复合型半导体器件及其控制方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及由第一场效应晶体管和第二场效应晶体管串联连接而成的复合型半导体器件及其控制方法。本发明尤其涉及由GaN(氮化镓)器件和S1- FET以共源共栅方式连接而成的复合型半导体器件及其控制方法。
【背景技术】
[0002]目前的半导体器件主要使用的是Si(硅)类常截止型场效应晶体管(所谓S1-FET)。常截止型场效应晶体管是在栅极一源极间施加了正电压的情况下导通，在栅极一源极间未施加正电压的情况下成为非导通的晶体管。
[0003]另一方面，S1- FET在物理性能上正在接近其极限。因此，人们进行研究开发，以期实现代替S1- FET使用GaN类场效应晶体管(也称作GaN器件、GaN 一 FET)的半导体器件走向实用化。
[0004]GaN器件具有耐压尚、低损耗、尚速开关、尚温工作等特长，并且还能够实现尚功率。但另一方面，GaN器件通常是常导通型FET，难以作为常截止型使用。常导通型场效应晶体管具有负的阈值电压，在栅极一源极间电压低于阈值电压的情况下成为非导通，在栅极一源极间电压高于阈值电压的情况下导通。
[0005]在半导体器件中使用常导通型场效应晶体管时，会发生不能使用现有的栅极驱动电路等各种问题。而常截止型的GaN器件由于阈值电压非常低，所以发生误动作的可能性很高，难以实现实用化。
[0006]因此，人们提出一种将常导通型的第一场效应晶体管与常截止型的第二场效应晶体管串联连接来构成常截止型的复合型半导体器件的方案。
[0007]专利文献1 中公开了一种由 GaN器件和功率M0SFET(Metal_0xide SemiconductorField Effect Transistor:金属氧化膜半导体场效应晶体管)以共源共栅方式连接而成的复合型半导体器件。并且，专利文献1中还记载了 GaN器件和功率M0SFET优选同时接收控制信号的思想。
[0008]专利文献2公开了一种将2个开关(晶体管)串联连接(以共源共栅方式连接)，并对这些开关分别进行控制的方案。
[0009]现有技术文献
[0010]专利文献
[0011]专利文献1:美国专利第8017978号说明书(2011年9月13日公告)
[0012]专利文献2:日本公开专利公报“特开2012 — 159454号公报”(2012年8月23日公开)
【发明内容】
[0013]发明要解决的技术问题
[0014]在专利文献1所公开的复合型半导体器件中，在同时使GaN器件和功率M0SFET导通截止时，在功率MOSFET先截止了的情况下，功率M0SFET上会被施加高电压。作为功率M0SFET先截止的原因，可列举这样的原因，S卩，GaN器件因用于使复合型半导体器件截止的控制用信号而截止的速度，不同于功率MOSFET因该信号而截止的速度。若复合型半导体器件导通的瞬间，施加在功率MOSFET上的电压未充分降低，高电压被施加在功率MOSFET上，则功率MOSFET需要能够耐高压。
[0015]因此，专利文献1所公开的复合型半导体器件中，需要使用高耐压的功率MOSFET。实际上，专利文献1所公开的功率MOSFET的耐压高至200V。
[0016]此处，GaN器件通常采用横向结构。该情况下，从可靠性的观点来看，优选采用使衬底的背面的电位最低的方式进行设计(构成源极电位)。
[0017]另一方面，功率MOSFET大致分为横向结构和纵向结构。
[0018]横向结构并且高耐压的功率MOSFET的面积较大，若使用该功率M0SFET，则会出现导致复合型半导体器件大型化的问题。
[0019]而纵向结构的功率MOSFET通常情况下衬底的背面是漏极电极。在将GaN器件和功率MOSFET配置在同一个引线框(衬底)上的情况下，在引线框的背面，GaN器件的电位(源极电位)与功率MOSFET的电位(漏极电位)相反。S卩，GaN器件的背面会被施加相当于功率MOSFET的漏极电位的电位。因此，在使用纵向结构的功率MOSFET的情况下，会出现复合型半导体器件的可靠性劣化的问题。
[0020]另外，专利文献2所公开的技术中，处于共源共栅连接关系的2个晶体管本身没有必要是GaN器件和S1- FET (功率MOSFET)，与本发明的关联本来也就很微弱。
[0021]本发明鉴于上述问题而提出，其目的在于提供一种能够节省空间的复合型半导体器件及其控制方法。
[0022]解决问题的技术手段
[0023]为解决上述技术问题，本发明提供一技术方案的复合型半导体器件，其由第一场效应晶体管与第二场效应晶体管串联连接而成，该复合型半导体器件的特征在于:上述第一场效应晶体管和上述第二场效应晶体管被独立地控制，上述第二场效应晶体管先导通，上述第一场效应晶体管在上述第二场效应晶体管导通后导通，由此上述复合型半导体器件导通。
[0024]为解决上述技术问题，本发明提供一技术方案的复合型半导体器件的控制方法，上述复合型半导体器件由第一场效应晶体管与第二场效应晶体管串联连接而成，上述复合型半导体器件的控制方法的特征在于:对上述第一场效应晶体管和上述第二场效应晶体管独立地进行控制，通过使上述第二场效应晶体管先导通，在上述第二场效应晶体管导通后使上述第一场效应晶体管导通，从而使上述复合型半导体器件导通。
[0025]发明效果
[0026]根据本发明一技术方案，起到了能够节省空间的效果。
【附图说明】
[0027]图1是表示本发明一实施方式的复合型半导体器件的导通和非导通的时刻的时序图。
[0028]图2是表示本发明一实施方式的复合型半导体器件的具体结构的电路图。
[0029]图3是表示本发明一实施方式的复合型半导体器件的概略结构的电路图。
[0030]图4是比较本发明另一实施方式中的施加在GaN器件的栅极上的控制信号的波形与施加在S1- FET的栅极上的控制信号的波形的时序图。
[0031]图5是表示复合型半导体器件的具体结构的俯视图。
[0032]图6是表示复合型半导体器件的具体结构的侧视图。
[0033]图7是表示复合型半导体器件的具体结构的变形例的俯视图。
【具体实施方式】
[0034][实施方式1]
[0035]图3是表示本实施方式的复合型半导体器件的概略结构的电路图。
[0036]复合型半导体器件10包括GaN器件(第一场效应晶体管)1和Si — FET (第二场效应晶体管)2。S1- FET2内置有寄生于S1- FET2的体二极管2d。
[0037]GaN器件1的漏极与电源3的高电平侧连接。GaN器件1的源极与Si — FET2的漏极连接。S1- FET2的源极与电源3的低电平侧连接。即，复合型半导体器件10由GaN器件1和Si — FET2以共源共栅(cascode)方式连接(串联连接)而成。
[0038]GaN器件1包括以GaN、AlGaN和InGaN等为代表的III族氮化物半导体(化合物半导体)。由此，能够实现作为常导通型场效应晶体管的GaN器件1。并且，能够实现高耐压、高速工作、高耐热性和低导通电阻的GaN器件1。另外，S1- FET2是常截止型。
[0039]此外，GaN器件1的工作阈值电压(图4中的GaN — Vth)可以低于Si — FET2的工作阈值电压(图4中的Si — FET - Vth)，也可以是负电位。
[0040]另外，GaN器件1的耐压优选高于Si — FET2的耐压，例如为600V。关于Si — FET2的耐压将在后文详述。
[0041]图2是表示本实施方式的复合型半导体器件的具体结构的电路图。
[0042]GaN器件1的栅极与Si — FET2的栅极被彼此独立地控制。即，在复合型半导体器件10中，能够对GaN器件1的栅极与S1- FET2的栅极施加彼此不同的控制信号。由此，在复合型半导体器件10中，GaN器件1的导通截止的时刻与S1- FET2的导通截止的时刻能够独立地控制，能够使它们为彼此不同的时刻。
[0043]另外，图2所示的位于GaN器件1的栅极上的电阻4是用于对GaN器件1的栅极供给电流的栅极电阻。另外，图2所示的位于S1- FET2的栅极上的电阻5是用于对S1-FET2的栅极供给电流的栅极电阻。
[0044]如图2所示，GaN器件1