarmungsbauelement (depletion mode device) wie etwa ein Verarmungstransistor weist eine negative Schwellenspannung auf, d. h. kann bei der Gate-Spannung null Strom leiten. Diese Bauelemente sind normalerweise eingeschaltet (normally on). Ein Anreicherungsbauelement (enhancmetn mode device) wie etwa ein Anreicherungstransistor weist eine positive Schwellenspannung auf, d. h. kann bei der Gate-Spannung null keinen Strom leiten und ist normalerweise ausgeschaltet (normally off).
  • Wenn ein "Hochvoltbauelement" wie etwa ein Hochvoltverarmungstransistor hier verwendet ist, ist es ein elektronisches Bauelement, das für Hochvoltschaltanwendungen optimiert ist. Das heißt, wenn der Transistor ausgeschaltet ist, kann er Hochspannungen wie etwa um 300 V oder höher, etwa 600 V oder höher oder etwa 1200 V oder höher sperren, und wenn der Transistor eingeschaltet ist, weist er für die Anwendung, in der er verwendet ist, einen ausreichend niedrigen Durchgangswiderstand (RON) auf, d. h. erfährt er einen ausreichend niedrigen Leistungsverlust, wenn ein wesentlicher Strom durch die Vorrichtung geht. Ein Hochvoltbauelement kann wenigstens in der Lage sein, eine Spannung gleich der Hochspannungsversorgung oder der Maximalspannung in der Schaltung, für die es verwendet ist, zu sperren. Ein Hochvoltbauelement kann in der Lage sein, 300 V, 600 V, 1200 V oder eine andere geeignete Sperrspannung, die für die Anwendung erforderlich ist, zu sperren.
  • Wenn ein "Niedervoltbauelement" wie etwa ein Niedervoltanreicherungstransistor hier verwendet ist, ist es ein elektronisches Bauelement, das in der Lage ist, Spannungen wie etwa zwischen 0 V und Vlow zu sperren, das aber nicht in der Lage ist, Spannungen höher als Vlow zu sperren. Vlow kann etwa 10 V, etwa 20 V, etwa 30 V, etwa 40 V oder zwischen etwa 5 V und 50 V wie etwa zwischen 10 V und 30 V betragen.
  • Wie der Ausdruck "Gruppe-III-Nitrid" hier verwendet ist, bezieht er sich auf einen Verbundhalbleiter, der Stickstoff (N) und wenigstens ein Element der Gruppe III, einschließlich Aluminium (Al), Gallium (Ga), Indium (In) und Bor (B), umfasst und der irgendeine seiner Legierungen wie etwa z. B. Aluminiumgalliumnitrid (AlxGa(1-x)N), Indiumgalliumnitrid (InyGa(1-y)N), Aluminiumindiumgalliumnitrid (AlxInyGa(1-x-y)N), Galliumarsenidphosphidnitrid (GaAsaPbN(1-a-b)) und Aluminiumindiumgalliumarsenidphosphidnitrid (AlxInyGa(1-x-y)AsaPbN(1-a-b)), darauf aber nicht beschränkt, umfasst. Aluminiumgalliumnitrid und AlGaN beziehen sich auf eine Legierung, die durch die Formel AlxGa(1-x)N mit 0 < x < 1 beschrieben ist.
  • 1 stellt ein schematisches Schaltbild eines Schaltkreises 10 dar, der einen bidirektionalen Schalter 11 umfasst, der einen ersten Eingangs/Ausgangs-Knoten 12, einen zweiten Eingangs/Ausgangs-Knoten 13, eine erste Diode 14 und eine zweite Diode 15 umfasst. Die erste Diode 14 und die zweite Diode 15 sind zwischen dem ersten Eingangs/Ausgangs-Knoten 12 und dem zweiten Eingangs/Ausgangs-Knoten 13 antiseriell gekoppelt bzw. geschlatet.
  • Wenn der erste Eingangs/Ausgangs-Knoten 12 als ein Eingang wirkt, wirkt der zweite Eingangs/Ausgangs-Knoten 13 als der Ausgang des bidirektionalen Schalters 11. Wenn der zweite Eingangs/Ausgangs-Knoten 13 als der Eingang in den bidirektionalen Schalter 11 wirkt, wirkt der erste Eingangs/Ausgangs-Knoten 12 als der Ausgang des bidirektionalen Schalters 11. Der Schaltkreis 10 ist bidirektional und kann zum Sperren einer Spannung in entgegengesetzten Richtungen verwendet werden.
  • Jede der Dioden 14, 15 umfasst eine Kathode und eine Anode. Die Anode 16 der ersten Diode 14 und die Anode 17 der zweiten Diode 15 sind mit einem Knoten 18 gekoppelt. Der Knoten 18 kann mit einem Nahezu-Source-Potential gekoppelt sein.
  • Die Kathode 19 der ersten Diode 14 ist mit dem ersten Eingangs/Ausgangs-Knoten 12 elektrisch gekoppelt. Die Kathode 20 der zweiten Diode 15 ist mit dem zweiten Eingangs/Ausgangs-Knoten 13 elektrisch gekoppelt.
  • Der bidirektionale Schalter 11 kann durch ein einzelnes Transistorbauelement 21 vorgesehen sein. Das einzelne Transistorbauelement 21 kann ein Hochvoltbauelement oder ein Niedervoltbauelement sein und umfasst in einer Ausführungsform einen Transistor mit hoher Elektronenmobilität (High Electron Mobility Transistor (HEMT)) auf der Basis eines Gruppe-III-Nitrids bzw. einen Gruppe III Nitrid-basierten Transistor mit hoher Elektronenmobilität.
  • In einem bidirektionalen Schalter ist das Source-Potential nicht auf einen dedizierten Anschluss festgesetzt, da die Source und der Drain austauschbar sind. Die Dioden 14, 15 sind dafür konfiguriert, den maximalen Sperrspannungsnennwert des Bauelements, das den bidirektionalen Schalter 10 bildet, auszuhalten. Wegen der Bereitstellung der zwei antiseriell geschalteten Dioden 14, 15 kann eine einzelne HEMT-Vorrichtung 21 einen bidirektionalen Schalter 10 bereitstellen, in dem der Eingang in beiden Schaltrichtungen mit einem Nahezu-Source-Potential gekoppelt ist. In dem Source-Potential ist eine zusätzliche Spannung enthalten, die dem Vorwärtsspannungsabfall der Diode entspricht. Folglich unterscheidet sich das Potential geringfügig von dem reinen Source-Potential und ist es hier als "Nahezu-Source-Potential" bezeichnet. In Ausführungsformen, in denen die Source mit dem Massepotential gekoppelt ist, z. B. einem Schalter der tiefen Seite, kann das Potential wegen des Vorwärtsspannungsabfalls der Diode als "Nahezu-Masse"-Potential bezeichnet werden.
  • Die Dioden können in einer antiseriellen Anordnung zwischen der ersten Eingangs/Ausgangs-Kontaktanschlussfläche und der zweiten Eingangs/Ausgangs-Anschlussfläche derart gekoppelt sein, dass die Kathode der ersten Diode und die Kathode der zweiten Diode mit der Rückseite des HEMT 211 gekoppelt sind und dass die Anode der ersten Diode mit der ersten Eingangs/Ausgangs-Kontaktanschlussfläche gekoppelt ist und dass die Anode der zweiten Diode mit der zweiten Eingangs/Ausgangs-Anschlussfläche gekoppelt ist, um die Rückseite des HEMT mit dem Drain-Potential zu koppeln. In Ausführungsformen, in denen die Rückseite mit dem Drain-Potential gekoppelt ist, kann das Potential wegen des Vorwärtsspannungsabfalls der Diode als "Nahezu-Drain"-Potential bezeichnet werden.
  • In einigen Ausführungsformen, in denen der bidirektionale Schalter durch einen HEMT 21 vorgesehen ist, sind der Knoten 18 und somit die Anode 16 der ersten Diode 14 und die Anode 17 der zweiten Diode 15 mit der Rückseite des HEMT 21 elektrisch gekoppelt. Der Knoten 18 kann durch einen elektrisch leitfähigen Bonddraht oder durch ein elektrisch leitfähiges Kontaktloch bzw. Durchkontakt oder Via, das durch den Körper des HEMT 21 verläuft, mit der Rückseite des HEMT 21 elektrisch gekoppelt sein.
  • Es ist nützlich, dass die Rückseite des Transistorbauelements mit dem Source-Potential gekoppelt ist, um dynamische Effekte wie etwa eine Gate-Nachlauferscheinung und eine Drain-Nachlauferscheinung (gate lag und drain lag Phänomena) zu minimieren. Da die Source und der Drain austauschbar sind, ist das Source-Potential in einem bidirektionalen Schalter nicht auf einen dedizierten Anschluss festgesetzt.
  • Die Dioden 14, 15 sind dafür konfiguriert, den maximalen Sperrspannungsnennwert des HEMT 21 auszuhalten. Wegen der Bereitstellung der zwei antiseriell geschalteten Dioden 14, 15 kann ein einzelnes Transistorbauelement 21 einen bidirektionalen Schalter 11 bereitstellen, in dem die Rückseite des Transistorbauelemente 21 in beiden Richtungen mit einem Nahezu-Source-Potential oder mit einem Nahezu-Masse-Potential gekoppelt ist.
  • Der HEMT 21 auf der Basis eines Gruppe-III-Nitrids kann ein einzelnes Gate 22 oder zwei unabhängig betreibbare Gates enthalten. In Ausführungsformen, in denen der HEMT 21 auf der Basis eines Gruppe-III-Nitrids ein einzelnes Gate umfasst, kann das einzelne Gate zwischen einer ersten Eingangs/Ausgangs-Kontaktanschlussfläche und einer zweiten Eingangs/Ausgangs-Kontaktanschlussfläche des HEMT symmetrisch, d. h. äquidistant, angeordnet sein. Diese Anordnung kann verwendet werden, um in beiden Richtungen eine im Wesentlichen symmetrische Spannungssperrfähigkeit zu erzielen. Die erste Eingangs/Ausgangs-Kontaktanschlussfläche kann den ersten Eingangs/Ausgangs-Knoten bereitstellen und die zweite Eingangs/Ausgangs-Kontaktanschlussfläche kann den zweiten Eingangs-/Ausgangs-Knoten bereitstellen. Die Eingangs/Ausgangs-Kontaktanschlussflächen können ebenfalls als Source/Drain-Kontaktanschlussfläche bezeichnet werden.
  • In Ausführungsformen, in denen der HEMT auf der Basis eines Gruppe-III-Nitrids zwei unabhängig betreibbare Gates umfasst, kann jedes der Gates im Wesentlichen in derselben Entfernung von einer der Eingangs/Ausgangs-Kontaktanschlussflächen angeordnet sein. Diese Anordnung kann verwendet werden, um eine im Wesentlichen symmetrische Spannungssperrfähigkeit zwischen den zwei Gates zu erzielen.
  • In einigen Ausführungsformen ist ein bidirektionaler Schalter vorgesehen, der in den zwei entgegengesetzten Richtungen eine andere Spannungssperrfähigkeit, z. B. 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, aufweist.
  • In Ausführungsformen, in denen der HEMT 21 auf der Basis eines Gruppe-III-Nitrids ein einzelnes Gate umfasst, kann das einzelne Gate asymmetrisch, d. h. in unterschiedlichen Entfernungen, von einer ersten Eingangs/Ausgangs-Kontaktanschlussfläche und von einer zweiten Eingangs/Ausgangs-Kontaktanschlussfläche des HEMT angeordnet sein.
  • Der HEMT kann ein laterales Bauelement sein, in dem der erste Eingangs/Ausgangs-Knoten, der zweite Eingangs/Ausgangs-Knoten und das Gate oder die Gates auf einer gemeinsamen Seite des Halbleiterkörpers des Bauelements angeordnet sind.
  • Die erste Diode 14 und die zweite Diode 15 können durch diskrete Komponenten vorgesehen sein. In anderen Ausführungsformen sind die erste Diode 14 und die zweite Diode 15 in das Transistorbauelement, z. B. in den HEMT auf der Basis eines Gruppe-III-Nitrids, integriert.
  • In einer Ausführungsform ist ein Halbleiterbauelement vorgesehen, das einen als ein bidirektionaler Schalter konfigurierten Transistor mit hoher Elektronenmobilität (HEMT) auf der Basis eines Gruppe-III-Nitrids umfasst. Der HEMT auf der Basis eines Gruppe-III-Nitrids umfasst eine erste Eingangs/Ausgangs-Kontaktanschlussfläche und die zweite Eingangs/Ausgangs-Kontaktanschlussfläche, ein oder mehrere Gates, die zwischen der ersten Eingangs/Ausgangs-Kontaktanschlussfläche und der zweiten Eingangs/Ausgangs-Kontaktanschlussfläche angeordnet sind, eine erste Diode und eine zweite Diode. Die erste Diode und die zweite Diode sind zwischen der ersten Eingangs/Ausgangs-Kontaktanschlussfläche und der zweiten Eingangs/Ausgangs-Kontaktanschlussfläche antiseriell geschaltet bzw. gekoppelt.
  • Der HEMT kann einen Sperrspannungsnennwert aufweisen und die Dioden können dafür konfiguriert sein, diesen Sperrspannungsnennwert auszuhalten.
  • Eine Kathode der ersten Diode kann mit der ersten Eingangs/Ausgangs-Kontaktanschlussfläche gekoppelt sein und eine Kathode der zweiten Diode kann mit der zweiten Eingangs/Ausgangs-Kontaktanschlussfläche des HEMT auf der Basis eines Gruppe-III-Nitrids gekoppelt sein. Eine Anode der ersten Diode und eine Anode der zweiten Diode können mit der Rückseite des HEMT gekoppelt sein.
  • Diese Anordnung ermöglicht, dass die Rückseite des HEMT mit dem Nahezu-Source-Potential oder mit dem Nahezu-Masse-Potential gekoppelt ist, wenn der Strom von der ersten Eingangs/Ausgangs-Kontaktanschlussfläche durch das Halbleiterbauelement zu der zweiten Eingangs/Ausgangs-Kontaktanschlussfläche fließt und wenn der Strom in der entgegengesetzten Richtung von der zweiten Eingangs/Ausgangs-Kontaktanschlussfläche zu der ersten Eingangs/Ausgangs-Kontaktanschlussfläche fließt.
  • In einigen Ausführungsformen sind eine Kathode der ersten Diode und eine Kathode der zweiten Diode mit einer Rückseite des Transistors mit hoher Elektronenmobilität gekoppelt. Dies ermöglicht, dass die Rückseite des HEMT mit einem Nahezu-Drain-Potential gekoppelt ist, wenn der Strom von der ersten Eingangs/Ausgangs-Kontaktanschlussfläche durch das Halbleiterbauelement zu der zweiten Eingangs/Ausgangs-Kontaktanschlussfläche fließt und wenn der Strom in der entgegengesetzten Richtung von der zweiten Eingangs/Ausgangs-Kontaktanschlussfläche zu der ersten Eingangs/Ausgangs-Kontaktanschlussfläche fließt.
  • Die erste Diode und die zweite Diode können in Form diskreter Komponenten vorgesehen sein. Allerdings können die erste Diode und die zweite Diode in einigen Ausführungsformen in die Transistorstruktur des bidirektionalen Schalters integriert sein. Zum Beispiel können eine oder mehrere Transistorzellen des Halbleiterbauelements wie etwa des HEMT auf der Basis eines Gruppe-III-Nitrids als eine erste Diode konfiguriert sein, die so gekoppelt ist, dass ihre Kathode mit der ersten oder mit der zweiten Eingangs/Ausgangs-Kontaktanschlussfläche gekoppelt ist und dass ihre Anode mit dem Knoten gekoppelt ist, der mit der Anode einer zweiten Diode gemeinsamen ist.
  • Die erste Diode und die zweite Diode können jeweils eine Transistorstruktur enthalten, die eine erste Lastelektrode, ein Gate und eine zweite Lastelektrode umfasst. Das Gate kann mit der ersten Lastelektrode elektrisch gekoppelt sein, um die Anode zu bilden, die mit der Rückseite des HEMT gekoppelt ist. Die zweite Lastelektrode bildet die Kathode der Diode und ist mit der Eingangs/Ausgangs-Kontaktanschlussfläche elektrisch gekoppelt.
  • Die Transistorstruktur des Transistorbauelemente kann eine Anreicherungstransistorstruktur oder eine Verarmungstransistorstruktur enthalten. Allerdings hat die Transistorstruktur der Zelle oder Zellen, die die Dioden bereitstellen, in beiden Fällen eine Anreicherungstransistorstruktur. Eine Anreicherungstransistorstruktur kann ein vertieftes Gate (recessed gate) und/oder eine p-dotierte Gruppe-III-Nitridschicht, die zwischen dem Gate-Metall und dem Halbleitermaterial des HEMT auf der Basis eines Gruppe-III-Nitrids angeordnet ist, enthalten. Die p-dotierte Gruppe-III-Nitridschicht kann eine einzelne Schicht eines p-dotierten GaN oder eines p-dotierten Aluminiumgalliumnitrids AlxGa(1-x)N mit 0 < x < 1 enthalten. Das p-dotierte Gruppe-III-Nitrid kann außerdem zwei oder mehr Teilschichten enthalten. In einigen Ausführungsformen umfasst der Transistor mit hoher Elektronenmobilität auf der Basis eines Gruppe-III-Nitrids einen Stapel, der eine p-dotierte Aluminiumgalliumnitridschicht, eine p-dotierte Galliumnitridschicht, die auf der p-dotierten Aluminiumgalliumnitridschicht angeordnet ist, und ein Gate, das auf der p-dotierten Galliumnitridschicht angeordnet ist, um eine Anreicherungsvorrichtung zu bilden, umfasst.
  • Der HEMT auf der Basis eines Gruppe-III-Nitrids kann eine Kanalschicht (channel layer) und eine auf der Kanalschicht angeordnete Sperrschicht (barrier layer) enthalten. Die Eingangs/Ausgangs-Kontaktanschlussflächen und die eine oder die mehreren Gate-Kontaktanschlussflächen können auf der Sperrschicht angeordnet sein. Die Kanalschicht kann Galliumnitrid GaN enthalten und die Sperrschicht kann Aluminiumgalliumnitrid AlxGa(1-x)N mit 0 < x < 1 enthalten.
  • Die Sperrschicht kann einen räumlich veränderlichen Aluminiumgehalt enthalten. Zum Beispiel kann der Aluminiumgehalt über die Dicke der Sperrschicht variieren. In einigen Ausführungsformen weist die Sperrschicht eine abgestufte Zusammensetzung auf, so dass der Aluminiumgehalt in einer Richtung von der Kanalschicht zu dem Gate allmählich zunimmt und der Galliumgehalt allmählich abnimmt. In einigen Ausführungsformen umfasst die Sperrschicht zwei oder mehr Teilschichten, die jeweils Aluminiumgalliumnitrid mit einem unterschiedlichen Aluminiumgehalt und folglich mit einem unterschiedlichen Galliumgehalt enthalten.
  • Die Kanalschicht kann auf einem Substrat angeordnet sein. Das Substrat kann Silizium, Siliziumcarbid oder Saphir enthalten. Zwischen dem Substrat und der Kanalschicht können eine oder mehrere Pufferschichten oder Übergangsschichten angeordnet sein.
  • Außerdem wird ein Verfahren bereitgestellt, das das Koppeln einer Rückseite eines Transistors mit hoher Elektronenmobilität (HEMT), der als ein bidirektionaler Schalter konfiguriert ist, mit einem Nahezu-Source-Potential dadurch, dass eine erste Diode und eine zweite Diode zwischen einer ersten Eingangs/Ausgangs-Kontaktanschlussfläche und einer zweiten Eingangs/Ausgangs-Kontaktanschlussfläche des HEMT antiseriell geschaltet werden, umfasst.
  • Der HEMT weist einen Sperrspannungsnennwert auf und die Dioden werden dafür konfiguriert, den Sperrspannungsnennwert des HEMT auszuhalten.
  • Eine Anode der ersten Diode und eine Anode der zweiten Diode können mit der Rückseite des HEMT gekoppelt werden. Eine Kathode der ersten Diode kann mit der ersten Eingangs/Ausgangs-Kontaktanschlussfläche gekoppelt werden und eine Kathode der zweiten Diode kann mit der zweiten Eingangs/Ausgangs-Kontaktanschlussfläche gekoppelt werden, um die Rückseite des HEMT mit einem Nahezu-Source-Potential zu koppeln.
  • Außerdem wird ein Verfahren bereitgestellt, das das Koppeln einer Rückseite eines Transistors mit hoher Elektronenmobilität, der als ein bidirektionaler Schalter konfiguriert ist, mit einem Nahezu-Drain-Potential dadurch, dass eine erste und eine zweite Diode zwischen einer ersten Eingangs/Ausgangs-Kontaktanschlussfläche und einer zweiten Eingangs/Ausgangs-Kontaktanschlussfläche des Transistors mit hoher Elektronenmobilität antiseriell geschaltet werden, umfasst.
  • Eine Kathode der ersten Diode und eine Kathode der zweiten Diode werden mit der Rückseite des Transistors mit hoher Elektronenmobilität gekoppelt und eine Anode der ersten Diode wird mit der ersten Eingangs/Ausgangs-Kontaktanschlussfläche gekoppelt und eine Anode der zweiten Diode wird mit der zweiten Eingangs/Ausgangs-Kontaktanschlussfläche gekoppelt, um die Rückseite des HEMT mit einem Nahezu-Drain-Potential zu koppeln.
  • Es wird ein Halbleiterbauelement bereitgestellt, das einen Transistor mit hoher Elektronenmobilität auf der Basis eines Gruppe-III-Nitrids, der als ein bidirektionaler Schalter konfiguriert ist, umfasst. Der Transistor mit hoher Elektronenmobilität auf der Basis eines Gruppe-III-Nitrids umfasst eine erste Eingangs/Ausgangs-Kontaktanschlussfläche, eine zweite Eingangs/Ausgangs-Kontaktanschlussfläche, zwei unabhängig betreibbare Gates, die zwischen der ersten Eingangs/Ausgangs-Kontaktanschlussfläche und der zweiten Eingangs/Ausgangs-Kontaktanschlussfläche angeordnet sind, und eine weitere Anschlussfläche. Die weitere Anschlussfläche ist mit einer Rückseite des Transistors mit hoher Elektronenmobilität auf der Basis eines Gruppe-III-Nitrids gekoppelt.
  • Die weitere Anschlussfläche kann zwischen den zwei unabhängig betreibbaren Gates angeordnet sein. Die weitere Anschlussfläche kann zwischen den zwei Gate-Anschlussflächen derart funktional symmetrisch positioniert sein, dass die Sperrspannung des bidirektionalen Schalters in den zwei entgegengesetzten Richtungen dieselbe ist.
  • Die weitere Anschlussfläche kann auf einer Sperrschicht des Transistors mit hoher Elektronenmobilität auf der Basis eines Gruppe-III-Nitrids angeordnet sein und kann mit der Rückseite des Transistors mit hoher Elektronenmobilität auf der Basis eines Gruppe-III-Nitrids durch ein leitfähiges Kontaktloch bzw. Durchkontakt bzw. Via, das durch den Halbleiterkörper des Transistors mit hoher Elektronenmobilität auf der Basis eines Gruppe-III-Nitrids verläuft, oder durch eine elektrische Verbindung außerhalb des Transistors mit hoher Elektronenmobilität auf der Basis eines Gruppe-III-Nitrids elektrisch gekoppelt sein.
  • In Ausführungsformen, in denen die Rückseite des Transistors mit hoher Elektronenmobilität auf der Basis eines Gruppe-III-Nitrids mit dem Source-Potential oder mit dem Nahezu-Source-Potential gekoppelt ist, kann die weitere Anschlussfläche mit dem Source-Potential oder mit dem Nahezu-Source-Potential gekoppelt sein, oder in Ausführungsformen, in denen die Rückseite des Transistors mit hoher Elektronenmobilität auf der Basis eines Gruppe-III-Nitrids mit dem Drain-Potential oder mit dem Nahezu-Drain-Potential gekoppelt ist, kann sie mit dem Drain-Potential oder mit dem Nahezu-Drain-Potential gekoppelt sein.
  • 2 stellt eine schematische Querschnittsdarstellung eines Halbleiterbauelements 30 dar, das einen Transistor mit hoher Elektronenmobilität (HEMT) 31 auf der Basis eines Gruppe-III-Nitrids, der als ein bidirektionaler Schalter konfiguriert ist, umfasst. Der HEMT 31 auf der Basis eines Gruppe-III-Nitrids umfasst eine erste Eingangs/Ausgangs-Kontaktanschlussfläche 32, eine zweite Eingangs/Ausgangs-Kontaktanschlussfläche 33 und ein einzelnes Gate 34, das zwischen der ersten Eingangs/Ausgangs-Kontaktanschlussfläche 32 und der zweiten Eingangs/Ausgangs-Kontaktanschlussfläche 33 angeordnet ist. Zwischen der ersten Eingangs/Ausgangs-Kontaktanschlussfläche 32 und der zweiten Eingangs/Ausgangs-Kontaktanschlussfläche 33 sind eine erste Diode 35 und eine zweite Diode 36 antiseriell geschaltet. Wie in 2 schematisch durch die Linie 40 angegeben ist, sind eine Anode 37 der ersten Diode 35 und eine Anode 38 der zweiten Diode 36 mit einer Rückseite 39 des HEMT 31 gekoppelt. Eine Kathode 41 der ersten Diode 35 ist mit der ersten Eingangs/Ausgangs-Kontaktanschlussfläche 32 elektrisch gekoppelt und eine Kathode 42 der zweiten Diode 36 ist mit der zweiten Eingangs/Ausgangs-Kontaktanschlussfläche 33 gekoppelt.
  • Die erste Diode 35 und die zweite Diode 36 können die Nennsperrspannung des HEMT 31 aushalten. Wegen der antiseriellen Anordnung der Dioden 35, 36 zwischen der ersten Eingangs/Ausgangs-Kontaktanschlussfläche 32 und der zweiten Eingangs/Ausgangs-Kontaktanschlussfläche 33 ist die Rückseite des HEMT in beiden Richtungen, d. h., wenn die erste Eingangs/Ausgangs-Kontaktanschlussfläche 32 als die Source wirkt und die zweite Eingangs/Ausgangs-Kontaktanschlussfläche 33 als der Drain wirkt und wenn die erste Eingangs/Ausgangs-Kontaktanschlussfläche 32 als der Drain wirkt und die zweite Eingangs/Ausgangs-Kontaktanschlussfläche 33 als die Source wirkt, mit einem Potential nahe dem Source-Potential gekoppelt.
  • Der HEMT 31 auf der Basis eines Gruppe-III-Nitrids kann ein Substrat 43, eine Kanalschicht 44, die Galliumnitrid GaN umfasst, die auf dem Substrat 43 angeordnet ist, und eine Sperrschicht 45, die Aluminiumgalliumnitrid (AlxGa1-xN mit 0 < x < 1) umfasst, die auf der Kanalschicht 44 angeordnet ist, enthalten. An der Grenzfläche zwischen der Sperrschicht 45 und der Kanalschicht 44 ist durch induzierte und spontane Polarisation ein zweidimensionales Elektronengas (2DEG) gebildet.
  • Die erste Eingangs/Ausgangs-Kontaktanschlussfläche 32, das Gate 34 und die zweite Eingangs/Ausgangs-Kontaktanschlussfläche 33 können auf der Sperrschicht 45 angeordnet sein. Auf Gebieten der Sperrschicht 45, die von der ersten Eingangs/Ausgangs-Kontaktanschlussfläche 32, von dem Gate 34 und von der zweiten Eingangs/Ausgangs-Kontaktanschlussfläche 33 frei liegen, kann eine Passivierungsschicht 46 angeordnet sein. Das Substrat kann z. B. Silizium, Siliziumcarbid oder Saphir enthalten. Das Substrat 43 kann zwischen der oberen Oberfläche 47 des Substrats und der Kanalschicht 44 eine oder mehrere Puffer- oder Übergangsschichten enthalten.
  • Auf der hinteren Oberfläche des Substrats 43 kann eine elektrisch leitfähige Kontaktanschlussfläche 48 angeordnet sein. Die Kontaktanschlussfläche 48 kann ermöglichen, dass die Rückseite des HEMT 31 z. B. an einer Kontaktanschlussfläche des Neuverdrahtungssubstrats oder an einem Abschnitt eines elektrisch leitfähigen Leiterrahmens angebracht ist und elektrisch damit gekoppelt ist. Die in 2 mit dem Bezugszeichen 40 angegebene elektrische Verbindung von den Kathoden 37, 38 der ersten Diode 35 bzw. der zweiten Diode 36 kann innerhalb des Körpers des HEMT 31 oder außerhalb vorgesehen sein, so dass die Anode 36 und die Anode 38 mit der Kontaktanschlussfläche 48 auf der hinteren Oberfläche des Substrats 43 elektrisch gekoppelt sind.
  • Das Gate 34 kann so positioniert sein, dass es in beiden Richtungen im Wesentlichen dieselbe Sperrfähigkeit bereitstellt. In einigen Ausführungsformen kann das Gate 34 zwischen der ersten Eingangs/Ausgangs-Kontaktanschlussfläche 32 und der zweiten Eingangs/Ausgangs-Kontaktanschlussfläche 33 derart symmetrisch angeordnet sein, dass es von der ersten Eingangs/Ausgangs-Kontaktanschlussfläche 32 und von der zweiten Eingangs/Ausgangs-Kontaktanschlussfläche 33 äquidistant ist. Das Gate 34 kann eine T-Form aufweisen. Ferner kann das Gate 34 eine Gate-Isolierschicht enthalten, die zwischen dem Gate-Metall und der Sperrschicht angeordnet ist. Das Gate 34 kann ein Schottky-Gate sein.
  • In einigen Ausführungsformen kann das Gate 34 zwischen der ersten Eingangs/Ausgangs-Kontaktanschlussfläche 32 und der zweiten Eingangs/Ausgangs-Kontaktanschlussfläche 33 asymmetrisch angeordnet sein, um in den zwei entgegengesetzten Richtungen eine unterschiedliche Sperrfähigkeit bereitzustellen.
  • 3 stellt eine schematische Querschnittsdarstellung eines Halbleiterbauelements 50 dar, das einen Transistor mit hoher Elektronenmobilität (HEMT) 51 auf Galliumnitridbasis, der als ein bidirektionaler Schalter konfiguriert ist, umfasst. Das Halbleiterbauelement 50 umfasst ein Substrat 52, eine Kanalschicht 53, die Galliumnitrid umfasst, die auf dem Substrat 52 angeordnet ist, und eine Sperrschicht 54, die Aluminiumgalliumnitrid umfasst, die auf der Kanalschicht 53 angeordnet ist. Der HEMT 51 umfasst eine erste Eingangs/Ausgangs-Kontaktanschlussfläche 55, die auf der Sperrschicht 54 angeordnet ist, und eine zweite Eingangs/Ausgangs-Kontaktanschlussfläche 56, die auf der Sperrschicht 54 angeordnet ist, die von der ersten Eingangs/Ausgangs-Kontaktanschlussfläche 55 beabstandet ist.
  • Ferner umfasst der HEMT 51 zwei Gates 57, 58, die voneinander beabstandet auf der Sperrschicht 54 angeordnet sind. Jedes der Gates 57, 58 kann eine T-Form enthalten. Das erste Gate 57 ist in einer Entfernung d1 von der ersten Eingangs/Ausgangs-Kontaktanschlussfläche 55 angeordnet. Das zweite Gate 58 ist in einer Entfernung d2 von der zweiten Eingangs/Ausgangs-Kontaktanschlussfläche 56 angeordnet. Die Entfernungen d1 und d2 können im Wesentlichen dieselben sein. Die Entfernung zwischen den zwei Gates 57, 58 ist größer als die Entfernung zwischen dem Gate 57, 58 und seiner jeweiligen Eingangs/Ausgangs-Kontaktanschlussfläche 55, 56.
  • Ferner umfasst das Halbleiterbauelement 50 eine erste Diode 59 mit einer Kathode 60 und mit einer Anode 61. Die erste Diode 59 ist so angeordnet, dass ihre Kathode 60 mit der ersten Eingangs/Ausgangs-Kontaktanschlussfläche 55 elektrisch gekoppelt ist und dass ihre Anode 61 mit einem Knoten 62 elektrisch gekoppelt ist. Wie durch die Linie 64 schematisch angegeben ist, ist der Knoten 62 mit der Rückseite oder hinteren Oberfläche 63 des HEMT 51 elektrisch gekoppelt. Ferner umfasst das Halbleiterbauelement 50 eine zweite Diode 65, die eine Kathode 66, die mit der zweiten Eingangs/Ausgangs-Kontaktanschlussfläche 56 elektrisch gekoppelt ist, und eine Anode 67, die mit dem Knoten 62 und mit der Rückseite 63 des Substrats 52 elektrisch gekoppelt ist, umfasst. Die erste Diode 59 und die zweite Diode 65 sind zwischen der ersten Eingangs/Ausgangs-Kontaktanschlussfläche 55 und der zweiten Eingangs/Ausgangs-Kontaktanschlussfläche 56 antiseriell geschaltet.
  • Der HEMT 51 kann eine Passivierungsschicht 68 enthalten, die auf der Sperrschicht 54 angeordnet ist. Die Passivierungsschicht 68 kann die Gates 57, 58 in dem aktiven Gebiet des HEMT 51 bedecken. Auf der hinteren Oberfläche 63 des Substrats 52 kann eine Kontaktanschlussfläche 69 angeordnet sein, die elektrisch leitfähig ist.
  • Ein einzelnes Transistorbauelement wie etwa ein HEMT auf der Basis eines Gruppe-III-Nitrids ist als ein bidirektionaler Schalter konfiguriert. In einigen Ausführungsformen sind die Dioden, die zwischen der ersten Eingangs/Ausgangs-Kontaktanschlussfläche und der zweiten Eingangs/Ausgangs-Kontaktanschlussfläche des Transistorbauelemente antiseriell geschaltet sind, durch diskrete Komponenten vorgesehen, die durch Bonddrähte oder durch andere diskrete elektrische Verbinder wie etwa Kontaktklemmen mit der ersten Eingangs/Ausgangs-Kontaktanschlussfläche und mit der zweiten Eingangs/Ausgangs-Kontaktanschlussfläche elektrisch gekoppelt sein können. Die diskreten Dioden können durch ein elektrisch leitfähiges Kontaktloch (via), das durch den Halbleiterkörper des Transistorbauelemente verläuft, oder durch weitere diskrete elektrische Verbindungen zwischen dem elektrisch leitfähigen Substrat, mit dem die hintere Oberfläche des Halbleiterbauelements elektrisch gekoppelt ist, mit der hinteren Oberfläche des Transistorbauelemente elektrisch gekoppelt sein.
  • In einigen Ausführungsformen sind die Dioden in das Transistorbauelement, das den bidirektionalen Schalter bereitstellt, integriert. Zum Beispiel können eine oder mehrere der Transistorzellen als eine Diode konfiguriert sein und können die eine oder die mehreren Transistorzellen derart mit den verbleibenden Transistorzellen des Transistorbauelemente elektrisch gekoppelt sein, dass die Diode zwischen eine der Eingangs/Ausgangs-Kontaktanschlussflächen und die hintere Oberfläche des Substrats, das das Transistorbauelement stützt, gekoppelt ist.
  • 4 stellt eine schematische Darstellung eines Halbleiterbauelements 70 dar, das ein Transistorbauelement 71, die als ein bidirektionaler Schalter konfiguriert ist, eine erste Diode 72 und eine zweite Diode 73, die in das Transistorbauelement 71 integriert sind, umfasst. In dieser Ausführungsform ist das Transistorbauelement 71 ein Transistor mit hoher Elektronenmobilität (HEMT) auf der Basis eines Gruppe-III-Nitrids und sind die Dioden 72, 73 in dem Halbleiterkörper gebildet, der den HEMT bereitstellt.
  • Der HEMT 71 umfasst eine Transistorstruktur, die als ein bidirektionaler Schalter konfiguriert ist, die eine erste Eingangs/Ausgangs-Kontaktanschlussfläche 74, ein einzelnes Gate 75 und eine zweite Eingangs/Ausgangs-Kontaktanschlussfläche 76, die auf einer Sperrschicht 77 angeordnet sind, die Aluminiumgalliumnitrid AlxGa(1x)N mit 0 < x < 1 umfasst, die auf einer Kanalschicht 78 angeordnet ist, die Galliumnitrid GaN umfasst, die ihrerseits auf einem Substrat 79 angeordnet ist, umfasst. Das Gate 75 ist derart zwischen der ersten Eingangs/Ausgangs-Kontaktanschlussfläche 74 und der zweiten Eingangs/Ausgangs-Kontaktanschlussfläche 76 angeordnet, dass es von der ersten Eingangs/Ausgangs-Kontaktanschlussfläche 74 und von der zweiten Eingangs/Ausgangs-Kontaktanschlussfläche 76 im Wesentlichen äquidistant ist.
  • Die erste Diode 72 kann durch eine oder mehrere der Transistorzellen des HEMT 71 vorgesehen sein. Die erste Diode 72 umfasst eine Transistorstruktur, die eine erste Lastelektrode 80, ein Gate 81 und eine zweite Lastelektrode 82, die auf der Sperrschicht 77 angeordnet sind, umfasst. Die zweite Lastelektrode 82 ist durch eine leitfähige Struktur 83 mit dem Gate 81 elektrisch gekoppelt und bildet die Anode 84 der Diode 72. Die erste Lastelektrode 80 bildet die Kathode der Diode 72 und ist, wie in 4 durch die Linie 85 schematisch dargestellt ist, mit der ersten Eingangs/Ausgangs-Kontaktanschlussfläche 74 des Transistorbauelemente 71 elektrisch gekoppelt. Die Anode 84 ist mit der Rückseite 86 des HEMT 71 elektrisch gekoppelt und ist in 4 durch die Linie 87 schematisch dargestellt.
  • Die zweite Diode 73 ist ebenfalls aus einer oder aus mehreren der Transistorzellen gebildet und weist ebenfalls eine Transistorstruktur auf, die eine erste Lastelektrode 88, ein Gate 89 und eine zweite Lastelektrode 90, die auf der Sperrschicht 77 angeordnet sind, umfasst. Die erste Lastelektrode 88 ist mit dem Gate 89 elektrisch gekoppelt und bildet eine Anode 91 der ersten Diode 73. Wie durch die Linie 92 schematisch angegeben ist, ist die Anode 91 mit der Anode 84 der ersten Diode 72 und mit der hinteren Oberfläche 86 des HEMT 71 elektrisch gekoppelt. Die zweite Lastelektrode 90 bildet die Kathode der Diode 73 und ist, wie durch die Linie 93 schematisch angegeben ist, mit der zweite Eingangs/Ausgangs-Kontaktanschlussfläche 76 des HEMT 71 elektrisch gekoppelt.
  • In dieser Ausführungsform ist der HEMT 71 ein Verarmungsbauelement, das normalerweise eingeschaltet ist. Allerdings weisen die Transistorzellen, die die Dioden 72, 73 bilden, eine Anreicherungstransistorstruktur auf. Die Anreicherungstransistorstruktur kann in den Transistorzellen, die die Dioden 72, 73 bilden, dadurch bereitgestellt werden, dass eine Gate-Aussparung vorgesehen ist, d. h. dadurch, dass die Dicke der Sperrschicht in dem Gebiet unter dem Gate verringert ist.
  • 5 stellt eine schematische Ansicht eines Halbleiterbauelements 100 dar, das einen HEMT 71' auf der Basis eines Gruppe-III-Nitrids, eine erste Diode 72' und eine zweite Diode 73', die jeweils eine Transistorstruktur enthalten und die wie in der in 4 dargestellten Ausführungsform in den HEMT 71' integriert sind, umfasst. Gleiche Merkmale sind durch gleiche Bezugszeichen, die mit einem Apostroph "'" bezeichnet sind, angegeben.
  • Das Halbleiterbauelement 100 unterscheidet sich von dem in 4 dargestellten Halbleiterbauelement 70 dadurch, dass der HEMT 71' ein Anreicherungsbauelements ist, das normalerweise ausgeschaltet ist. Die Anordnung des HEMT 71 kann auf verschiedene Arten geändert werden, um das Verarmungsbauelement 71 in ein Anreicherungsbauelement 71' umzuwandeln. In der in 5 dargestellten Ausführungsform ist eine p-dotierte GaN-Schicht 101 vorgesehen, die sich zwischen dem Gate 75 und der Sperrschicht 77 befindet. In anderen Ausführungsformen kann ein vertieftes Gate (recessed gate) verwendet werden, um ein Anreicherungsbauelement herzustellen. Außerdem enthalten die Dioden 72', 73' zwischen der Sperrschicht 77 und dem Gate-Metall 104, das einen Teil der Anode 84' der ersten Diode 72' bzw. der Anode 91' der zweiten Diode 73' bildet, ein p-dotiertes GaN-Gebiet 102, 103. Die Dioden 72', 73' sind zwischen der ersten Eingangs/Ausgangs-Kontaktanschlussfläche 74' und der zweiten Eingangs/Ausgangs-Kontaktanschlussfläche 76' elektrisch antiseriell geschaltet, so dass die Kathoden 84', 91' mit der Rückseite 86' des HEMT 71' elektrisch gekoppelt sind.
  • 6 stellt ein Halbleiterbauelement 110 dar, das einen Transistor 111 mit hoher Elektronenmobilität auf der Basis eines Gruppe-III-Nitrids, der als ein bidirektionaler Schalter konfiguriert ist, eine erste Diode 112 und eine zweite Diode 113, die zwischen einer ersten Eingangs/Ausgangs-Kontaktanschlussfläche 114 und einer zweiten Eingangs/Ausgangs-Kontaktanschlussfläche 115 des HEMT 111 antiseriell geschaltet sind, umfasst. Der HEMT 111 umfasst ein einzelnes Gate 116, das zwischen der ersten Eingangs/Ausgangs-Kontaktanschlussfläche 114 und der zweiten Eingangs/Ausgangs-Kontaktanschlussfläche 115 angeordnet ist. In anderen Ausführungsformen können zwei Gates vorgesehen sein.
  • Das Halbleiterbauelement 110 umfasst ein Substrat 117, eine Kanalschicht 118, die Galliumnitrid GaN umfasst, die auf der oberen Oberfläche 119 des Substrats 117 angeordnet ist, und eine Sperrschicht 120, die auf der Kanalschicht 118 angeordnet ist. Die Sperrschicht 120 umfasst Aluminiumgalliumnitrid AlxGa(1-x)N mit 0 < x < 1, so dass an der Grenzfläche zwischen der Sperrschicht 120 und der Kanalschicht 119 durch induzierte und spontane Polarisation ein zweidimensionales Elektronengas (2DEG) gebildet ist.
  • Die erste Eingangs/Ausgangs-Kontaktanschlussfläche 114, die zweite Eingangs/Ausgangs-Kontaktanschlussfläche 115 und das Gate 116 können auf der Sperrschicht 120 angeordnet sein. In einigen Ausführungsformen können die erste Eingangs/Ausgangs-Kontaktanschlussfläche 114 und die zweite Eingangs/Ausgangs-Kontaktanschlussfläche 115 durch die Sperrschicht 120 verlaufen und mit der Kanalschicht 118 in Kontakt stehen. Das Gate 116 kann eine T-Form aufweisen. Das Gate 116 kann in einer Gate-Aussparung angeordnet sein, die in die obere Oberfläche 121 der Sperrschicht 120 vorsteht, wobei in diesem Fall die Dicke der Sperrschicht 120 unter dem Gate-Material des Gates 116 verringert ist.
  • Die Kathode 122 der ersten Diode 112 ist mit der ersten Eingangs/Ausgangs-Kontaktanschlussfläche 114 gekoppelt. Die Kathode 123 der zweiten Diode 113 ist mit der zweiten Eingangs/Ausgangs-Kontaktanschlussfläche 115 elektrisch gekoppelt. Die Anode 124 der ersten Diode 122 und die Anode 125 der zweiten Diode 113 sind mit einem Knoten 127 gekoppelt, der seinerseits durch ein leitfähiges Kontaktloch 128, das von der Oberseitenoberfläche der Sperrschicht 120 durch die Kanalschicht 118 zu dem Substrat 117 verläuft, mit dem Substrat 117 elektrisch gekoppelt ist. Das leitfähige Kontaktloch 128 kann angrenzend an den Abschnitt des Halbleitersubstrats, in dem der HEMT 111 positioniert ist, z. B. in einem inaktiven Gebiet des Halbleiterbauelements 110, positioniert sein.
  • Das Gebiet des Halbleiterbauelements 110, das das leitfähige Kontaktloch 128 umgibt, kann mittels einer elektrisch isolierenden Schicht 129 von der Sperrschicht 120 und von dem 2DEG, das an der Grenzfläche zwischen der Sperrschicht 120 und der Kanalschicht 118 gebildet ist, isoliert sein. Die Isolierschicht 129 kann in einem Graben angeordnet sein, der durch die Sperrschicht 120 und in die Kanalschicht 118 verläuft. In einigen Ausführungsformen können die Seitenwände des Kontaktlochs, in denen das leitfähige Kontaktloch 128 angeordnet ist, mit einer elektrisch isolierenden Schicht ausgekleidet sein. Außerdem kann das leitfähige Kontaktloch 128 durch das Substrat 117 verlaufen und mit einer leitfähigen Anschlussfläche, die auf der hinteren Oberfläche des Substrats 117 angeordnet ist, elektrisch gekoppelt sein. Die Kathoden 124, 125 der antiseriell geschalteten Dioden 112, 113 sind mittels des elektrisch leitfähigen Kontaktlochs 128 mit der hinteren Oberfläche des HEMT 111 elektrisch gekoppelt.
  • 7 stellt eine schematische Ansicht eines Halbleiterbauelements 130 dar, das einen HEMT 131, der als ein bidirektionaler Schalter konfiguriert ist, und ein Paar Dioden 132, 133, die zwischen einer ersten Eingangs/Ausgangs-Kontaktanschlussfläche 134 und einer zweiten Eingangs/Ausgangs-Kontaktanschlussfläche 135 des HEMT 131 antiseriell geschaltet sind, umfasst. Die Kathoden 136, 137 der Dioden 132, 133 sind mit einem Träger 138, auf dem der HEMT 131 montiert ist, elektrisch gekoppelt. Der HEMT 131 umfasst ein Substrat 139, das auf seiner hinteren Oberfläche 141 einen Kontaktbereich 140 umfasst, der z. B. durch eine Lötmittelschicht 142 mit dem Träger 138 elektrisch gekoppelt ist. Der Träger 138 kann elektrisch leitfähig, z. B. ein Abschnitt eines Leiterrahmens, sein oder kann eine elektrisch leitfähige Oberfläche enthalten. Die Kathoden 136, 137 der antiseriell geschalteten Dioden 132, 133 können durch eine oder mehrere Bonddrahtverbindungen 143 mit dem Träger 138 und durch den elektrisch leitfähigen Träger 138 oder durch eine Leiterbahn, die zwischen dem Ende des Bonddrahts 143, das an dem Träger 138 befestigt ist, und der hinteren Oberfläche 141 des Substrats 139 des HEMT 131 verläuft, mit der hinteren Oberfläche 141 des Substrats 139 elektrisch gekoppelt sein.
  • Der HEMT 131 umfasst eine Galliumnitridkanalschicht 144, eine Aluminiumgalliumnitrid-Sperrschicht 145, die auf der Kanalschicht 144 angeordnet ist, und ein Gate 146, das derart auf der Sperrschicht 145 angeordnet ist, dass es zwischen der ersten Eingangs/Ausgangs-Kontaktanschlussfläche 134 und der zweiten Eingangs/Ausgangs-Kontaktanschlussfläche 135 positioniert ist. Außerdem kann der HEMT 131 zwei Gates enthalten, die unabhängig betreibbar sind.
  • 8 stellt eine schematische Ansicht eines Halbleiterbauelements 150 dar, das einen bidirektionalen Schalter 151 umfasst. Der bidirektionale Schalter 151 ist durch einen HEMT 152 auf der Basis eines Gruppe-III-Nitrids gebildet, der eine erste Eingangs/Ausgangs-Kontaktanschlussfläche 153, die von einer zweiten Eingangs/Ausgangs-Kontaktanschlussfläche 154 beabstandet ist, die auf einer Aluminiumgalliumnitrid-Sperrschicht 155 angeordnet sind, die ihrerseits auf einer Kanalschicht 156 angeordnet ist, die Galliumnitrid umfasst, die auf dem Substrat 157 angeordnet ist, umfasst.
  • Der bidirektionale Schalter 151 umfasst zwei Gates 158, 159, die voneinander beabstandet angeordnet sind und die zwischen der ersten Eingangs/Ausgangs-Kontaktanschlussfläche 153 und der zweiten Eingangs/Ausgangs-Kontaktanschlussfläche 154 angeordnet sind. Das erste Gate 158 kann durch eine Entfernung, die im Wesentlichen dieselbe wie die Entfernung zwischen dem zweiten Gate 159 und der zweiten Eingangs/Ausgangs-Kontaktanschlussfläche 154 ist, von der ersten Eingangs/Ausgangs-Kontaktanschlussfläche 153 beabstandet sein. In der dargestellten Ausführungsform ist die Entfernung zwischen den zwei Gates 158, 159 größer als die Entfernung zwischen dem Gate und seiner jeweiligen Eingangs/Ausgangs-Kontaktanschlussfläche. Allerdings ist die Entfernung zwischen den zwei Gates 158, 159 in anderen, nicht dargestellten Ausführungsformen im Wesentlichen dieselbe wie die Entfernung zwischen dem Gate und seiner jeweiligen Eingangs/Ausgangs-Kontaktanschlussfläche. Die zwei Gates 158, 159 sind unabhängig betreibbar.
  • Zwischen den zwei Gates 158, 159 kann ein weiterer leitfähiger Kontakt 160 im Wesentlichen äquidistant angeordnet sein. Der weitere leitfähige Kontakt 160 kann ein dedizierter Source-Anschluss oder Massenanschluss sein. Wie schematisch durch die Linie 162 angegeben ist, ist der weitere leitfähige Kontakt 160 mit der hinteren Oberfläche 161 des Substrats 159 elektrisch gekoppelt und stellt er für die Rückseite des bidirektionalen Schalters 151 eine Erdung bereit.
  • Der leitfähige Kontakt 160 kann durch irgendein geeignetes Mittel mit der Rückseite 161 des Substrats 157 gekoppelt sein. Wie in 9 dargestellt ist, ist der elektrisch leitfähige Kontakt 160 in einer Ausführungsform wenigstens durch ein leitfähiges Kontaktloch 163, das derart von dem leitfähigen Kontakt 160 durch die Sperrschicht 155 und durch die Kanalschicht 156 verläuft, dass es einen Kontakt mit dem Substrat 157 herstellt, mit dem Substrat 157 elektrisch gekoppelt. Das leitfähige Kontaktloch 163 kann zu der hinteren Oberfläche 161 des Substrats 157 verlaufen. Das Kontaktloch in dem Halbleitermaterial kann mit einem elektrisch isolierten Material ausgekleidet sein, um das elektrisch leitfähige Kontaktloch 163 von dem Halbleitermaterial der Sperrschicht 155 und der Kanalschicht 156 elektrisch zu isolieren.
  • Außerdem kann der leitfähige Kontakt 160 durch eine oder mehrere Verbindungen außerhalb des Halbleiterkörpers des Halbleiterbauelements 150 mit der Rückseite 161 des Substrats 157 gekoppelt sein. Zum Beispiel kann der leitfähige Kontakt 160 durch einen oder mehrere Bonddrähte mit einem leitfähigen Träger gekoppelt sein, auf dem das Substrat 157 angeordnet ist.
  • Wie oben diskutiert wurde, kann der Transistor mit hoher Elektronenmobilität auf der Basis eines Gruppe-III-Nitrids, der als ein bidirektionaler Schalter konfiguriert ist, eine Anreicherungsvorrichtung enthalten. Die Anreicherungsvorrichtung kann eine p-dotierte GaN-Schicht oder eine p-dotierte Aluminiumgalliumnitridschicht, die zwischen dem Metall-Gate und der Sperrschicht angeordnet ist, enthalten.
  • 10 stellt eine schematische Ansicht eines Anreicherungstransistors mit hoher Elektronenmobilität (HEMT) 170 auf der Basis eines Gruppe-III-Nitrids dar, der als ein bidirektionaler Schalter 171 konfiguriert ist, der eine p-dotierte Schicht 172 auf der Basis eines Gruppe-III-Nitrids, die zwischen einem T-förmigen Metall-Gate 173 und einer Sperrschicht 174 angeordnet ist, umfasst. Die Sperrschicht 174 umfasst Aluminiumgalliumnitrid und ist auf einer Kanalschicht 175 angeordnet, die Galliumnitrid umfasst, die ihrerseits auf einem Substrat 176 angeordnet ist. Die p-dotierte Schicht 172 auf der Basis eines Gruppe-III-Nitrids umfasst zwei Teilschichten 177, 178. Die erste Teilschicht 177 ist auf der Sperrschicht 174 angeordnet und umfasst ein p-dotiertes Galliumaluminiumgalliumnitrid. Die zweite Teilschicht 179 ist auf der ersten Teilschicht 178 angeordnet und umfasst ein p-dotiertes Galliumnitrid. Der vertikale Abschnitt des T-förmigen Gates 173 ist auf der p-dotierten Galliumnitridschicht 178 angeordnet. Die Querausdehnung der beiden Teilschichten 178, 179 kann im Wesentlichen dieselbe wie die Querausdehnung des Fußes des Gates 173 sein.
  • Außerdem umfasst der HEMT 170 zwei Dioden 179, 180, die zwischen der ersten Eingangs/Ausgangs-Elektrode 171 und der zweiten Eingangs/Ausgangs-Elektrode 172 antiseriell geschaltet sind. Wie schematisch durch die Linie 183 angegeben ist, sind die Dioden 179, 180 außerdem mit der hinteren Oberfläche des Substrats 176 gekoppelt. Die Anoden der Dioden 179, 180 sind mit der hinteren Oberfläche des Substrats 176 gekoppelt. Die Kathoden der Dioden 179, 180 sind mit der ersten Eingangs/Ausgangs-Elektrode 171 bzw. mit der zweiten Eingangs/Ausgangs-Elektrode 172 elektrisch gekoppelt.
  • 11 stellt eine schematische Ansicht eines Bauelements 190 auf der Basis eines Gruppe-III-Nitrids dar, das einen bidirektionalen Schalter umfasst. Der HEMT 190 auf der Basis eines Gruppe-III-Nitrids umfasst eine Kanalschicht 191 und eine Sperrschicht 192, die auf der Kanalschicht 191 angeordnet ist. Die Kanalschicht 191 kann Galliumnitrid enthalten und die Sperrschicht 192 kann Aluminiumgalliumnitrid enthalten, so dass an der Grenzfläche zwischen der Aluminiumgalliumnitridschicht und der Galliumnitridschicht ein zweidimensionales Elektronengas (2DEG) 193 gebildet ist. Die Zusammensetzung der Sperrschicht 192 kann innerhalb der Sperrschicht 192 variieren.
  • Die Zusammensetzung der Sperrschicht 192 variiert in Richtungen im Wesentlichen senkrecht zu dem zweidimensionalen Elektronengas 193. Insbesondere kann der Aluminiumgehalt und folglich der Galliumgehalt über die Dicke der Sperrschicht 192, z. B. von der Grenzfläche 194 zwischen der Sperrschicht 192 und der Kanalschicht 191 zu der äußersten Oberfläche 195 der Sperrschicht 192, variieren. Die Zusammensetzung kann allmählich variieren, was eine abgestufte Zusammensetzungsstruktur bereitstellt.
  • In einigen Ausführungsformen umfasst die Sperrschicht 192 zwei oder mehr Teilschichten 196, 197 mit unterschiedlicher Zusammensetzung, insbesondere Aluminiumgalliumnitrid mit unterschiedlicher Zusammensetzung. Die erste Teilschicht 196, die auf der Kanalschicht 191 angeordnet ist, kann einen Aluminiumgehalt enthalten, der niedriger als der Aluminiumgehalt der zweiten Teilschicht 197 ist, die auf der ersten Teilschicht 196 angeordnet ist. Zwischen einer ersten Eingangs/Ausgangs-Elektrode 200 und einer zweiten Eingangs/Ausgangs-Elektrode 201 und der hinteren Oberfläche 202 des Substrats 203 sind zwei Dioden 198, 199 antiseriell geschaltet, so dass die hintere Oberfläche 202 des Substrats 203 mit einem Nahezu-Source-Potential gekoppelt ist.
  • Eine Sperrschicht, die eine räumlich variierende Zusammensetzung oder zwei Teilschichten mit unterschiedlicher Zusammensetzung umfasst, ist nicht auf die Verwendung in einen Transistor mit hoher Elektronenmobilität auf der Basis eines Gruppe-III-Nitrids mit den in 11 dargestellten Merkmalen beschränkt. Zum Beispiel kann die Sperrschicht, die eine räumlich variierende Zusammensetzung oder zwei oder mehr Teilschichten mit unterschiedlicher Zusammensetzung umfasst, in einem Transistor mit hoher Elektronenmobilität auf der Basis eines Gruppe-III-Nitrids, der ein einzelnes Gate oder zwei unabhängig betreibbare Gates umfasst, und/oder in einem Verarmungs- oder in einem Anreicherungs-Transistor mit hoher Elektronenmobilität auf der Basis eines Gruppe-III-Nitrids verwendet werden.
  • 12 stellt eine schematische Querschnittsdarstellung eines Halbleiterbauelements 210 dar, das einen Transistor mit hoher Elektronenmobilität (HEMT) 211 auf der Basis eines Gruppe-III-Nitrids umfasst, der als ein bidirektionaler Schalter konfiguriert ist, in dem die Rückseite des HEMT 211 mit einem Nahezu-Drain-Potential gekoppelt ist. Der HEMT 211 auf der Basis eines Gruppe-III-Nitrids umfasst eine erste Eingangs/Ausgangs-Kontaktanschlussfläche 212, eine zweite Eingangs/Ausgangs-Kontaktanschlussfläche 213 und ein einzelnes Gate 214, das zwischen der ersten Eingangs/Ausgangs-Kontaktanschlussfläche 212 und der zweiten Eingangs/Ausgangs-Kontaktanschlussfläche 213 angeordnet ist. Zwischen der ersten Eingangs/Ausgangs-Kontaktanschlussfläche 212 und der zweiten Eingangs/Ausgangs-Kontaktanschlussfläche 213 sind eine erste Diode 215 und eine zweite Diode 216 antiseriell geschaltet. Wie in 2 schematisch angegeben ist, sind eine Kathode 217 der ersten Diode 215 und eine Kathode 218 der zweiten Diode 216 durch eine Linie 220 mit der Rückseite 219 des HEMT 211 gekoppelt. Eine Anode 221 der ersten Diode 215 ist mit der ersten Eingangs/Ausgangs-Kontaktanschlussfläche 212 elektrisch gekoppelt und eine Anode 222 der zweiten Diode 216 ist mit der zweiten Eingangs/Ausgangs-Kontaktanschlussfläche 213 gekoppelt.
  • Die elektrische Verbindung zwischen der Kathode 217 der ersten Diode 215, der Kathode 218 der zweiten Diode 216 und der Rückseite 219 des HEMT 211 kann z. B. einen oder mehrere Bonddrähte oder eines oder mehrere leitfähige Kontaktlöcher enthalten.
  • Die erste Diode 215 und die zweite Diode 216 können die Nennsperrspannung des HEMT 211 aushalten. Wegen der antiseriellen Anordnung der Dioden 215, 216 zwischen der ersten Eingangs/Ausgangs-Kontaktanschlussfläche 212 und der zweiten Eingangs/Ausgangs-Kontaktanschlussfläche 213 ist die Rückseite 219 des HEMT 211 in beiden Richtungen, d. h., wenn die erste Eingangs/Ausgangs-Kontaktanschlussfläche 212 als die Source wirkt und wenn die zweite Eingangs/Ausgangs-Kontaktanschlussfläche 213 als der Drain wirkt sowie wenn die erste Eingangs/Ausgangs-Kontaktanschlussfläche 212 als der Drain wirkt und wenn die zweite Eingangs/Ausgangs-Kontaktanschlussfläche 213 als die Source wirkt, mit einem Potential nahe dem Drain-Potential gekoppelt.
  • Der HEMT 211 auf der Basis eines Gruppe-III-Nitrids kann ein Substrat 223, eine Kanalschicht 224, die Galliumnitrid GaN umfasst, die auf dem Substrat 223 angeordnet ist, und eine Sperrschicht 225, die Aluminiumgalliumnitrid (AlxGa1-xN mit 0 < x < 1) umfasst, die auf der Kanalschicht 224 angeordnet ist, enthalten. An der Grenzfläche zwischen der Sperrschicht 225 und der Kanalschicht 224 ist durch induzierte und spontane Polarisation ein zweidimensionales Elektronengas (2DEG) gebildet.
  • Das Gate 224 kann durch zwei unabhängig betreibbare Gates ersetzt sein. Die Dioden 215, 216 können durch diskrete Komponenten vorgesehen sein oder können in den HEMT 211 integriert sein. Außerdem kann die Sperrschicht eine räumlich variierende Zusammensetzung oder zwei oder mehr Teilschichten mit unterschiedlicher Zusammensetzung enthalten.
  • Räumliche Relativbegriffe wie etwa "unter", "unterhalb", "unterer", "über", "oberer" und dergleichen sind zur Erleichterung der Beschreibung verwendet, um die Positionierung eines Elements relativ zu einem zweiten Element zu erläutern. Diese Begriffe sollen zusätzlich zu unterschiedlichen Orientierungen als den in den Figuren gezeigten andere Orientierungen der Vorrichtung einschließen.
  • Ferner sind Begriffe wie etwa "erstes", "zweites" und dergleichen ebenfalls zur Beschreibung verschiedener Elemente, Gebiete, Abschnitte usw. verwendet und sollen sie nicht beschränkend sein. Gleiche Begriffe beziehen sich überall in der Beschreibung auf gleiche Elemente.
  • Wie die Begriffe "aufweisend", "enthaltend", "beinhaltend", "umfassend" und dergleichen hier verwendet sind, sind sie offene Begriffe, die die Anwesenheit der genannten Elemente oder Merkmale angeben, zusätzliche Elemente oder Merkmale aber nicht ausschließen. Sofern der Kontext nicht klar etwas anderes angibt, sollen die Artikel "einer", "eine" und "das" den Plural sowie den Singular enthalten.
  • Selbstverständlich können die Merkmale der verschiedenen hier beschriebenen Ausführungsformen miteinander kombiniert werden, sofern nicht spezifisch etwas anderes angegeben ist.
  • Obwohl hier spezifische Ausführungsformen dargestellt und beschrieben sind, wird vom Durchschnittsfachmann auf dem Gebiet gewürdigt werden, dass für die spezifischen gezeigten und beschriebenen Ausführungsformen eine Vielzahl alternativer und/oder äquivalenter Implementierungen ersetzt werden können, ohne von dem Schutzumfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Diese Anmeldung soll irgendwelche Anpassungen oder Änderungen der hier diskutierten spezifischen Ausführungsformen umfassen. Somit soll diese Erfindung nur durch die Ansprüche und durch ihre Entsprechungen beschränkt sein.

Claims (24)

  1. Schaltkreis, die Folgendes umfasst: einen bidirektionalen Schalter, der einen ersten Eingangs/Ausgangs-Knoten, einen zweiten Eingangs/Ausgangs-Knoten, eine erste Diode und eine zweite Diode umfasst, wobei die erste Diode und die zweite Diode zwischen dem ersten Eingangs/Ausgangs-Knoten und dem zweiten Eingangs/Ausgangs-Knoten antiseriell gekoppelt sind.
  2. Schaltkreis nach Anspruch 1, wobei der bidirektionale Schalter einen Gruppe III Nitrid-basierten Transistor mit hoher Elektronenmobilität umfasst.
  3. Schaltkreis nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, wobei eine Anode der ersten Diode und eine Anode der zweiten Diode mit einem Knoten gekoppelt sind.
  4. Schaltkreis nach Anspruch 3, wobei der Knoten mit der Rückseite des Transistors mit hoher Elektronenmobilität elektrisch gekoppelt ist.
  5. Schaltkreis nach einem der Ansprüche 2 bis 4, wobei der Gruppe III Nitrid-basierten Transistor mit hoher Elektronenmobilität ein einzelnes Gate oder zwei unabhängig betreibbare Gates umfasst.
  6. Schaltkreis nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die erste Diode und die zweite Diode diskrete Komponenten umfassen.
  7. Schaltkreis nach einem der Ansprüche 2 bis 5, wobei die erste Diode und die zweite Diode in den Transistor mit hoher Elektronenmobilität integriert sind.
  8. Halbleiterbauelement, das Folgendes umfasst: einen Gruppe III Nitrid-basierten Transistor mit hoher Elektronenmobilität, der als ein bidirektionaler Schalter konfiguriert ist und eine erste Eingangs/Ausgangs-Kontaktanschlussfläche und eine zweite Eingangs/Ausgangs-Kontaktanschlussfläche, ein oder mehrere Gates, die zwischen der ersten Eingangs/Ausgangs-Kontaktanschlussfläche und der zweiten Eingangs/Ausgangs-Kontaktanschlussfläche angeordnet sind, eine erste Diode und eine zweite Diode, wobei die erste Diode und die zweite Diode zwischen der ersten Eingangs/Ausgangs-Kontaktanschlussfläche und der zweiten Eingangs/Ausgangs-Kontaktanschlussfläche antiseriell gekoppelt sind, umfasst.
  9. Halbleiterbauelement nach Anspruch 8, wobei eine Anode der ersten Diode und eine Anode der zweiten Diode mit einer Rückseite des Transistors mit hoher Elektronenmobilität gekoppelt sind.
  10. Halbleiterbauelement nach Anspruch 8, wobei eine Kathode der ersten Diode und eine Kathode der zweiten Diode mit einer Rückseite des Transistors mit hoher Elektronenmobilität gekoppelt sind.
  11. Halbleiterbauelement nach einem der Ansprüche 8 bis 10, wobei die erste Diode und die zweite Diode jeweils eine Transistorstruktur umfassen, die eine erste Lastelektrode, ein Gate und eine zweite Lastelektrode umfasst, wobei das Gate mit der ersten Lastelektrode elektrisch gekoppelt ist.
  12. Halbleiterbauelement nach Anspruch 11, wobei die Transistorstruktur eine Anreicherungstransistorstruktur umfasst.
  13. Halbleiterbauelement nach einem der Ansprüche 8 bis 12, wobei der Gruppe III Nitrid-basierten Transistor mit hoher Elektronenmobilität ein Anreicherungsbauelement oder eine Verarmungsbauelement umfasst.
  14. Halbleiterbauelement nach einem der Ansprüche 8 bis 13, wobei der Gruppe III Nitrid-basierten Transistor mit hoher Elektronenmobilität eine Kanalschicht und eine Sperrschicht, die auf der Kanalschicht angeordnet ist, umfasst.
  15. Halbleiterbauelement nach Anspruch 14, wobei die Kanalschicht GaN umfasst und wobei die Sperrschicht AlxGa(1-x)N mit 0 < x < 1 umfasst.
  16. Halbleiterbauelement nach einem der Ansprüche 8 bis 15, wobei das Gate wenigstens ein p-dotiertes Gruppe-III-Nitrid umfasst.
  17. Halbleiterbauelement nach Anspruch 16, wobei das p-dotierte Gruppe-III-Nitrid wenigstens eines der Gruppe umfasst, die aus einer p-dotierten GaN-Schicht und aus einer p-dotierten AlzGa(1-z)N-Schicht mit 0 < z < 1 besteht.
  18. Verfahren, das Folgendes umfasst: Koppeln einer Rückseite eines Transistors mit hoher Elektronenmobilität, der als ein bidirektionaler Schalter konfiguriert ist, mit einem Nahezu-Source-Potential dadurch, dass eine erste Diode und eine zweite Diode zwischen einer ersten Eingangs/Ausgangs-Kontaktanschlussfläche und einer zweiten Eingangs/Ausgangs-Kontaktanschlussfläche des Transistors mit hoher Elektronenmobilität antiseriell gekoppelt werden.
  19. Verfahren nach Anspruch 18, wobei eine Anode der ersten Diode und eine Anode der zweiten Diode mit der Rückseite des Transistors mit hoher Elektronenmobilität gekoppelt werden und wobei eine Kathode der ersten Diode mit der ersten Eingangs/Ausgangs-Kontaktanschlussfläche gekoppelt wird und eine Kathode der zweiten Diode mit der zweiten Eingangs/Ausgangs-Kontaktanschlussfläche gekoppelt wird.
  20. Verfahren, das Folgendes umfasst: Koppeln einer Rückseite eines Transistors mit hoher Elektronenmobilität, der als ein bidirektionaler Schalter konfiguriert ist, mit einem Nahezu-Drain-Potential dadurch, dass eine erste Diode und eine zweite Diode zwischen einer ersten Eingangs/Ausgangs-Kontaktanschlussfläche und einer zweiten Eingangs/Ausgangs-Kontaktanschlussfläche des Transistors mit hoher Elektronenmobilität antiseriell gekoppelt werden.
  21. Verfahren nach Anspruch 20, wobei eine Kathode der ersten Diode und eine Kathode der zweiten Diode mit der Rückseite des Transistors mit hoher Elektronenmobilität gekoppelt werden und wobei eine Anode der ersten Diode mit der ersten Eingangs/Ausgangs-Kontaktanschlussfläche gekoppelt wird und wobei eine Anode der zweiten Diode mit der zweiten Eingangs/Ausgangs-Kontaktanschlussfläche gekoppelt wird.
  22. Halbleiterbauelement, das Folgendes umfasst: einen Gruppe III Nitrid-basierten Transistor mit hoher Elektronenmobilität, der als ein bidirektionaler Schalter konfiguriert ist und der eine erste Eingangs/Ausgangs-Kontaktanschlussfläche, eine zweite Eingangs/Ausgangs-Kontaktanschlussfläche, zwei unabhängig betreibbare Gates, die zwischen der ersten Eingangs/Ausgangs-Kontaktanschlussfläche und der zweiten Eingangs/Ausgangs-Kontaktanschlussfläche angeordnet sind, und eine weitere Anschlussfläche umfasst, wobei die weitere Anschlussfläche mit einer Rückseite des Gruppe III Nitrid-basierten Transistors mit hoher Elektronenmobilität gekoppelt ist, umfasst.
  23. Halbleiterbauelement nach Anspruch 22, wobei die weitere Anschlussfläche zwischen den zwei unabhängig betreibbaren Gates angeordnet ist.
  24. Halbleiterbauelement nach Anspruch 22 oder Anspruch 23, wobei die weitere Anschlussfläche auf einer Sperrschicht des Gruppe III Nitrid-basierten Transistors mit hoher Elektronenmobilität angeordnet ist und durch ein leitfähiges Kontaktloch oder durch eine elektrische Verbindung außerhalb des Gruppe III Nitrid-basierten Transistors mit hoher Elektronenmobilität mit der Rückseite des Gruppe III Nitrid-basierten Transistors mit hoher Elektronenmobilität elektrisch gekoppelt ist.
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