可操作的氮化镓器件制造技术

描述了一种包括半导体主体的电源电路，半导体主体具有公共衬底和基于氮化镓(GaN)的衬底。基于GaN的衬底包括与公共衬底的前侧相邻的一个或多个GaN器件。公共衬底电耦合至电源电路的节点。电源电路的节点处于特定电位，特定电位等于或小于一个或多个GaN器件的一个或多个负载端处的电位。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及与半导体器件有关的技术和电路。
技术介绍
氮化镓(GaN)可用作半导体器件的制造材料。GaN的一种显著优势在于GaN具有应变引入的压电电荷，这允许传导通道(例如，二维电子气(2DEG)区域)形成在基于GaN的半导体器件内而无需掺杂GaN。消除掺杂GaN的需要可以减少半导体器件的杂质散射效应，这允许本征载流子迀移率在具有低导通阻抗(R_)的电流传导通道(例如，2DEG区域)中形成。然而，GaN可包含陷阱，由于与GaN相关联的潜在较大的带隙，其会在GaN内捕捉或拉动和保持活动载流子。这些陷阱会导致与基于GaN的半导体器件相关联的已知为电流崩塌的不利效果，使得电流传导通道中的活动载流子的数量减少。半导体器件可依赖于GaN衬底和公共衬底(例如，硅(Si)衬底、碳化硅(SiC)衬底或由显示出与Si或SiC类似的电和化学特性的材料制成的其他类似类型的衬底)的组合，以提高半导体器件相对于其他类型的半导体器件的性能而不增加成本。然而，依赖于GaN衬底和公共衬底的组合的半导体器件会遭受异常高速的陷阱。高速陷阱可使基于GaN的半导体器件无效且不能用作高电子迀移率场效应晶体管(HEMT)。例如，基于GaN的半导体器件中的电流崩塌可使基于GaN的半导体器件的Rdsm增加100倍，并且实际上使得GaN半导体器件不能用于大多数HEMT应用。
技术实现思路
通常，技术和电路被描述为配置半导体器件以具有一个或多个GaN器件而不经受电流崩塌的效应。例如，本文所描述的电源电路可被配置为通过将低电位施加于公共衬底来减小或消除一个或多个GaN器件的电流崩塌。在一些示例中，低电位可通过电源电路直接施加于GaN器件，并且施加于衬底的低电位可直接来自于电源电路。在其他示例中，电源电路可经由二极管和/或开关来施加低电位。系统可包括耦合至电源电路的控制器单元，其输入端用于接收来自功率源的功率。根据本文所描述的技术，控制器单元可确定系统的低电位并利用至少一个控制器将命令和/或信号传送至电源电路，以控制二极管和/或开关的打开和/或闭合，从而将低电位施加于公共衬底。在一个示例中，电源电路包括半导体主体，半导体主体包括公共衬底以及基于氮化镓(GaN)的衬底，基于氮化镓(GaN)的衬底包括与公共衬底的前侧相邻的一个或多个GaN器件，其中公共衬底电耦合至电源电路的节点，该节点处于特定电位，特定电位等于一个或多个GaN器件的一个或多个负载端处的电位或者比一个或多个GaN器件的一个或多个负载端处的电位更小(more negtive)。在另一示例中，半导体器件包括电耦合至电源电路的节点的公共衬底以及一个或多个氮化镓(GaN)器件，一个或多个GaN器件包括与公共衬底的前侧相邻的GaN衬底、与GaN衬底相邻且与公共衬底的前侧相对的二维电子气(2DEG)区域、与2DEG区域相邻且与GaN衬底相对的氮化铝镓(AlGaN)层以及一个或多个负载端，其中，2DEG区域包括至少部分地基于与公共衬底电耦合的电源电路的节点处的特定电位从GaN衬底向AlGaN层排斥的电子，以及其中特定电位等于一个或多个负载端处的电位或比一个或多个负载端处的电位更小。在另一示例中，一种方法包括:确定电源电路的节点处的特定电位，该特定电位等于或小于一个或多个氮化镓(GaN)器件的一个或多个负载端处的端电位，其中一个或多个GaN器件的每一个均包括在半导体主体的一个或多个GaN衬底上，一个或多个GaN衬底与半导体主体的公共衬底的前侧相邻；以及向半导体主体的公共衬底施加电源电路的节点处的特定电位，其中施加特定电位减少了半导体主体中的电流崩塌量。【附图说明】在附图和以下描述中阐述了一个或多个示例的细节。本公开的其他特征、目的和优点将从描述和附图以及权利要求中明显得出。图1是示出根据本公开的一个或多个方面的用于对负载供电的示例性系统的框图。图2是示出根据本公开的一个或多个方面的图1所示示例性系统的电源电路的一个示例的框图。图3是示出作为图2的电源电路的一个示例的单相整流器的示例的框图。图4A和图4B是示出节点之间的压差以及流过图3所示示例性电源电路6A的半导体主体的电流的示例的概念图。图5是示出作为图2的电源电路的附加示例的图腾柱(totem pole)功率因数校正级的示例的框图。图6是示出作为图2的电源电路的附加示例的反相器的示例的框图。图7是示出作为图2的电源电路的附加示例的三相维也纳整流器的示例的框图。图8A至图SC是分别示出作为图2的电源电路的附加示例的单相维也纳整流器的示例的框图。图9A至图9C是分别示出图2所示示例性半导体主体的基于开关的半导体主体的示例的截面分层图。图10是示出图2所示示例性半导体主体的基于二极管的半导体主体的示例的截面分层图。图11至图13是分别示出根据本公开的一个或多个方面的包括图2所示示例性电源电路的示例性半导体封装件的框图。图14是示出根据本公开的一个或多个方面的在半导体主体上具有GaN 二极管和GaN双向开关的封装件的示例的框图。图15是示出根据本公开的一个或多个方面的用于减少示例性电源电路的电流崩塌的示例性操作的流程图。【具体实施方式】一些电子器件(例如，晶体管、二极管、开关等)是基于半导体的，或者换句话说，由诸如硅(Si)、氮化硅(SiC)、氮化镓(GaN)等的半导体材料制成。例如，双向GaN开关可包括具有AlGaN层且粘附至衬底和/或衬底组合(诸如GaN衬底和Si衬底的组合)的一个或多个GaN器件(例如，两个GaN开关)。在一些示例中，使用多于一个的Si衬底层等可降低GaN衬底与Si衬底之间的晶格失配。使用基于GaN的部件(诸如GaN高电子迀移率晶体管(HEMT))的一些优势在于，基于GaN的部件被认为与其他类型的HEMT或类似类型的半导体部件相比具有高性能和低成本。例如，不同于其他类型的半导体部件，基于GaN的部件可具有高饱和速度(例如，与Si的Ix 107cm/s相比，GaN为2.5x 107cm/s)和击穿电场强度(与Si的?3x 105V/cm相比，GaN为5x 106V/cm)。基于GaN的部件还具有直接和较大的带隙(与Si的1.1eV相比，GaN为3.4eV)，这实现了较低的导通阻抗(“RDSW”)和高操作温度。GaN的一种主要优点是GaN具有应变引入的压电电荷，这使得传导通道(例如，二维电子气(2DEG)区域)形成在基于GaN的半导体器件内而不需要掺杂GaN。消除掺杂GaN的需要可以减少半导体器件的杂质散射效应，这允许本征载流子迀移率在具有低导通阻抗(Rdson)的电流传导通道(例如，2DEG区域)中形成。然而，GaN可包含陷阱，由于与GaN相关联的潜在较大的带隙，其会在GaN内捕捉或拉动和保持活动载流子。这些陷阱会导致与基于GaN的半导体器件相关联的已知为电流崩塌的不利效果，使得电流传导通道中的活动载流子的数量减少。半导体器件可依赖于GaN衬底和公共衬底(例如，硅(Si)衬底、碳化硅(SiC)衬底或由显示出与Si或SiC类似的电和化学特性的材料制成的其他类似类型的衬底)的组合，以提高半导体器件相对于其他类型的半导体器件的性能而不增加成本。然而，依赖于GaN衬底和公共衬底的组合的半导体器件会遭受异常高速的陷阱。高速陷阱可使基于本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电源电路，包括：半导体主体，所述半导体主体包括：公共衬底；以及基于氮化镓(GaN)的衬底，包括与所述公共衬底的正侧相邻的一个或多个GaN器件，其中所述公共衬底电耦合至所述电源电路的节点，所述节点处于特定电位，所述特定电位等于或小于所述一个或多个GaN器件的一个或多个负载端处的电位。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：G·德伯伊，
申请(专利权)人：英飞凌科技奥地利有限公司，
类型：发明
国别省市：奥地利;AT