復合型半導體器件及其控制方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及由第一場效應晶體管和第二場效應晶體管串聯連接而成的復合型半導體器件及其控制方法。本發(fā)明尤其涉及由GaN(氮化鎵)器件和S1- FET以共源共柵方式連接而成的復合型半導體器件及其控制方法。
【背景技術】
[0002]目前的半導體器件主要使用的是Si(硅)類常截止型場效應晶體管(所謂S1-FET)。常截止型場效應晶體管是在柵極一源極間施加了正電壓的情況下導通，在柵極一源極間未施加正電壓的情況下成為非導通的晶體管。
[0003]另一方面，S1- FET在物理性能上正在接近其極限。因此，人們進行研究開發(fā)，以期實現代替S1- FET使用GaN類場效應晶體管(也稱作GaN器件、GaN 一 FET)的半導體器件走向實用化。
[0004]GaN器件具有耐壓尚、低損耗、尚速開關、尚溫工作等特長，并且還能夠實現尚功率。但另一方面，GaN器件通常是常導通型FET，難以作為常截止型使用。常導通型場效應晶體管具有負的閾值電壓，在柵極一源極間電壓低于閾值電壓的情況下成為非導通，在柵極一源極間電壓高于閾值電壓的情況下導通。
[0005]在半導體器件中使用常導通型場效應晶體管時，會發(fā)生不能使用現有的柵極驅動電路等各種問題。而常截止型的GaN器件由于閾值電壓非常低，所以發(fā)生誤動作的可能性很高，難以實現實用化。
[0006]因此，人們提出一種將常導通型的第一場效應晶體管與常截止型的第二場效應晶體管串聯連接來構成常截止型的復合型半導體器件的方案。
[0007]專利文獻1 中公開了一種由 GaN器件和功率M0SFET(Metal_0xide SemiconductorField Effect Transistor:金屬氧化膜半導體場效應晶體管)以共源共柵方式連接而成的復合型半導體器件。并且，專利文獻1中還記載了 GaN器件和功率M0SFET優(yōu)選同時接收控制信號的思想。
[0008]專利文獻2公開了一種將2個開關(晶體管)串聯連接(以共源共柵方式連接)，并對這些開關分別進行控制的方案。
[0009]現有技術文獻
[0010]專利文獻
[0011]專利文獻1:美國專利第8017978號說明書(2011年9月13日公告)
[0012]專利文獻2:日本公開專利公報“特開2012 — 159454號公報”(2012年8月23日公開)

【發(fā)明內容】

[0013]發(fā)明要解決的技術問題
[0014]在專利文獻1所公開的復合型半導體器件中，在同時使GaN器件和功率M0SFET導通截止時，在功率MOSFET先截止了的情況下，功率M0SFET上會被施加高電壓。作為功率M0SFET先截止的原因，可列舉這樣的原因，S卩，GaN器件因用于使復合型半導體器件截止的控制用信號而截止的速度，不同于功率MOSFET因該信號而截止的速度。若復合型半導體器件導通的瞬間，施加在功率MOSFET上的電壓未充分降低，高電壓被施加在功率MOSFET上，則功率MOSFET需要能夠耐高壓。
[0015]因此，專利文獻1所公開的復合型半導體器件中，需要使用高耐壓的功率MOSFET。實際上，專利文獻1所公開的功率MOSFET的耐壓高至200V。
[0016]此處，GaN器件通常采用橫向結構。該情況下，從可靠性的觀點來看，優(yōu)選采用使襯底的背面的電位最低的方式進行設計(構成源極電位)。
[0017]另一方面，功率MOSFET大致分為橫向結構和縱向結構。
[0018]橫向結構并且高耐壓的功率MOSFET的面積較大，若使用該功率M0SFET，則會出現導致復合型半導體器件大型化的問題。
[0019]而縱向結構的功率MOSFET通常情況下襯底的背面是漏極電極。在將GaN器件和功率MOSFET配置在同一個引線框(襯底)上的情況下，在引線框的背面，GaN器件的電位(源極電位)與功率MOSFET的電位(漏極電位)相反。S卩，GaN器件的背面會被施加相當于功率MOSFET的漏極電位的電位。因此，在使用縱向結構的功率MOSFET的情況下，會出現復合型半導體器件的可靠性劣化的問題。
[0020]另外，專利文獻2所公開的技術中，處于共源共柵連接關系的2個晶體管本身沒有必要是GaN器件和S1- FET (功率MOSFET)，與本發(fā)明的關聯本來也就很微弱。
[0021]本發(fā)明鑒于上述問題而提出，其目的在于提供一種能夠節(jié)省空間的復合型半導體器件及其控制方法。
[0022]解決問題的技術手段
[0023]為解決上述技術問題，本發(fā)明提供一技術方案的復合型半導體器件，其由第一場效應晶體管與第二場效應晶體管串聯連接而成，該復合型半導體器件的特征在于:上述第一場效應晶體管和上述第二場效應晶體管被獨立地控制，上述第二場效應晶體管先導通，上述第一場效應晶體管在上述第二場效應晶體管導通后導通，由此上述復合型半導體器件導通。
[0024]為解決上述技術問題，本發(fā)明提供一技術方案的復合型半導體器件的控制方法，上述復合型半導體器件由第一場效應晶體管與第二場效應晶體管串聯連接而成，上述復合型半導體器件的控制方法的特征在于:對上述第一場效應晶體管和上述第二場效應晶體管獨立地進行控制，通過使上述第二場效應晶體管先導通，在上述第二場效應晶體管導通后使上述第一場效應晶體管導通，從而使上述復合型半導體器件導通。
[0025]發(fā)明效果
[0026]根據本發(fā)明一技術方案，起到了能夠節(jié)省空間的效果。
【附圖說明】
[0027]圖1是表示本發(fā)明一實施方式的復合型半導體器件的導通和非導通的時刻的時序圖。
[0028]圖2是表示本發(fā)明一實施方式的復合型半導體器件的具體結構的電路圖。
[0029]圖3是表示本發(fā)明一實施方式的復合型半導體器件的概略結構的電路圖。
[0030]圖4是比較本發(fā)明另一實施方式中的施加在GaN器件的柵極上的控制信號的波形與施加在S1- FET的柵極上的控制信號的波形的時序圖。
[0031]圖5是表示復合型半導體器件的具體結構的俯視圖。
[0032]圖6是表示復合型半導體器件的具體結構的側視圖。
[0033]圖7是表示復合型半導體器件的具體結構的變形例的俯視圖。
【具體實施方式】
[0034][實施方式1]
[0035]圖3是表示本實施方式的復合型半導體器件的概略結構的電路圖。
[0036]復合型半導體器件10包括GaN器件(第一場效應晶體管)1和Si — FET (第二場效應晶體管)2。S1- FET2內置有寄生于S1- FET2的體二極管2d。
[0037]GaN器件1的漏極與電源3的高電平側連接。GaN器件1的源極與Si — FET2的漏極連接。S1- FET2的源極與電源3的低電平側連接。即，復合型半導體器件10由GaN器件1和Si — FET2以共源共柵(cascode)方式連接(串聯連接)而成。
[0038]GaN器件1包括以GaN、AlGaN和InGaN等為代表的III族氮化物半導體(化合物半導體)。由此，能夠實現作為常導通型場效應晶體管的GaN器件1。并且，能夠實現高耐壓、高速工作、高耐熱性和低導通電阻的GaN器件1。另外，S1- FET2是常截止型。
[0039]此外，GaN器件1的工作閾值電壓(圖4中的GaN — Vth)可以低于Si — FET2的工作閾值電壓(圖4中的Si — FET - Vth)，也可以是負電位。
[0040]另外，GaN器件1的耐壓優(yōu)選高于Si — FET2的耐壓，例如為600V。關于Si — FET2的耐壓將在后文詳述。
[0041]圖2是表示本實施方式的復合型半導體器件的具體結構的電路圖。
[0042]GaN器件1的柵極與Si — FET2的柵極被彼此獨立地控制。即，在復合型半導體器件10中，能夠對GaN器件1的柵極與S1- FET2的柵極施加彼此不同的控制信號。由此，在復合型半導體器件10中，GaN器件1的導通截止的時刻與S1- FET2的導通截止的時刻能夠獨立地控制，能夠使它們?yōu)楸舜瞬煌臅r刻。
[0043]另外，圖2所示的位于GaN器件1的柵極上的電阻4是用于對GaN器件1的柵極供給電流的柵極電阻。另外，圖2所示的位于S1- FET2的柵極上的電阻5是用于對S1-FET2的柵極供給電流的柵極電阻。
[0044]如圖2所示，GaN器件1