CN211529952U - 具有集成续流二极管的氮化镓半导体器件 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供一种具有集成续流二极管的氮化镓半导体器件,氮化镓半导体器件包括沿横向布置的第一晶体管区和第二晶体管区，第一晶体管区作为续流二极管，第一晶体管区包括第一栅极、第一源极和第一漏极，第一栅极与第一源极电连接后作为续流二极管的阳极，第一漏极作为续流二极管的阴极。第二晶体管区包括第二栅极和第二漏极，第一栅极与第一源极电连接后作为氮化镓半导体器件的源极，第一漏极与第二漏极电连接后作为氮化镓半导体器件的漏极，第二栅极作为氮化镓半导体器件的栅极。该氮化镓半导体器件能够极大地节省面积，同时具有完美的工艺兼容性。
Description
技术领域
本实用新型涉及半导体器件领域，具体地说，是涉及一种具有集成续流二极管的氮化镓半导体器件。
背景技术
作为第三代半导体材料的典型代表，宽禁带半导体氮化镓（GaN）具有许多硅材料所不具备的优异性能，是高频、高压、高温和大功率应用的优良半导体材料，在民用和商用领域具有广阔的应用前景。基于GaN的晶体管常用于DC—DC电路中，为了减小电路开关过程的功耗，如图1所示通常会在晶体管两端并联一个续流二极管。上述电路是由两个分立的元件构成：一个晶体管，一个二极管。这样的结构面积大，成本高，不利于集成更多的元器件。
发明内容
本实用新型的目的是提供一种能够极大地节省面积，同时具有完美的工艺兼容性的具有集成续流二极管的氮化镓半导体器件。
为实现上述目的，本实用新型提供一种具有集成续流二极管的氮化镓半导体器件，包括沿着横向布置的第一晶体管区和第二晶体管区，第一晶体管区作为续流二极管，第一晶体管区包括第一栅极、第一源极和第一漏极，第一栅极与第一源极电连接后作为续流二极管的阳极，第一漏极作为续流二极管的阴极。第二晶体管区包括第二栅极和第二漏极，第一栅极与第一源极电连接后作为氮化镓半导体器件的源极，第一漏极与第二漏极电连接后作为氮化镓半导体器件的漏极，第二栅极作为氮化镓半导体器件的栅极。
由上述方案可见，通过将续流二极管和晶体管集成到一颗芯片上极大地节省了面积。另外，续流二极管是通过将晶体管的栅极和源极短接形成，本质上还是晶体管，两个晶体管的集成具有完美的工艺兼容性，工艺实现很容易。
一个优选的方案是，第一源极作为第二晶体管区的源极。
由此可见，第一晶体管区和第二晶体管区共用源极的结构进一步缩小了芯片面积。
进一步的方案是，在横向上，第一源极和第一漏极分别位于第一栅极的两侧，第一源极和第二漏极分别位于第二栅极的两侧，第一源极位于第一栅极和第二栅极之间。
一个优选的方案是，第二晶体管区还包括第二源极，第二源极与第一源极间隔布置，第二源极与第一源极电连接后作为氮化镓半导体器件的源极。
进一步的方案是，在横向上，第一源极和第一漏极分别位于第一栅极的两侧，第二源极和第二漏极分别位于第二栅极的两侧，第一源极和第二源极均位于第一栅极和第二栅极之间，第二源极位于第一源极和第二栅极之间。
由此可见，第一源极和第二源极均位于第一栅极和第二栅极之间，这样第一源极与第二源极之间的距离最短，便于实现第一源极和第二源极之间的电连接。
一个优选的方案是，第一晶体管区为高电子迁移率晶体管。
一个优选的方案是，氮化镓半导体器件包括衬底以及在衬底上沿纵向自下至上依次生长的过渡层、沟道层和势垒层。第一栅极、第一源极、第一漏极、第二栅极和第二漏极均设置在势垒层的上方。氮化镓半导体器件还包括第一P型氮化镓层和第二P型氮化镓层，第一P型氮化镓层位于第一栅极与势垒层之间，第二P型氮化镓层位于第二栅极与势垒层之间。
进一步的方案是，沟道层的材料为氮化镓，势垒层的材料为铝镓氮。
附图说明
图1是现有的DC—DC电路中晶体管器件与续流二极管并联的电路图。
图2是本实用新型氮化镓半导体器件第一实施例的结构示意图。
图3是本实用新型氮化镓半导体器件第二实施例的结构示意图。
以下结合附图及实施例对本实用新型作进一步说明。
具体实施方式
氮化镓半导体器件第一实施例
参见图2，本实施例的具有集成续流二极管的氮化镓半导体器件为制作在衬底3上的外延多层结构，其包括衬底3以及在衬底3上沿纵向自下至上依次生长的过渡层4、沟道层5和势垒层6。沟道层5的材料为氮化镓，势垒层6的材料为铝镓氮。
氮化镓半导体器件在横向上被分成第一晶体管区1和第二晶体管区2，第一晶体管区1和第二晶体管区2均为高电子迁移率晶体管（High Electron Mobility Transistor,HEMT）。
第一晶体管区1包括第一栅极11、第一源极12和第一漏极13，第一晶体管区1作为续流二极管，第一栅极11与第一源极12电连接后作为续流二极管的阳极14，第一漏极13作为续流二极管的阴极15。
第二晶体管区2包括第二栅极21和第二漏极22，第二晶体管区2与第一晶体管区1共用源极，即第一源极12同时作为第二晶体管区2的源极。
第一栅极11、第一源极12、第一漏极13、第二栅极21和第二漏极22均设置在势垒层6的上方。氮化镓半导体器件还包括第一P型氮化镓层（P-GaN）71和第二P型氮化镓层72，第一P型氮化镓层71位于第一栅极11与势垒层6之间，第二P型氮化镓层72位于第二栅极21与势垒层6之间。在横向上，第一源极12和第一漏极13分别位于第一栅极11的两侧，第一源极12和第二漏极22分别位于第二栅极21的两侧，第一源极12位于第一栅极11和第二栅极21之间。
第一栅极11与第一源极12电连接后作为氮化镓半导体器件的源极，第一漏极13与第二漏极22电连接后作为氮化镓半导体器件的漏极10，第二栅极21作为氮化镓半导体器件的栅极。
氮化镓半导体器件第二实施例
参见图3，本实施例中，第二晶体管区20还包括第二源极23，第二源极23与第一源极212间隔布置，第二源极23与第一源极212电连接后作为氮化镓半导体器件的源极24。在横向上，第一源极212和第一漏极213分别位于第一栅极211的两侧，第二源极23和第二漏极222分别位于第二栅极221的两侧，第一源极212和第二源极23均位于第一栅极211和第二栅极221之间，第二源极23位于第一源极212和第二栅极221之间。
由上可见，通过将续流二极管和晶体管集成到一颗芯片上极大地节省了面积。第一晶体管区和第二晶体管区共用源极的结构进一步缩小了芯片面积。另外，续流二极管是通过将晶体管的栅极和源极短接形成，本质上还是晶体管，两个晶体管的集成具有完美的工艺兼容性，工艺实现很容易。
最后需要强调的是，以上仅为本实用新型的优选实施例，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种变化和更改，凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
Claims (8)
1.具有集成续流二极管的氮化镓半导体器件，其特征在于，包括沿着横向布置的第一晶体管区和第二晶体管区；
所述第一晶体管区作为所述续流二极管，所述第一晶体管区包括第一栅极、第一源极和第一漏极，所述第一栅极与所述第一源极电连接后作为所述续流二极管的阳极，所述第一漏极作为所述续流二极管的阴极；
所述第二晶体管区包括第二栅极和第二漏极；
所述第一栅极与所述第一源极电连接后作为所述氮化镓半导体器件的源极，所述第一漏极与所述第二漏极电连接后作为所述氮化镓半导体器件的漏极，所述第二栅极作为所述氮化镓半导体器件的栅极。
2.根据权利要求1所述的氮化镓半导体器件，其特征在于：
所述第一源极作为所述第二晶体管区的源极。
3.根据权利要求2所述的氮化镓半导体器件，其特征在于：
在横向上，所述第一源极和所述第一漏极分别位于所述第一栅极的两侧，所述第一源极和所述第二漏极分别位于所述第二栅极的两侧，所述第一源极位于所述第一栅极和所述第二栅极之间。
4.根据权利要求1所述的氮化镓半导体器件，其特征在于：
所述第二晶体管区还包括第二源极，所述第二源极与所述第一源极间隔布置；
所述第二源极与所述第一源极电连接后作为所述氮化镓半导体器件的源极。
5.根据权利要求4所述的氮化镓半导体器件，其特征在于：
在横向上，所述第一源极和所述第一漏极分别位于所述第一栅极的两侧，所述第二源极和所述第二漏极分别位于所述第二栅极的两侧，所述第一源极和所述第二源极均位于所述第一栅极和所述第二栅极之间，所述第二源极位于所述第一源极和所述第二栅极之间。
6.根据权利要求1至5任一项所述的氮化镓半导体器件，其特征在于：
所述第一晶体管区为高电子迁移率晶体管。
7.根据权利要求1至5任一项所述的氮化镓半导体器件，其特征在于：
所述氮化镓半导体器件包括衬底以及在所述衬底上沿纵向自下至上依次生长的过渡层、沟道层和势垒层；
所述第一栅极、所述第一源极、所述第一漏极、所述第二栅极和所述第二漏极均设置在所述势垒层的上方；
所述氮化镓半导体器件还包括第一P型氮化镓层和第二P型氮化镓层，所述第一P型氮化镓层位于所述第一栅极与所述势垒层之间，所述第二P型氮化镓层位于所述第二栅极与所述势垒层之间。
8.根据权利要求7所述的氮化镓半导体器件，其特征在于：
所述沟道层的材料为氮化镓，所述势垒层的材料为铝镓氮。
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| CN202020295203.9U CN211529952U (zh) | 2020-03-11 | 2020-03-11 | 具有集成续流二极管的氮化镓半导体器件 |
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2020
- 2020-03-11 CN CN202020295203.9U patent/CN211529952U/zh active Active
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