br>[0090]图8B是示出了图7B中所示功率电路200B的电压特性的定时图。例如，图8B包括电压曲线600-603，每个示出了在AC开关210工作期间时刻tl和t3之间功率电路200B的一部分处的电压电平。曲线600示出了时刻tl和t3之间负载端子130A和130B之间电压。曲线601示出了根据本公开技术的在时刻tl和t3之间在元件240B的栅极端子处的栅极驱动信号，以及曲线602示出了在相同时刻在元件240A的栅极端子处的栅极驱动信号。换言之，图8A示出了功率电路200B的一个实施方式，其中由于耦合结构将共同衬底214动态地耦合至最低负载端子电位，元件240B在载负载端子130A和130B之间的正电压下在导通状态下工作，并且其中元件240A在负载端子130A和130B之间负电压下在导通状态下工作。
[0091]图9A是半导体裸片211A的分层剖视图，其包括与AC开关210 (例如双向基于GaN的开关)横向地集成的图7A的示例性耦合结构221A，该AC开关210与图5A所示AC开关6F共用了相同结构。半导体裸片211A包括横向地集成在AC开关210的相对侧的元件230A和230B。在图9A的示例中，元件230A和230B是pn 二极管，并且AC开关210是共同源极双向基于GaN的开关。为了便于描述，以下附图主要参照基于GaN的开关和GaN层描述，其他基于II1-V半导体的开关和层也可以使用。例如，AC开关210可以是如下的II1-V半导体型开关，其具有BN层、BP层、BAs层、A1N层、A1P层、AlAs层、AlSb层、GaN层、GaP层、GaAs 层、GaSb 层、InN 层、InP 层、InAs 层、InSb 层、TiN 层、TiP 层、TiAs 层、TiSb 层、或由II1-V半导体材料制成的任何其他II1-V型层中的任意一个。
[0092]AC开关210具有也分别对应于漏极端子227A和227B的负载端子130A和130B。AC开关210是具有源极端子228的共同源极型双向开关。AC开关210进一步包括栅极端子226A和226B。控制器单元5可以经由链路9B的链路19A和19B提供栅极控制信号，以导通和关断AC开关210，以控制电流是否在负载端子130A和130B之间在裸片211A的与AlGaN层218和GaN层212相邻的2DEG区域(未示出)内流动。
[0093]元件230A包括在p型掺杂AlGaN层234A顶部上的金属接触232A。元件230A的阻断pn结形成在p型掺杂AlGaN层234A与p型掺杂AlGaN层218的界面处。元件230A的阴极对应于AC开关210的漏极端子227A，并且又在负载端子130A处耦合至链路8。元件230A的漂移区236A形成在AlGaN层218内。可以需要在p型掺杂AlGaN层234A与负载端子130A之间的特定距离。例如，对于600伏应用，p型掺杂AlGaN层234A和负载端子130A可以由近似8um至15um的距离范围而分隔。元件230A的金属接触232A借由接合引线238A而在节点222处耦合至共同衬底214。
[0094]元件230B包括在p型掺杂AlGaN层234B顶部上的金属接触232B。元件230B的阻断pn结形成在p型掺杂AlGaN层234B和η型掺杂AlGaN层218的界面处。元件230B的阴极对应于AC开关210的漏极端子227B，并且又在负载端子130B处耦合至链路10。元件230B的漂移区236B形成在AlGaN层218内。元件230B在p型掺杂AlGaN层234B和负载端子130B之间，需要与对于元件230A所需类似的距离。元件230B的金属接触232B借由接合引线238B在节点222处耦合至共同衬底214。
[0095]同样地，图9A示出了的AC开关210 (例如双向开关)，其至少部分地形成在GaN层212内、并且与耦合结构221A(例如包括元件230A和230B，以及接合引线238A和238B)单片的集成在半导体裸片211A上。半导体裸片211A的耦合结构221A配置用于，通过将共同衬底214动态地耦合(例如当AC电源2和AC负载4交换能量时)负载端子130A和负载端子130B之中的最低电位负载端子，而防止了在GaN层212中电流崩塌。
[0096]图9B是示出了用于图9A的半导体裸片211A的示例性接合可选例的概念图。图9B示出了采用导电粘附技术(例如焊接、金属填充的胶等)而安装至金属化岛239的半导体裸片211A。在p型掺杂AlGaN层234A和234B顶部上的金属接触232A和232B由接合引线238A和238B连接至金属化岛239。金属化岛239电连接至共同衬底214。
[0097]图10是半导体裸片211B的分层剖视图，其包括与AC开关210 (例如双向基于GaN的开关)横向地集成的图7A耦合结构221A的附加示例，该AC开关210与图5A所示AC开关6F共用了相同结构。半导体裸片211B包括横向地集成在AC开关210的相对侧的元件230A和230B。在图10的示例中，元件230A和230B是肖特基二极管，并且AC开关210是共同源极的双向基于GaN的开关。
[0098]半导体裸片211B与图9A的半导体裸片211A有相似之处。然而，图10的元件230A包括肖特基接触280A，替代了图9A的元件230A的金属接触232A和p型掺杂AlGaN层234A。肖特基接触280A与漂移区236A共用界面。肖特基接触280A借由接合引线238A在节点222处耦合至共同衬底214。为了当向AC负载4输出电流时防止电流崩塌，元件230A配置以响应于跨AC开关210的负载端子130A和负载端子130B的电压小于阈值(例如零伏)、或者负载端子130A处电位小于负载端子130B处电位，而将共同衬底214电耦合至AC开关210的负载端子130A。
[0099]图10的元件230B包括肖特基接触280B，替代了图9A的元件230B的金属接触232B和p型掺杂AlGaN层234B。肖特基接触280B与漂移区236B共用界面。肖特基接触280B借由接合引线238B在节点222处耦合至共同衬底214。为了当向AC负载4输出电流时防止电流崩塌，元件230B配置以响应于跨AC开关210的负载端子130A和负载端子130B的电压大于阈值(例如零伏)、或者负载端子130B处电位小于负载端子130A处电位，而将共同衬底214电耦合至AC开关210的负载端子130B。在一些示例中，裸片211B也可以包括在p型掺杂AlGaN层234B顶部上的附加II1-V半导体材料型封盖层，以当元件230B配置作为肖特基二极管时减小元件230B的泄露电流。
[0100]图11A和图11B是示例性半导体裸片211C和211D的分层剖视图，每个包括与AC开关210 (例如双向基于GaN的开关)横向地集成的图7A的耦合结构211A的附加示例，该AC开关210与如图5A所示AC开关6F共用相同结构。半导体裸片211C和211D每个包括横向地集成在AC开关210相对侧的元件230A和230B。AC开关210是共同源极双向基于GaN的开关。在图11A和图11B的示例中，元件230A和230B是配置作为pn 二极管的器件的相应共射共基类型设置(例如低电压二极管和横向HEMT)。图11C是用于元件230A和230B的每个的电路图。
[0101]半导体裸片211C的元件230A包括低压二极管296A和高压横向GaN器件290A。高压横向GaN器件290A必须是常通GaN器件，以便使得裸片211C可以工作。例如，低压二极管296A、296B和横向HEMT 290A.290B的共射共基型设置，连接成所谓的共射共基配置，也即低压二极管296A、296B上推和下拉了横向HEMT 290A.290B的源极电压，而横向HEMT290A、290B的栅极电极总是保持在最低电位上。
[0102]GaN器件290A具有源极接触294A、栅极电极292A和漏极接触293A。漏极接触293A对应于AC开关210的负载端子130A。栅极电极292A借由接合引线238A连接至共同衬底214。源极接触294A经由金属塞298A在GaN层212和共同衬底214之间界面处连接至n+区域299A。在一些示例中，金属塞298A可以是高掺杂η型多晶硅。低压二极管296Α形成在η+区域299Α与共同衬底214的界面处。图11Α的元件230Β包括与元件230Α类似的特征。在图11Α的示例中，共同衬底是ρ掺杂的。
[0103]半导体裸片211D的元件230Α和230Β近似等同于半导体裸片211C的元件230Α和230Β。然而，半导体裸片211D的共同衬底214是η型掺杂的，并且包括在共同衬底214之下的Ρ型掺杂层300。栅极电极292Α借由接合引线238Α在节点222处连接至ρ型掺杂层300。此外，半导体裸片211D的二极管296Α形成在η型衬底214与ρ型掺杂成300之间的界面处。
[0104]图11C是示出了图11Α和图11Β的耦合结构221Α的附加示例的元件230Α和230Β的示例的电路图。图lie示出了将GaN器件290Α的栅极电极292Α、292Β连接至节点222的接合引线238A、238B。低压二极管296A、296B的阴极耦合至GaN器件290A、290B的源极接触 294A、294B。
[0105]图12是半导体裸片211E的分层剖视图，其包括与AC开关210 (例如双向基于GaN的开关)横向集成的图7A的耦合结构221A的示例，该AC开关210与图5B的AC开关6G共用了相同结构。在图12的示例中，元件230A和230B是pn 二极管。半导体211E类似于图9A的半导体211A，然而半导体211E的AC开关210是共同漏极型双向开关。
[0106]半导体211E的AC开关210的负载端子130A和130B对应于源极端子228A和228B。元件230A的阴极对应于AC开关210的源极端子228A，并且又在负载端子130A处耦合至链路8。元件230B的阴极对应于AC开关210的源极端子228B，并且又在负载端子130B处耦合至链路10。
[0107]图13是半导体裸片211F的分层剖视图，其包括与AC开关210 (例如双向基于GaN的开关)横向地集成的图7A的耦合结构221A的示例，该AC开关210与图5B的AC开关6G共用了相同结构。半导体211F类似于图10的半导体211B，然而半导体211F的AC开关210是共同漏极型双向开关。
[0108]图14A和图14B是半导体裸片211G和211H的分层剖视图，每个包括与AC开关210 (例如双向基于GaN的开关)横向地集成的图7A的耦合结构221A的附加示例，该AC开关210与图5B的AC开关6G共用了相同结构。在图14A和图14B的示例中，元件230A和230B是配置作为例如图11C中所示pn 二极管的器件(例如低压二极管和横向HEMT)的相应共射共基型器件设置。半导体211G类似于图11A的半导体211C，然而半导体211G的AC开关210是共同漏极型双向开关。半导体211H类似于图11B的半导体211D，然而半导体211H的AC开关210是共同漏极型双向开关。AC开关210的源极端子228A是元件230A的阴极，而源极端子228B是元件230B的阴极。
[0109]图15是半导体裸片2111的分层剖视图，其包括与AC开关210 (例如双向基于GaN的开关)横向地集成的图7A的耦合结构221A的示例，该AC开关210与图5C的AC开关6H共用了相同结构。在图15的示例中，元件230A和230B是pn 二极管。半导体2111类似于图9A的半导体211A和图12的半导体211E，然而半导体2111的AC开关210是仅具有单个基于GaN的器件的真双向开关。AC开关210的源极端子228A也是元件230A的阴极，而源极端子228B是元件230B的阴极。
[0110]半导体211E的AC开关210的负载端子130A和130B对应于源极端子228A和228B。元件230A的阴极对应于AC开关210的源极端子228A，并且又在负载端子130A处耦合至链路8。元件230B的阴极对应于AC开关210的源极端子228B，并且又如图5C处所示在负载端子130B处耦合至链路10。
[0111]图16是半导体裸片211J的分层剖视图，其包括与AC开关210 (例如双向基于GaN的开关)横向集成的图7A的耦合结构221A的附加示例，该AC开关210与图5C的AC开关6H共用了相同结构。在图16的示例中，元件230A和230B是肖特基二极管。半导体211J类似于图10的半导体211B和图13的半导体211F，然而半导体211J的AC开关210是仅具有图5C中所示单个基于GaN的器件的真双向开关。AC开关210的源极端子228A也是元件230A的阴极，而源极端子228B是元件230B的阴极。
[0112]图17A和图17B是半导体裸片211K和211L的分层剖视图，每个包括与AC开关210 (例如双向基于GaN的开关)横向地集成的图7A的耦合结构211A的附加示例，该AC开关210与图5C的AC开关6H共用了相同结构。在图17A和图17B的示例中，元件230A和230B是配置作为单个pn二极管的相应共射共基型器件设置，例如图11C中所示。例如，典型的共射共基设置通常包括低压场效应晶体管(FET)以及诸如结型栅场效应晶体管(JFET)或HEMT的常通器件。典型共射共基设置配置低压FET以作为共同发射极或共同源极而工作，以及配置JFET或HEMT以作为共同基极或共同栅极而工作。共射共基改进了输入-输出隔离(或反向传输)，因为从输出至输入没有直接耦合。这消除了密勒效应并且因此有助于更高得多的带宽。在图17A和图17B的共射共基型设置中，低压FET替换为具有与常通HEMT类似连接的二极管(例如低压二极管)，相当于二极管和HEMT是典型共射共基设置的一部分。
[0113]半导体211K类似于图11A的半导