一种半导体器件包括增强型GaN FET(102)和耗尽型GaN FET(104)，耗尽型GaN FET(104)串联地电耦合在增强型GaN FET的栅极节点(120)和半导体器件的栅极端子(116)之间。耗尽型GaN FET的栅极节点(122)电耦合到增强型GaN FET的源极节点(106)和半导体器件的源极端子(108)，增强型GaN FET的漏极节点(110)电耦合到半导体器件的漏极端子(112)，并且耗尽型GaN FET的漏极节点(114)电耦合到半导体器件的栅极端子(116)。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及半导体器件领域，更具体地涉及半导体器件中的氮化镓场效应晶体管(GaN FET)。
技术介绍
由诸如GaN的II1-N材料制成的场效应晶体管(FET)与硅FET相比，呈现出电力开关所期望的性能(诸如高带隙和高热导率)。然而，具有半导体栅极的增强型GaN FET在栅极过偏压时，不期望地易受到过多的栅极泄漏电流的影响。类似地，具有绝缘栅极的增强型GaN FET在栅极过偏压时易受到栅极电介质击穿的影响。
技术实现思路
一种半导体器件包括增强型GaN FET和耗尽型GaN FET，增强型GaN FET具有p型半导体材料的栅极或绝缘栅极，并且耗尽型GaN FET串联地电耦合在增强型GaN FET的栅极节点和半导体器件的栅极端子之间。耗尽型GaN FET的栅极节点电耦合到增强型GaNFET的源极节点。在半导体器件的工作期间，可将低于最大所需栅极-源极偏压的低栅极偏压施加到半导体器件的栅极端子；低栅极偏压通过耗尽型GaN FET传输并被施加到增强型GaNFET的栅极节点，其中耗尽型GaN FET两端几乎没有压降。可将高于最大所需栅极-源极偏压的高栅极偏压施加到半导体器件的栅极端子；高栅极偏压使耗尽型GaN FET进入夹断模式，以使耗尽型GaN FET的源极节点维持在夹断电压下，并且耗尽型GaN FET两端的漏极-源极压降随高栅极偏压的增加而增加，并且因此增强型GaN FET的栅极节点上的栅极偏压维持在低于最大所需栅极-源极偏压的夹断电压下。【附图说明】图1是示例性半导体器件的电路图。图2-图4是示例性半导体器件的横截面视图。【具体实施方式】半导体器件包括增强型GaN FET和耗尽型GaN FET,增强型GaN FET具有p型半导体材料的栅极或绝缘栅极，并且耗尽型GaN FET串联地电耦合在增强型GaN FET的栅极节点和半导体器件的栅极端子之间。耗尽型GaN FET的栅极节点电耦合到增强型GaN FET的源极节点。在半导体器件的工作期间，可将低于最大所需栅极-源极偏压的低栅极偏压施加到半导体器件的栅极端子；低栅极偏压通过耗尽型GaN FET传输并被施加到增强型GaNFET的栅极节点，其中耗尽型GaN FET两端几乎没有压降。可将高于最大所需栅极-源极偏压的高栅极偏压施加到半导体器件的栅极端子；高栅极偏压使耗尽型GaN FET进入夹断模式，以使耗尽型GaN FET的源极节点维持在夹断电压下，并且耗尽型GaN FET两端的漏极-源极压降随高栅极偏压的增加而增加，并且因此增强型GaN FET的栅极节点上的栅极偏压维持在低于最大所需栅极-源极偏压的夹断电压下。术语“II1-N”是指半导体材料，其中第III族元素(铝、镓、铟和硼)提供半导体材料中的一部分原子，而氮原子提供半导体材料中的剩余部分原子。II1-N半导体材料的示例是氮化镓、氮化硼镓、氮化铝镓、氮化铟以及氮化铟铝镓。描述材料的元素化学式的术语并不暗示元素的特定化学计量。II1-N材料可用变量下标书写，来表示一系列可能的化学计量。例如，氮化铝镓可写为AlxGa1J,并且氮化铟铝镓可写为InxAlyGai_x_yN。术语GaN FET是指包括II1-N半导体材料的场效应晶体管。图1是示例性半导体器件的电路图。半导体器件100包括增强型GaN FET 102和耗尽型GaN FET 104。增强型GaN FET 102的源极节点106电耦合到半导体器件100的源极端子108。增强型GaN FET102的漏极节点110电耦合到半导体器件100的漏极端子112。耗尽型GaN FET 104的漏极节点114电耦合到半导体器件100的栅极端子116。耗尽型GaN FET 104的源极节点118电耦合到增强型GaN FET 102的栅极节点120。耗尽型GaN FET 104的栅极节点122电耦合到半导体器件100的源极端子108。当增强型GaN FET 102上的栅极-源极偏压超过最大所需栅极-源极偏压(例如5伏特)时，增强型GaN FET 102的栅极节点120会不期望地引起(draw)过多电流。增强型GaN FET 102的阈值电压小于最大所需栅极-源极偏压。耗尽型GaN FET 104的栅极-源极夹断电压小于增强型GaN FET的最大所需栅极-源极偏压。图2-图4示出示例性半导体器件的横截面。参考图2，半导体器件200包括增强型GaN FET 202和耗尽型GaN FET 204。增强型GaN FET202在硅衬底224上形成。失配绝缘层226在硅衬底224上形成。失配绝缘层226可以是，例如，100至300纳米的氮化铝。缓冲层228在失配绝缘层226上形成。缓冲层228可以具有，例如I至7微米的厚度，并且包括一叠AlxGahN的渐变层，渐变层中，在失配绝缘层226处存在丰富的铝并且在缓冲层228的顶表面处存在丰富的镓。电绝缘层230在缓冲层228上形成。电绝缘层230可以是，例如300至2000纳米的半绝缘氮化镓。电绝缘层608可以是，例如，半绝缘的，以提供电绝缘层230上方和下方的层之间期望水平的电绝缘。低缺陷层232在电绝缘层230上形成。低缺陷层232可以是，例如25至1000纳米的氮化镓。可形成低缺陷层232，以便最小化可对电子迀移率有不利影响的晶体缺陷，这可能导致低缺陷层232掺杂例如具有低于117CnT3的掺杂浓度的碳、铁或其他掺杂物质。阻挡层234在低缺陷层232上形成。阻挡层234可以是，例如8至30纳米的AlxGa1J或InxAlyGai_x_yN。阻挡层234中的第III族元素的组成可以是，例如24% -28%的氮化铝和72% -76%的氮化镓。在低缺陷层232上形成阻挡层234恰在阻挡层234下方的低缺陷层232中产生具有例如IxlO12至2x10 13CnT2的电子密度的二维电子气。可选的盖层236可在阻挡层234上形成。盖层236可以是，例如2至5纳米的氮化镓。盖层236可减少阻挡层234中铝的氧化。若存在盖层，则增强型栅极220在盖层236上形成，若没有形成盖层，则增强型栅极220在阻挡层234上形成。增强型栅极220包括p型II1-N半导体(如氮化镓、氮化镓铝、氮化铟镓铝、氮化铟铝和氮化铝等)中的一层或更多层。增强型栅极220可具有金属栅极盖238，金属栅极盖238与增强型栅极220形成欧姆接触或者肖特基接触，以改善电性能。源极触点206被形成通过盖层236并延伸到阻挡层234，以便形成到增强型GaNFET 202的低缺陷层232中的二维电子气的隧道连接。源极触点206可与增强型栅极220横向分离，例如500至1500纳米的距离。类似地，漏极触点210被形成通过盖层236并延伸到阻挡层234，以便形成到二维电子气的隧道连接。漏极触点210与增强型栅极220横向分离的距离取决于增强型GaN FET 202的最大工作电压。例如，在设计为其最大工作电压为200伏的增强型GaN FET 202中，漏极触点210可与增强型栅极220横向分离2至8微米的距离。在设计为其最大工作电压为600伏的增强型GaN FET 202中，漏极触点210可与增强型栅极220横向分离5至20微米的距离。耗尽型GaN FET 204可与增强型G本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种半导体器件，其包括：增强型氮化镓场效应晶体管，即增强型GaN FET；以及耗尽型GaN FET；其中：所述增强型GaN FET的源极节点电耦合到所述半导体器件的源极端子；所述增强型GaN FET的漏极节点电耦合到所述半导体器件的漏极端子；所述增强型GaN FET的栅极节点电耦合到所述耗尽型GaN FET的源极节点；所述耗尽型GaN FET的栅极节点电耦合到所述增强型GaN FET的所述源极节点；以及所述耗尽型GaN FET的漏极节点电耦合到所述半导体器件的栅极端子。
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...
【专利技术属性】
技术研发人员：S·彭迪哈卡，N·特珀尔内尼，
申请(专利权)人：德克萨斯仪器股份有限公司，
类型：发明
国别省市：美国;US
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