本申請是由Chun-Li Liu等人于2015年7月24日提交的、題目為“CASCODE CONFIGURED SEMICONDUCTOR COMPONENT”的臨時(shí)專利申請序列號62/196,652的非臨時(shí)申請，該臨時(shí)專利申請全文并入本文以作參考，并且在此要求其共同主題的優(yōu)先權(quán)。

技術(shù)領(lǐng)域

本實(shí)用新型一般地涉及電子學(xué)，并且更特別地涉及其半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)以及形成半導(dǎo)體器件的方法。

背景技術(shù)：

過去，半導(dǎo)體工業(yè)使用各種不同的器件結(jié)構(gòu)和方法來形成半導(dǎo)體器件，例如，二極管、肖特基二極管、場效應(yīng)晶體管(FET)、高電子遷移率晶體管(HEMT)等。諸如二極管、肖特基二極管和FET之類的器件典型地由硅基板制成。由硅基板制成的半導(dǎo)體器件的缺點(diǎn)包括低擊穿電壓、過大的反向漏電流、大的正向電壓降、不適宜地低的開關(guān)特性、高的功率密度以及高制造成本。要克服這些缺點(diǎn)，半導(dǎo)體制造商已經(jīng)轉(zhuǎn)向用化合物半導(dǎo)體基板來制造半導(dǎo)體器件，例如，III-N半導(dǎo)體基板、III-V半導(dǎo)體基板、II-VI半導(dǎo)體基板等。盡管這些基板具有改進(jìn)的器件性能，但是它們易碎且增加了制造成本。因而，半導(dǎo)體工業(yè)已經(jīng)開始使用作為硅和III-N材料的組合的化合物半導(dǎo)體基板，以解決成本、可制造性和脆弱性的問題。形成于硅基板或其他半導(dǎo)體基板上的III-N化合物半導(dǎo)體材料已經(jīng)在Zhi He的且于2011年6月9日公布的美國專利申請公開號2011/0133251A1以及Michael A.Briere的且于2013年3月21日公布的美國專利申請公開號2013/0069208 A1中進(jìn)行了描述。

半導(dǎo)體制造商使用硅半導(dǎo)體材料和III-N半導(dǎo)體材料的組合來制造器件，例如，與硅器件級聯(lián)的常開的III-N耗盡型HEMT。使用這種材料組合有助于使用常開的III-N耗盡型器件來實(shí)現(xiàn)常關(guān)狀態(tài)。在被配置為開關(guān)的級聯(lián)器件中，硅器件通常由于在高漏極偏壓下操作的III-N器件的高的漏電流而在雪崩模式下操作。在雪崩操作模式中，III-N器件的柵極處于較大的壓力下，其中絕對柵-源電壓超過器件夾斷電壓。猛烈的壓力條件，例如，在雪崩模式下操作硅器件，會(huì)降低器件的可靠性，降低擊穿電壓，并且增加漏電流。級聯(lián)半導(dǎo)體器件已經(jīng)在Rakesh K.Lal等人的且于2013年4月11日公布的美國專利申請公開號2013/0088280 A1中進(jìn)行了描述。

因此，具有級聯(lián)半導(dǎo)體器件結(jié)構(gòu)及其制造方法將會(huì)是有利的。若該結(jié)構(gòu)及方法實(shí)現(xiàn)起來具有成本效益將會(huì)是更有利的。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

在一個(gè)方面中，本實(shí)用新型提供一種半導(dǎo)體元件(10，30，60，70，90，100)，具有至少第一及第二端子，其特征在于包括：第一半導(dǎo)體器件(12，72)，具有第一載流端子及第二載流端子，所述第一半導(dǎo)體器件(12，72)由硅基材料配置；第二半導(dǎo)體器件(14)，具有控制端子(14G)、第一載流端子(14D)及第二載流端子(14S)和體端子(14B)，所述第二半導(dǎo)體器件(14)由III-N半導(dǎo)體材料配置，所述第一半導(dǎo)體器件(12，72)的所述第一載流端子與所述第二半導(dǎo)體器件(14)的所述第二載流端子(14S)耦接，所述第二半導(dǎo)體器件(14)的所述控制端子(14G)與所述第一半導(dǎo)體器件(12，72)的所述第二載流端子耦接，并且所述第二半導(dǎo)體器件(14)的所述體端子(14B)與所述第一半導(dǎo)體器件(12，72)的所述第二載流端子連接；以及保護(hù)元件(16，62，76，102)，具有第一端子及第二端子，所述保護(hù)元件(16，62)的所述第一端子與所述第一半導(dǎo)體器件(12，72)的所述第一載流端子以及所述第二半導(dǎo)體器件(14)的所述第二載流端子(14S)耦接。

根據(jù)上面描述的半導(dǎo)體元件的一個(gè)單獨(dú)實(shí)施例，其特征在于所述第一半導(dǎo)體器件(12)、所述第二半導(dǎo)體器件(14)和所述保護(hù)元件(16，62，76，102)是單片集成的。

根據(jù)上面描述的半導(dǎo)體元件的一個(gè)單獨(dú)實(shí)施例，其特征在于所述保護(hù)元件(16，62，76，102)是無源電路元件或有源電路元件之一。

根據(jù)上面描述的半導(dǎo)體元件的一個(gè)單獨(dú)實(shí)施例，其特征在于所述保護(hù)元件(16，62，76，102)是電阻器(16，76)或齊納二極管(62，102)。

在另一個(gè)方面中，本實(shí)用新型提供一種半導(dǎo)體元件(10，30，60，70，90，100)，其特征在于包括：硅基半導(dǎo)體器件(12，72)，由硅半導(dǎo)體材料形成，且具有第一載流端子及第二載流端子；III-N基半導(dǎo)體器件(14)，由III-N半導(dǎo)體材料形成，且具有控制端子(14G)、第一載流端子(14S)、第二載流端子(14D)和體端子(14B)，硅基半導(dǎo)體材料的所述第一載流端子與所述III-N基半導(dǎo)體器件(14)的所述控制端子(14G)耦接，所述硅基半導(dǎo)體器件(12)的所述第二載流端子與所述III-N半導(dǎo)體器件(14)的所述第一載流端子(14S)耦接；以及用于將所述III-N半導(dǎo)體材料電連接至所述硅基半導(dǎo)體器件(12)的所述第一端子的裝置(32，92)。

根據(jù)上面描述的半導(dǎo)體元件的一個(gè)單獨(dú)實(shí)施例，其特征在于所述硅基半導(dǎo)體器件(72)包括具有陽極和陰極的二極管(72)，并且所述III-N基半導(dǎo)體器件(14)包括具有柵極(14G)、源極(14S)和漏極(14D)的場效應(yīng)晶體管，并且其中所述二極管(72)的所述陽極用作所述硅基半導(dǎo)體器件(72)的所述第一載流端子，所述二極管(72)的所述陰極用作所述硅基半導(dǎo)體器件(72)的所述第二載流電極，所述場效應(yīng)晶體管的所述源極(14S)用作所述III-N基半導(dǎo)體器件的所述第一載流電極，并且所述場效應(yīng)晶體管的所述漏極用作所述III-N基半導(dǎo)體器件(14)的所述第二載流電極。

根據(jù)上面描述的半導(dǎo)體元件的一個(gè)單獨(dú)實(shí)施例，其特征在于還包括與所述二極管(72)的所述陰極耦接的電流旁路部件(16，62，76，102)。

根據(jù)上面描述的半導(dǎo)體元件的一個(gè)單獨(dú)實(shí)施例，其特征在于所述硅基半導(dǎo)體器件(12)包括具有柵極(12G)、源極(12S)和漏極(12D)的第一場效應(yīng)晶體管，并且所述III-N基半導(dǎo)體器件(14)包括具有柵極(14G)、源極(14S)、漏極(14D)和所述體端子(14B)的第二場效應(yīng)晶體管，并且其中所述第一場效應(yīng)晶體管的所述源極(14S)用作所述硅基半導(dǎo)體器件(12)的所述第一載流端子，所述第一場效應(yīng)晶體管的所述漏極(12D)用作所述硅基半導(dǎo)體器件(12)的所述第二載流電極，所述第二場效應(yīng)晶體管的所述源極(14S)用作所述III-N基半導(dǎo)體器件(14)的所述第一載流電極，并且所述場效應(yīng)晶體管的所述漏極(14D)用作所述III-N基半導(dǎo)體器件(14)的所述第二載流電極。

在再一個(gè)方面中，本實(shí)用新型一種級聯(lián)配置的器件(10，30，60，70，90，100)，具有第一端子、第二端子及第三端子，其特征在于包括：第一半導(dǎo)體器件(12，72)，由硅材料形成，所述第一半導(dǎo)體器件(12，72)具有至少第一端子及第二端子；以及第二半導(dǎo)體器件(14)，由III-N半導(dǎo)體材料形成，所述第二半導(dǎo)體器件(14)具有第一端子(14S)、第二端子(14D)、第三端子(14G)及第四端子(14B)，所述第一半導(dǎo)體器件(12，72)的所述第一端子與所述第二半導(dǎo)體器件(14)的所述第三端子(14G)耦接，并且所述第一半導(dǎo)體器件(12，72)的所述第二端子與所述第二半導(dǎo)體器件(14)的所述第一端子(14S)耦接，并且所述第二半導(dǎo)體器件(14)的所述第四端子(14B)與所述第一半導(dǎo)體器件(12，72)的所述第一端子耦接。

根據(jù)上面描述的器件的一個(gè)單獨(dú)實(shí)施例，其特征在于還包括具有第一端子及第二端子的分流器件(16，62，76，102)，所述分流器件(16，62，76，102)的第一端子與所述第一半導(dǎo)體器件(12，72)的所述第二端子耦接

附圖說明

通過結(jié)合附圖來閱讀下面的詳細(xì)描述將會(huì)更好理解本實(shí)用新型，在附圖中相同的附圖標(biāo)記指示相同的要素，并且在附圖中：

圖1是根據(jù)本實(shí)用新型的一種實(shí)施例的包含化合物半導(dǎo)體基板的級聯(lián)半導(dǎo)體元件的電路原理圖；

圖2是根據(jù)本實(shí)用新型的另一種實(shí)施例的包含化合物半導(dǎo)體基板的級聯(lián)半導(dǎo)體元件的電路原理圖；

圖3是根據(jù)本實(shí)用新型的另一種實(shí)施例的包含化合物半導(dǎo)體基板的級聯(lián)半導(dǎo)體元件的電路原理圖；

圖4是根據(jù)本實(shí)用新型的另一種實(shí)施例的包含化合物半導(dǎo)體基板的級聯(lián)半導(dǎo)體元件的電路原理圖；

圖5是根據(jù)本實(shí)用新型的另一種實(shí)施例的包含化合物半導(dǎo)體基板的級聯(lián)半導(dǎo)體元件的電路原理圖；以及

圖6是根據(jù)本實(shí)用新型的另一種實(shí)施例的包含化合物半導(dǎo)體基板的級聯(lián)半導(dǎo)體元件的電路原理圖。

為了圖示的簡潔和清晰起見，附圖中的要素并不一定是按比例的，并且在不同附圖中的相同附圖標(biāo)記指示相同的要素。另外，為了描述的簡單起見而省略關(guān)于眾所周知的步驟和部件的描述和細(xì)節(jié)。本文所使用的載流電極指的是用于傳送電流通過其中的器件的部件，例如，MOS晶體管的源極或漏極、雙極型晶體管的發(fā)射極或集電極或者二極管的陰極或陽極，并且控制電極指的是用于控制通過其中的電流的器件的部件，例如，MOS晶體管的柵極或雙極型晶體管的基極。盡管起見在本文中被解釋為特定的N溝道或p溝道器件，或者特定的n型或p型摻雜區(qū)，但是本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)意識到，根據(jù)本實(shí)用新型的實(shí)施例，互補(bǔ)型器件同樣是可能的。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)意識到，本文所使用的詞語“在…期間”、“在…的同時(shí)”以及“當(dāng)…的時(shí)候”并不是動(dòng)作在起始動(dòng)作發(fā)生時(shí)立即發(fā)生的精確性術(shù)語，而是在起始動(dòng)作與其所引起的反應(yīng)之間可以存在稍微小的而又合理的延遲，例如，傳播延遲。詞語“近似”、“大約”或“基本上”的使用意指要素的值具有預(yù)料將會(huì)很接近于規(guī)定的值或位置的參數(shù)。但是，如同本技術(shù)領(lǐng)域所熟知的，總是會(huì)存在妨礙值或位置正好為所規(guī)定的值或位置的較小變化。在本技術(shù)領(lǐng)域中已很好確定了：高達(dá)大約10％(以及對于半導(dǎo)體摻雜濃度為高達(dá)20％)的變化被認(rèn)為是相對于正好為所描述的理想目標(biāo)的合理變化。

具體實(shí)施方式

一般地，本實(shí)用新型提供了一種半導(dǎo)體元件，該半導(dǎo)體元件包含由硅基材料配置成的半導(dǎo)體器件、由III-N半導(dǎo)體材料配置成的半導(dǎo)體器件，以及保護(hù)部件。由硅基半導(dǎo)體材料配置成的半導(dǎo)體器件具有至少一對載流端子，并且由III-N半導(dǎo)體材料配置成的半導(dǎo)體器件具有控制端子以及一對載流端子。硅基半導(dǎo)體器件的載流端子與III-N半導(dǎo)體器件的載流端子連接以形成公共連接節(jié)點(diǎn)，并且III-N半導(dǎo)體器件的控制端子與硅基半導(dǎo)體器件的另一個(gè)載流端子連接。保護(hù)部件具有與公共連接節(jié)點(diǎn)連接的端子以及與硅基半導(dǎo)體器件的另一個(gè)載流端子和III-N半導(dǎo)體器件的控制端子共同連接以形成半導(dǎo)體元件的端子的端子。III-N半導(dǎo)體器件的另一個(gè)載流端子用作半導(dǎo)體元件的另一個(gè)端子。保護(hù)部件可以被稱為電流導(dǎo)引部件。

圖1是根據(jù)本實(shí)用新型的一種實(shí)施例的III-N半導(dǎo)體元件10的電路原理圖。圖1所示的是與半導(dǎo)體器件14耦接的且被配置用于形成級聯(lián)開關(guān)的半導(dǎo)體器件12。舉例來說，半導(dǎo)體器件12和14是晶體管，其中每個(gè)晶體管都由半導(dǎo)體基板形成并且具有柵極端子、源極端子、漏極端子，以及可以由其形成溝道的體區(qū)或基板區(qū)。體區(qū)是基板的一部分。因而，晶體管12具有漏極端子12D、源極端子12S、柵極端子12G和體端子12B，并且晶體管14具有漏極端子14D、源極端子14S、柵極端子14G和體端子14B。晶體管12的漏極端子12D與晶體管14的源極端子14S連接，并且晶體管12的源極端子12S與晶體管14的柵極端子14G連接。如同上文所討論的，晶體管的柵極端子可以被稱為柵極或柵極電極，源極端子可以被稱為源極、源極電極、載流端子或載流電極，漏極端子可以被稱為漏極、漏極電極、載流端子或載流電極，并且體端子可以被稱為基板端子、基板連接或體連接。晶體管12的源極端子可以被稱為級聯(lián)開關(guān)10的源極，晶體管14的漏極端子可以被稱為級聯(lián)開關(guān)10的漏極，并且晶體管12的柵極端子可以被稱為級聯(lián)開關(guān)10的柵極。

根據(jù)一種實(shí)施例，晶體管14的基板通過體端子14B與級聯(lián)開關(guān)10的源極電連接。舉例來說，晶體管14的基板端子或體端子14B通過將晶體管14從其中制造出的基板短接至級聯(lián)開關(guān)10的源極的裝置32與級聯(lián)開關(guān)10的源極電極電連接。晶體管14的基板端子或體端子14B可以與工作電位源(例如，地電位)連接。舉例來說，短接裝置32是用于將晶體管14從其中制造出的基板短接至級聯(lián)開關(guān)10的源極的短接互連。

根據(jù)一種實(shí)施例，晶體管12由硅基材料制成，并且晶體管14由III-N半導(dǎo)體材料制成。硅基材料可以包括硅、碳摻雜硅、碳化硅材料、硅鍺材料、與氮化鋁結(jié)合的硅等。III-N半導(dǎo)體材料包括氮化鎵、鋁氮化鎵等。硅可以是p型導(dǎo)電性的、n型導(dǎo)電性的或本征半導(dǎo)體材料。同樣地，III-N半導(dǎo)體材料可以是p型導(dǎo)電性的、n型導(dǎo)電性的或本征半導(dǎo)體材料。應(yīng)當(dāng)指出，半導(dǎo)體器件14的III-N材料可以生長于硅基板或某些別的基板材料上。

應(yīng)當(dāng)意識到，晶體管14由III-N半導(dǎo)體材料制成，使得源極、漏極和柵極由III-N基板材料的若干部分形成。III-N半導(dǎo)體材料可以被稱為III-N基板材料、基板或基板材料。III-N基板材料通過短接裝置32耦接至晶體管12的源極端子12S。晶體管12由硅基半導(dǎo)體材料制成，使得源極、漏極和柵極由硅基半導(dǎo)體材料的若干部分形成。硅基半導(dǎo)體材料可以被稱為基于硅的基板材料、基板或基板材料。

圖2是根據(jù)本實(shí)用新型的另一種實(shí)施例的級聯(lián)開關(guān)30的電路原理圖。被動(dòng)保護(hù)部件(例如，電阻器16)與晶體管12并聯(lián)耦接，即，電阻器16具有與晶體管12的源極端子12S連接的端子R1以及與晶體管12的漏極端子12D連接的端子R2。應(yīng)當(dāng)指出，被動(dòng)保護(hù)部件是無源電路部件。與晶體管12的漏極端子連接的電阻器16的端子(即，端子R2)同樣與晶體管14的源極端子14S連接，并且與晶體管12的源極端子12S連接的電阻器16的端子(即，端子R1)同樣與晶體管14的柵極端子14G連接。保護(hù)部件16可以被稱為電流導(dǎo)引部件、并行部件或漏電通路電路。

根據(jù)另一種實(shí)施例，晶體管12的源極端子12S、晶體管14的柵極端子14G以及電阻器16的端子R1被耦接用于接收工作電位源V_SS。舉例來說，工作電位源V_SS為地電位。

應(yīng)當(dāng)指出，半導(dǎo)體器件12、半導(dǎo)體器件14和被動(dòng)保護(hù)部件16可以被單片集成在一起；或半導(dǎo)體器件12和半導(dǎo)體器件14可以被單片集成在一起，并且被動(dòng)保護(hù)部件16可以不與半導(dǎo)體器件12和半導(dǎo)體器件14單片集成在一起；或者半導(dǎo)體器件12和被動(dòng)保護(hù)部件16可以被單片集成在一起，并且半導(dǎo)體器件14可以不與半導(dǎo)體器件12和被動(dòng)保護(hù)部件16單片集成在一起；或者半導(dǎo)體器件14和被動(dòng)保護(hù)部件16可以被單片集成在一起，并且半導(dǎo)體器件12可以不與半導(dǎo)體器件12和被動(dòng)保護(hù)部件16單片集成在一起。

圖3是根據(jù)本實(shí)用新型的另一種實(shí)施例的半導(dǎo)體元件60的電路原理圖。半導(dǎo)體元件60包含與晶體管14和短接裝置32連接的晶體管12，如同參照圖1和2所描述的。級聯(lián)開關(guān)60通過添加按并聯(lián)配置與晶體管12耦接的齊納二極管62而與級聯(lián)開關(guān)10不同，其中齊納二極管62用作主動(dòng)保護(hù)部件，即，該主動(dòng)保護(hù)部件是有源電路部件。根據(jù)圖3的實(shí)施例，主動(dòng)保護(hù)部件62是具有陰極和陽極的齊納二極管，其中齊納二極管62的陰極與晶體管12的漏極端子12D連接，并且齊納二極管62的陽極與晶體管12的源極端子12S連接。齊納二極管62的陰極同樣與晶體管14的源極端子14S連接，并且齊納二極管62的陽極同樣與晶體管14的柵極端子14G連接。應(yīng)當(dāng)指出，半導(dǎo)體元件60與半導(dǎo)體元件30不同，因?yàn)楸粍?dòng)保護(hù)部件16(即，電阻器16)由行動(dòng)保護(hù)部件(即，齊納二極管62)代替。

根據(jù)一種實(shí)施例，晶體管12的源極端子12S、晶體管14的柵極端子14G以及齊納二極管52的陽極被耦接用于接收工作電位源V_SS。舉例來說，工作電位源V_SS是地電位。

圖4是根據(jù)本實(shí)用新型的另一種實(shí)施例的III-N半導(dǎo)體元件70的電路原理圖。在圖4中示出的是與半導(dǎo)體器件14耦接的且被配置用于形成級聯(lián)整流器的半導(dǎo)體器件72。舉例來說，半導(dǎo)體器件72是二極管，并且半導(dǎo)體器件14是晶體管，其中二極管72具有陰極和陽極，并且晶體管14具有柵極端子14G、源極端子14S、漏極端子14D和體端子14B。二極管72的陰極與晶體管14的源極端子14S連接，并且二極管72的陽極與晶體管14的柵極端子14G連接。晶體管14已經(jīng)參照圖1進(jìn)行了描述。

根據(jù)一種實(shí)施例，晶體管14的基板與級聯(lián)整流器70的源極電連接。舉例來說，晶體管14的基板端子或體端子14B通過用于將晶體管14從其中制造出的基板短接至級聯(lián)整流器70的源極的裝置92與級聯(lián)整流器70的源極電極電連接。晶體管14的基板可以與地電位連接。舉例來說，短接裝置92是用于將晶體管14從其中制造出的基板短接至級聯(lián)整流器70的源極的短接互連。

根據(jù)一種實(shí)施例，半導(dǎo)體器件72由硅基材料制成，并且半導(dǎo)體器件14由III-N半導(dǎo)體材料制成。硅基材料可以包括硅、碳摻雜硅、碳化硅材料、硅鍺材料、與氮化鋁結(jié)合的硅等。III-N半導(dǎo)體材料包括氮化鎵、鋁氮化鎵等。硅可以是p型導(dǎo)電性的、n型導(dǎo)電性的或本征半導(dǎo)體材料。同樣地，III-N半導(dǎo)體材料可以是p型導(dǎo)電性的、n型導(dǎo)電性的或本征半導(dǎo)體材料。應(yīng)當(dāng)指出，半導(dǎo)體器件14的III-N材料可以生長于硅基板或某些別的基板材料上。

應(yīng)當(dāng)意識到，半導(dǎo)體器件14由III-N半導(dǎo)體材料制成，使得源極、漏極和柵極由III-N基板材料的若干部分形成。III-N半導(dǎo)體材料可以被稱為III-N基板材料、基板或基板材料。III-N基板材料通過短接裝置92與二極管72的陽極耦接。二極管72由硅基半導(dǎo)體材料制成，使得源極、漏極和柵極由硅基半導(dǎo)體材料的若干部分形成。硅基半導(dǎo)體材料可以被稱為基于硅的基板材料、基板或基板材料。

根據(jù)另一種實(shí)施例，III-N半導(dǎo)體基板與地線耦接，即，III-N半導(dǎo)體基板接地。

根據(jù)另一種實(shí)施例，二極管72的陽極端子、晶體管14的柵極端子14G以及與二極管72的陽極端子連接的電阻器76的端子被耦接用于接收工作電位源V_SS。舉例來說，工作電位源V_SS是地電位。

應(yīng)當(dāng)指出，半導(dǎo)體器件72和半導(dǎo)體器件14可以被單片集成在一起；或者半導(dǎo)體器件72和半導(dǎo)體器件14可以被單片集成在一起，并且短接裝置92可以不與半導(dǎo)體器件72和半導(dǎo)體器件14單片集成在一起；或者半導(dǎo)體器件72、半導(dǎo)體器件14和短接裝置92可以被單片集成在一起。

圖5是根據(jù)本實(shí)用新型的另一種實(shí)施例的半導(dǎo)體元件90的電路原理圖。半導(dǎo)體元件90由于被動(dòng)保護(hù)部件(例如，與二極管72并聯(lián)耦接的電阻器76)的添加而與半導(dǎo)體元件70不同，即，電阻器76具有與二極管72的陽極連接的端子R3以及與二極管72的陰極連接的端子R4。應(yīng)當(dāng)指出，主動(dòng)保護(hù)部件是無源電路部件。與二極管72的陰極連接的電阻器76的端子R4同樣與晶體管14的源極端子14S連接，并且與二極管72的陽極連接的電阻器76的端子R3同樣與晶體管14的柵極端子14G連接。被動(dòng)保護(hù)部件76可以被稱為電流導(dǎo)引部件、并行部件或漏電通路電路。

根據(jù)一種實(shí)施例，二極管72的陽極端子、晶體管14的柵極端子14G、晶體管14的基板端子或體端子14B，以及與二極管72的陽極端子連接的電阻器76的端子R3被耦接用于接收工作電位源V_SS。舉例來說，工作電位源V_SS是地電位。

應(yīng)當(dāng)指出，半導(dǎo)體器件72、半導(dǎo)體器件14和被動(dòng)保護(hù)部件76可以被單片集成在一起；或者半導(dǎo)體器件72和半導(dǎo)體器件14可以被單片集成在一起，并且被動(dòng)保護(hù)部件76可以不與半導(dǎo)體器件72和半導(dǎo)體器件14單片集成在一起；或者半導(dǎo)體器件72和被動(dòng)保護(hù)部件76可以被單片集成在一起，并且半導(dǎo)體器件14可以不與半導(dǎo)體器件72和被動(dòng)保護(hù)部件76單片集成在一起；或者半導(dǎo)體器件14和被動(dòng)保護(hù)部件76可以被單片集成在一起，并且半導(dǎo)體器件72可以不與半導(dǎo)體器件14和被動(dòng)保護(hù)部件76單片集成在一起。

圖6是根據(jù)本實(shí)用新型的另一種實(shí)施例的半導(dǎo)體元件100的電路原理圖。半導(dǎo)體元件100包含與晶體管14連接的二極管72，如同參照圖4所描述的。主動(dòng)保護(hù)部件102按照并聯(lián)配置與二極管72連接，其中該主動(dòng)保護(hù)部件102是有源電路部件。根據(jù)圖6的實(shí)施例，主動(dòng)保護(hù)部件102是具有陰極和陽極的齊納二極管，其中齊納二極管102的陰極與二極管72的陰極連接，并且齊納二極管102的陽極與二極管72的陽極連接。齊納二極管102的陰極同樣與晶體管14的源極端子14S連接，并且齊納二極管102的陽極同樣與晶體管14的柵極端子14G連接。應(yīng)當(dāng)指出，半導(dǎo)體元件100與半導(dǎo)體元件90不同，因?yàn)殡娮杵?6由齊納二極管102代替。

根據(jù)一種實(shí)施例，二極管72的陽極端子、晶體管14的柵極端子14G以及齊納二極管102的陽極端子被耦接用于接收工作電位源V_SS。舉例來說，工作電位源V_SS是地電位。

應(yīng)當(dāng)指出，半導(dǎo)體器件72、半導(dǎo)體器件14和主動(dòng)保護(hù)部件102可以被單片集成在一起；或者半導(dǎo)體器件72和半導(dǎo)體器件14可以被單片集成在一起，并且主動(dòng)保護(hù)部件102可以不與半導(dǎo)體器件72和半導(dǎo)體器件14單片集成在一起；或者半導(dǎo)體器件72和主動(dòng)保護(hù)部件102可以被單片集成在一起，并且半導(dǎo)體器件14可以不與半導(dǎo)體器件72和主動(dòng)保護(hù)部件102單片集成在一起；或者半導(dǎo)體器件14和主動(dòng)保護(hù)部件102可以被單片集成在一起，并且半導(dǎo)體器件72可以不與半導(dǎo)體器件14和主動(dòng)保護(hù)部件102單片集成在一起。

至此，應(yīng)當(dāng)意識到，包含與基于硅半導(dǎo)體的晶體管單片集成在一起的基于化合物半導(dǎo)體材料的晶體管的半導(dǎo)體元件已經(jīng)被提供。根據(jù)一種實(shí)施例，半導(dǎo)體元件包含III-N基半導(dǎo)體器件，例如，與硅基器件級聯(lián)的常開的III-N耗盡型HEMT，例如，由硅基板制成的場效應(yīng)晶體管或者由硅基板制成的二極管。元件被并聯(lián)耦接于硅基器件的兩端，用于分流響應(yīng)于III-N耗盡型HEMT的柵-源電壓超過其夾斷電壓而出現(xiàn)的漏電流。因而，部件，例如，電阻器16和76以及齊納二極管62和102可以被稱為分流部件、分流器件、電流旁通部件等。這些部件用作用于將III-N半導(dǎo)體材料電連接至硅基半導(dǎo)體器件的裝置。并聯(lián)耦接的元件控制著漏電流以及在由III-N基晶體管的源極和硅基晶體管的漏接形成的公共連接節(jié)點(diǎn)處的電壓。并聯(lián)耦接的元件可以是電阻器、二極管、晶體管等，并且可以被稱為電流導(dǎo)引器件、電流導(dǎo)引部件、保護(hù)器件或保護(hù)部件。包含并聯(lián)耦接的元件會(huì)提高包含與硅基器件級聯(lián)的III-N基器件的且在其中III-N基器件在高壓力條件下操作的半導(dǎo)體元件的可靠性。III-N基半導(dǎo)體器件的半導(dǎo)體材料可以與電位源連接，例如，具有短接導(dǎo)線的或者在硅基半導(dǎo)體器件為晶體管的實(shí)施例中到硅基器件的源極的或者在硅基半導(dǎo)體器件為二極管的實(shí)施例中到硅基半導(dǎo)體器件的陽極的地線。

在一個(gè)方面中，提供了一種具有至少第一及第二端子的半導(dǎo)體元件，包含：具有第一及第二載流端子的第一半導(dǎo)體器件，所述第一半導(dǎo)體器件由硅基材料配置；具有控制端子、第一及第二載流端子和體端子的第二半導(dǎo)體器件，所述第二半導(dǎo)體器件由III-N半導(dǎo)體材料配置，所述第一半導(dǎo)體器件的所述第一載流端子與所述第二半導(dǎo)體器件的所述第二載流端子耦接，所述第二半導(dǎo)體器件的所述控制端子與所述第一半導(dǎo)體器件的所述第二載流端子耦接，并且所述第二半導(dǎo)體器件的所述體端子與所述第一半導(dǎo)體器件的所述第二載流端子連接；以及具有第一及第二端子的保護(hù)元件，所述保護(hù)元件的所述第一端子與所述第一半導(dǎo)體器件的所述第一載流端子以及所述第二半導(dǎo)體器件的所述第二載流端子耦接。

根據(jù)上面描述的半導(dǎo)體元件的一個(gè)單獨(dú)實(shí)施例，其中所述第一半導(dǎo)體器件是第一晶體管，所述第二半導(dǎo)體器件是第二晶體管，并且所述硅基半導(dǎo)體材料是第一導(dǎo)電類型的硅。

根據(jù)上面描述的半導(dǎo)體元件的一個(gè)單獨(dú)實(shí)施例，其中所述第一半導(dǎo)體器件是第一晶體管，所述第二半導(dǎo)體器件是第二晶體管，并且所述硅基半導(dǎo)體材料是本征半導(dǎo)體材料。

根據(jù)上面描述的半導(dǎo)體元件的一個(gè)單獨(dú)實(shí)施例，其中所述第一晶體管、所述第二晶體管和所述保護(hù)元件是單片集成的。

根據(jù)上面描述的半導(dǎo)體元件的一個(gè)單獨(dú)實(shí)施例，其中所述保護(hù)元件是無源電路元件或有源電路元件之一。

根據(jù)上面描述的半導(dǎo)體元件的一個(gè)單獨(dú)實(shí)施例，其中所述III-N半導(dǎo)體材料被配置用于接收地電位。

根據(jù)上面描述的半導(dǎo)體元件的一個(gè)單獨(dú)實(shí)施例，其中所述III-N半導(dǎo)體材料與所述第一半導(dǎo)體器件的第二載流端子電耦接。

根據(jù)上面描述的半導(dǎo)體元件的一個(gè)單獨(dú)實(shí)施例，其中所述保護(hù)元件是電阻器。

根據(jù)上面描述的半導(dǎo)體元件的一個(gè)單獨(dú)實(shí)施例，其中所述保護(hù)元件是齊納二極管。

根據(jù)上面描述的半導(dǎo)體元件的一個(gè)單獨(dú)實(shí)施例，其中所述第一半導(dǎo)體器件是具有陰極和陽極的二極管，所述陰極用作所述第一載流端子并且所述陽極用作所述第二載流端子。

根據(jù)上面描述的半導(dǎo)體元件的一個(gè)單獨(dú)實(shí)施例，其中所述第一保護(hù)電路包含具有控制電極和第一及第二載流電極的晶體管，所述柵極電極與所述第一載流電極以及配置用于接收第一工作電位源的所述第二載流電極耦接。

在一個(gè)方面中，提供了一種半導(dǎo)體元件，包含：由硅半導(dǎo)體材料形成且具有第一及第二載流端子的硅基半導(dǎo)體器件；由III-N半導(dǎo)體材料形成且具有控制端子、第一載流端子、第二載流端子和體端子的III-N基半導(dǎo)體器件，所述硅基半導(dǎo)體材料的所述第一載流端子與所述III-N基半導(dǎo)體器件的所述控制端子耦接，所述硅基半導(dǎo)體器件的所述第二載流端子與所述III-N半導(dǎo)體器件的所述第一載流端子耦接；以及用于將所述III-N半導(dǎo)體材料電連接至所述硅基半導(dǎo)體器件的所述第一端子的裝置。

根據(jù)上面描述的半導(dǎo)體元件的一個(gè)單獨(dú)實(shí)施例，其中所述硅基半導(dǎo)體器件包括具有陽極和陰極的二極管，并且所述III-N基半導(dǎo)體器件包括具有柵極、源極和漏極的場效應(yīng)晶體管，并且其中所述二極管的所述陽極用作所述硅基半導(dǎo)體器件的所述第一載流端子，所述二極管的所述陰極用作所述硅基半導(dǎo)體器件的所述第二載流電極，所述場效應(yīng)晶體管的所述源極用作所述III-N基半導(dǎo)體器件的所述第一載流電極，并且所述場效應(yīng)晶體管的所述漏極用作所述III-N基半導(dǎo)體器件的所述第二載流電極。

根據(jù)上面描述的半導(dǎo)體元件的一個(gè)單獨(dú)實(shí)施例，還包含與所述二極管的所述陰極耦接的電流旁路元件。

根據(jù)上面描述的半導(dǎo)體元件的一個(gè)單獨(dú)實(shí)施例，其中所述電流旁路元件包括電阻器。

根據(jù)上面描述的半導(dǎo)體元件的一個(gè)單獨(dú)實(shí)施例，其中所述電流旁路元件包括具有陰極和陽極的齊納二極管，所述齊納二極管的所述陰極與所述二極管的所述陰極耦接。

根據(jù)上面描述的半導(dǎo)體元件的一個(gè)單獨(dú)實(shí)施例，其中所述硅基半導(dǎo)體器件包括具有柵極、源極和漏極的第一場效應(yīng)晶體管，并且所述III-N基半導(dǎo)體器件包括具有柵極、源極、漏極和所述體端子的第二場效應(yīng)晶體管，并且其中所述第一場效應(yīng)晶體管的所述源極用作所述硅基半導(dǎo)體器件的所述第一載流端子，所述第一場效應(yīng)晶體管的所述漏極用作所述硅基半導(dǎo)體器件的所述第二載流電極，所述第二場效應(yīng)晶體管的所述源極用作所述III-N基半導(dǎo)體器件的所述第一載流電極，并且所述場效應(yīng)晶體管的所述漏極用作所述III-N基半導(dǎo)體器件的所述第二載流電極。

根據(jù)上面描述的半導(dǎo)體元件的一個(gè)單獨(dú)實(shí)施例，還包含與所述二極管的所述陰極耦接的電流旁路元件，其中所述電流旁路元件包括電阻器、齊納二極管或二極管接法晶體管之一。

在一個(gè)方面中，提供了一種的級聯(lián)配置器件，具有第一、第二及第三端子，包含：由硅材料形成的第一半導(dǎo)體器件，所述第一半導(dǎo)體器件具有至少第一及第二端子；以及由III-N半導(dǎo)體材料形成的第二半導(dǎo)體器件，所述第二半導(dǎo)體器件具有第一、第二、第三及第四端子，所述第一半導(dǎo)體器件的所述第一端子與所述第二半導(dǎo)體器件的所述第三端子耦接，并且所述第一半導(dǎo)體器件的所述第二端子與所述第二半導(dǎo)體器件的所述第一端子耦接，并且所述第二半導(dǎo)體器件的所述第四端子與所述第一半導(dǎo)體器件的所述第一端子耦接。

根據(jù)上面描述的器件的一個(gè)單獨(dú)實(shí)施例，還包含具有第一及第二端子的分流器件，所述分流器件的所述第一端子與所述第一半導(dǎo)體器件的所述第二端子耦接。

盡管本文已經(jīng)公開了某些優(yōu)選的實(shí)施例和方法，但是本領(lǐng)域技術(shù)人員根據(jù)前述公開內(nèi)容應(yīng)當(dāng)清楚，在不脫離本實(shí)用新型的精神和范圍的情況下，可以對此類實(shí)施例及方法進(jìn)行改動(dòng)和修改。本實(shí)用新型意指應(yīng)當(dāng)僅受所附權(quán)利要求書以及適用法律的規(guī)則和原則所要求的范圍限定。