JP2011254013A - 半導体装置およびこれを用いた半導体リレー - Google Patents

半導体装置およびこれを用いた半導体リレー Download PDF

Info

Publication number
JP2011254013A
JP2011254013A JP2010128095A JP2010128095A JP2011254013A JP 2011254013 A JP2011254013 A JP 2011254013A JP 2010128095 A JP2010128095 A JP 2010128095A JP 2010128095 A JP2010128095 A JP 2010128095A JP 2011254013 A JP2011254013 A JP 2011254013A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
semiconductor element
semiconductor device
compound semiconductor
sic
source
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
JP2010128095A
Other languages
English (en)
Other versions
JP5756911B2 (ja
Inventor
Hiroshi Okada
洋 岡田
Takuya Sunada
卓也 砂田
Takeshi Omori
猛司 大森
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Panasonic Electric Works Co Ltd
Original Assignee
Panasonic Electric Works Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Panasonic Electric Works Co Ltd filed Critical Panasonic Electric Works Co Ltd
Priority to JP2010128095A priority Critical patent/JP5756911B2/ja
Priority to DE112011101875.4T priority patent/DE112011101875B4/de
Priority to PCT/IB2011/000361 priority patent/WO2011151682A2/ja
Priority to US13/700,331 priority patent/US8803161B2/en
Priority to CN201180027218.0A priority patent/CN102918769B/zh
Publication of JP2011254013A publication Critical patent/JP2011254013A/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP5756911B2 publication Critical patent/JP5756911B2/ja
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/66—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/68—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor controllable by only the electric current supplied, or only the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched
    • H01L29/76—Unipolar devices, e.g. field effect transistors
    • H01L29/772—Field effect transistors
    • H01L29/78—Field effect transistors with field effect produced by an insulated gate
    • H01L29/7801—DMOS transistors, i.e. MISFETs with a channel accommodating body or base region adjoining a drain drift region
    • H01L29/7802—Vertical DMOS transistors, i.e. VDMOS transistors
    • H01L29/7803—Vertical DMOS transistors, i.e. VDMOS transistors structurally associated with at least one other device
    • H01L29/7806—Vertical DMOS transistors, i.e. VDMOS transistors structurally associated with at least one other device the other device being a Schottky barrier diode
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/70—Manufacture or treatment of devices consisting of a plurality of solid state components formed in or on a common substrate or of parts thereof; Manufacture of integrated circuit devices or of parts thereof
    • H01L21/77—Manufacture or treatment of devices consisting of a plurality of solid state components or integrated circuits formed in, or on, a common substrate
    • H01L21/78—Manufacture or treatment of devices consisting of a plurality of solid state components or integrated circuits formed in, or on, a common substrate with subsequent division of the substrate into plural individual devices
    • H01L21/82—Manufacture or treatment of devices consisting of a plurality of solid state components or integrated circuits formed in, or on, a common substrate with subsequent division of the substrate into plural individual devices to produce devices, e.g. integrated circuits, each consisting of a plurality of components
    • H01L21/8213—Manufacture or treatment of devices consisting of a plurality of solid state components or integrated circuits formed in, or on, a common substrate with subsequent division of the substrate into plural individual devices to produce devices, e.g. integrated circuits, each consisting of a plurality of components the substrate being a semiconductor, using SiC technology
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/70—Manufacture or treatment of devices consisting of a plurality of solid state components formed in or on a common substrate or of parts thereof; Manufacture of integrated circuit devices or of parts thereof
    • H01L21/77—Manufacture or treatment of devices consisting of a plurality of solid state components or integrated circuits formed in, or on, a common substrate
    • H01L21/78—Manufacture or treatment of devices consisting of a plurality of solid state components or integrated circuits formed in, or on, a common substrate with subsequent division of the substrate into plural individual devices
    • H01L21/82—Manufacture or treatment of devices consisting of a plurality of solid state components or integrated circuits formed in, or on, a common substrate with subsequent division of the substrate into plural individual devices to produce devices, e.g. integrated circuits, each consisting of a plurality of components
    • H01L21/8252—Manufacture or treatment of devices consisting of a plurality of solid state components or integrated circuits formed in, or on, a common substrate with subsequent division of the substrate into plural individual devices to produce devices, e.g. integrated circuits, each consisting of a plurality of components the substrate being a semiconductor, using III-V technology
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L25/00—Assemblies consisting of a plurality of individual semiconductor or other solid state devices ; Multistep manufacturing processes thereof
    • H01L25/16—Assemblies consisting of a plurality of individual semiconductor or other solid state devices ; Multistep manufacturing processes thereof the devices being of types provided for in two or more different main groups of groups H01L27/00 - H01L33/00, or in a single subclass of H10K, H10N, e.g. forming hybrid circuits
    • H01L25/167—Assemblies consisting of a plurality of individual semiconductor or other solid state devices ; Multistep manufacturing processes thereof the devices being of types provided for in two or more different main groups of groups H01L27/00 - H01L33/00, or in a single subclass of H10K, H10N, e.g. forming hybrid circuits comprising optoelectronic devices, e.g. LED, photodiodes
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/02—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having potential barriers; including integrated passive circuit elements having potential barriers
    • H01L27/0203—Particular design considerations for integrated circuits
    • H01L27/0248—Particular design considerations for integrated circuits for electrical or thermal protection, e.g. electrostatic discharge [ESD] protection
    • H01L27/0251—Particular design considerations for integrated circuits for electrical or thermal protection, e.g. electrostatic discharge [ESD] protection for MOS devices
    • H01L27/0255—Particular design considerations for integrated circuits for electrical or thermal protection, e.g. electrostatic discharge [ESD] protection for MOS devices using diodes as protective elements
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/02—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having potential barriers; including integrated passive circuit elements having potential barriers
    • H01L27/04—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having potential barriers; including integrated passive circuit elements having potential barriers the substrate being a semiconductor body
    • H01L27/06—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having potential barriers; including integrated passive circuit elements having potential barriers the substrate being a semiconductor body including a plurality of individual components in a non-repetitive configuration
    • H01L27/0605—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having potential barriers; including integrated passive circuit elements having potential barriers the substrate being a semiconductor body including a plurality of individual components in a non-repetitive configuration integrated circuits made of compound material, e.g. AIIIBV
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/12—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof structurally associated with, e.g. formed in or on a common substrate with, one or more electric light sources, e.g. electroluminescent light sources, and electrically or optically coupled thereto
    • H01L31/16—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof structurally associated with, e.g. formed in or on a common substrate with, one or more electric light sources, e.g. electroluminescent light sources, and electrically or optically coupled thereto the semiconductor device sensitive to radiation being controlled by the light source or sources
    • H01L31/167—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof structurally associated with, e.g. formed in or on a common substrate with, one or more electric light sources, e.g. electroluminescent light sources, and electrically or optically coupled thereto the semiconductor device sensitive to radiation being controlled by the light source or sources the light sources and the devices sensitive to radiation all being semiconductor devices characterised by potential barriers
    • H01L31/173—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof structurally associated with, e.g. formed in or on a common substrate with, one or more electric light sources, e.g. electroluminescent light sources, and electrically or optically coupled thereto the semiconductor device sensitive to radiation being controlled by the light source or sources the light sources and the devices sensitive to radiation all being semiconductor devices characterised by potential barriers formed in, or on, a common substrate
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03K—PULSE TECHNIQUE
    • H03K17/00—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking
    • H03K17/51—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking characterised by the components used
    • H03K17/78—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking characterised by the components used using opto-electronic devices, i.e. light-emitting and photoelectric devices electrically- or optically-coupled
    • H03K17/785—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking characterised by the components used using opto-electronic devices, i.e. light-emitting and photoelectric devices electrically- or optically-coupled controlling field-effect transistor switches
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/58—Structural electrical arrangements for semiconductor devices not otherwise provided for, e.g. in combination with batteries
    • H01L23/62—Protection against overvoltage, e.g. fuses, shunts
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/02—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having potential barriers; including integrated passive circuit elements having potential barriers
    • H01L27/04—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having potential barriers; including integrated passive circuit elements having potential barriers the substrate being a semiconductor body
    • H01L27/06—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having potential barriers; including integrated passive circuit elements having potential barriers the substrate being a semiconductor body including a plurality of individual components in a non-repetitive configuration
    • H01L27/07—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having potential barriers; including integrated passive circuit elements having potential barriers the substrate being a semiconductor body including a plurality of individual components in a non-repetitive configuration the components having an active region in common
    • H01L27/0705—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having potential barriers; including integrated passive circuit elements having potential barriers the substrate being a semiconductor body including a plurality of individual components in a non-repetitive configuration the components having an active region in common comprising components of the field effect type
    • H01L27/0727—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having potential barriers; including integrated passive circuit elements having potential barriers the substrate being a semiconductor body including a plurality of individual components in a non-repetitive configuration the components having an active region in common comprising components of the field effect type in combination with diodes, or capacitors or resistors
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/02—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/12—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by the materials of which they are formed
    • H01L29/16—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by the materials of which they are formed including, apart from doping materials or other impurities, only elements of Group IV of the Periodic Table
    • H01L29/1608—Silicon carbide
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/02—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/12—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by the materials of which they are formed
    • H01L29/20—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by the materials of which they are formed including, apart from doping materials or other impurities, only AIIIBV compounds
    • H01L29/2003—Nitride compounds
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/66—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/68—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor controllable by only the electric current supplied, or only the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched
    • H01L29/76—Unipolar devices, e.g. field effect transistors
    • H01L29/772—Field effect transistors
    • H01L29/78—Field effect transistors with field effect produced by an insulated gate
    • H01L29/7801—DMOS transistors, i.e. MISFETs with a channel accommodating body or base region adjoining a drain drift region
    • H01L29/7802—Vertical DMOS transistors, i.e. VDMOS transistors
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/66—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/86—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor controllable only by variation of the electric current supplied, or only the electric potential applied, to one or more of the electrodes carrying the current to be rectified, amplified, oscillated or switched
    • H01L29/861—Diodes
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/66—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/86—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor controllable only by variation of the electric current supplied, or only the electric potential applied, to one or more of the electrodes carrying the current to be rectified, amplified, oscillated or switched
    • H01L29/861—Diodes
    • H01L29/872—Schottky diodes
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/0001—Technical content checked by a classifier
    • H01L2924/0002—Not covered by any one of groups H01L24/00, H01L24/00 and H01L2224/00
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/10—Details of semiconductor or other solid state devices to be connected
    • H01L2924/102—Material of the semiconductor or solid state bodies
    • H01L2924/1025—Semiconducting materials
    • H01L2924/1026—Compound semiconductors
    • H01L2924/1027—IV
    • H01L2924/10272—Silicon Carbide [SiC]
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/10—Details of semiconductor or other solid state devices to be connected
    • H01L2924/102—Material of the semiconductor or solid state bodies
    • H01L2924/1025—Semiconducting materials
    • H01L2924/1026—Compound semiconductors
    • H01L2924/1032—III-V
    • H01L2924/1033—Gallium nitride [GaN]
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/10—Details of semiconductor or other solid state devices to be connected
    • H01L2924/11—Device type
    • H01L2924/12—Passive devices, e.g. 2 terminal devices
    • H01L2924/1203—Rectifying Diode
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/10—Details of semiconductor or other solid state devices to be connected
    • H01L2924/11—Device type
    • H01L2924/13—Discrete devices, e.g. 3 terminal devices
    • H01L2924/1304—Transistor
    • H01L2924/1306—Field-effect transistor [FET]
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/10—Details of semiconductor or other solid state devices to be connected
    • H01L2924/11—Device type
    • H01L2924/13—Discrete devices, e.g. 3 terminal devices
    • H01L2924/1304—Transistor
    • H01L2924/1306—Field-effect transistor [FET]
    • H01L2924/13091—Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor [MOSFET]

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Metal-Oxide And Bipolar Metal-Oxide Semiconductor Integrated Circuits (AREA)
  • Electronic Switches (AREA)
  • Insulated Gate Type Field-Effect Transistor (AREA)
  • Photo Coupler, Interrupter, Optical-To-Optical Conversion Devices (AREA)
  • Junction Field-Effect Transistors (AREA)

Abstract

【課題】オン抵抗の増大を抑制し、信頼性の高い半導体装置を提供する。
【解決手段】ユニポーラ型の化合物半導体素子（３０ａ）と、この化合物半導体素子（３０ａ）に並列的に外部接続されたバイパス用半導体素子（４０ａ）とを具備し、バイパス用半導体素子（４０ａ）の通電開始電圧が化合物半導体素子（３０ａ）のソース・ドレイン方向の通電開始電圧よりも小さいことを特徴とする。
【選択図】図３

Description

本発明は、半導体装置およびこれを用いた半導体リレーに係り、特にＳｉＣなどの化合物半導体を用いた半導体装置およびこれを用いた半導体リレーに関するものである。
入力信号に基づいて発光する発光素子と、発光素子からの光信号を受光して起電力を発生する受光素子を備え、この起電力によって出力用ＭＯＳＦＥＴをオン／オフする光結合型の半導体リレーが知られている（例えば、特許文献１参照）。
半導体リレーは、オン抵抗が小さく、微小アナログ信号を制御することができ、小型であることから、種々の用途に用いられている。
図１１は、従来の半導体リレーの構成を示す図である。図１１における半導体リレーは、入力端子Ｔ１、Ｔ２からの入力信号に応答して光信号を生成するＬＥＤ等の発光素子１１０と、光信号を受光して起電力を発生するフォトダイオードアレイ１２１と、発生した起電力を充放電する充放電回路１２２とからなる光電変換部１２０と、充放電回路１２２からの電圧に対応して導通・遮断する２つの出力用のＭＯＳＦＥＴ１３１ａ、１３１ｂからなる出力素子１３０（１３０ａ、１３０ｂ）とで構成されている。
出力用のＭＯＳＦＥＴ１３０ａ、１３０ｂとしては、高耐圧でかつオン抵抗が小さいことから炭化珪素（ＳｉＣ）を材料としたＳｉＣ−ＭＯＳＦＥＴが注目されている。
この出力用のＭＯＳＦＥＴ１３０ａ、１３０ｂは、図１２に示す構造となっている。すなわち、ｎ型のＳｉＣ基板１上に形成されたｎ型エピタキシャル成長層２内にｐ型のウェル領域３を形成し、このｐ型のウェル領域３内にｎ型拡散層からなるソース領域４を形成したものである。そしてｐ型のウェル領域３表面に酸化シリコン層からなるゲート絶縁膜６を介してゲート電極７が形成され、ｐ型のウェル領域３の表面領域はチャネル領域を構成している。５はソース電極、９はドレイン電極である。なおここでｐ型のウェル領域３とエピタキシャル成長層２との間にはボディダイオード１３２ａ、１３２ｂが形成されている。Ｒｃｈはチャネル抵抗、Ｒｅｐｉはエピタキシャル成長層の抵抗、Ｒｓｕｂは基板抵抗である。
ここでドレイン側(＋)からソース側(―)に電圧印加の際、ゲート電極７への電圧印加の有無により、チャネルを通じてＭＯＳＦＥＴがターンオン乃至ターンオフする。しかし、ソース側(−)からドレイン側(＋)に電圧印加の際ボディダイオード１３２ａ（１３２ｂ）のｐｎ接合に順方向電圧が印加されることになり、ゲート電極７への所定の電圧印加の有無にかかわらず、ボディダイオード順方向に電流が流れることとなる。ＳｉＣのような化合物半導体の場合、ｐｎ接合ダイオードの順方向に流れる電流により結晶欠陥が拡張するという問題がある。オン抵抗Ｒｏｎは、エピタキシャル成長層の抵抗Ｒｅｐｉに加え基板抵抗Ｒｓｕｂを含むため、ＳｉＣ基板の場合、順方向に電流が流れると、結晶欠陥が拡張し、ＳｉＣＭＯＳＦＥＴのオン抵抗の増加を招くことになる。このため対策が必要であった。
ところで、直流を交流に変換するインバータや、交流を直流に変換するコンバータ等の電力変換装置においては、スイッチング素子が使用されている。このようなスイッチング素子として使用されるＦＥＴとして、ＳｉＣやＧａＮなどの化合物半導体で構成したものが提案されている。これらの化合物半導体は、バンドギャップエネルギーが大きく、しかも耐熱温度が高く高温動作に優れている。従って、これらの化合物半導体材料を使用した電界効果トランジスタは、素子の冷却に対するコストを低減することができ、また高耐圧化が可能となることから、電力変換装置などの電力用の半導体素子として使用されるようになってきている（特許文献２）。この特許文献２では、スイッチング素子としてのパワーＦＥＴの保護素子としてＧａＮ系ショットキーダイオードなどの保護素子を同一基板上に集積化して用いている。
また、窒化物系化合物半導体層を基板上に形成した電界効果トランジスタと、その保護素子としてのダイオードとを集積化して並列接続したものも提案されている（特許文献３）。窒化物系化合物半導体層の成膜時に形成された貫通転位に起因するリークを抑制し電力損失を低減するものである(段落００４４)。この例では、電界効果トランジスタにダイオードを形成することで、基板に対して垂直な方向に形成される貫通転位を避けて電流が流れるようにしている。
特開平８−２０４５３３号公報 特開２００３−２２９５６６号公報 特開２００７−２６６４７５号公報
上述したように、特許文献１のような半導体リレーの出力用スイッチング素子すなわち出力素子としてＳｉＣＭＯＳＦＥＴを用いた場合、結晶欠陥の拡張により、更なるオン抵抗の増大をまねくことがあった。
また、特許文献２，３については、窒化物系化合物半導体装置において窒化物系化合物半導体素子に保護素子を並列接続する例が示されているが、多数回にわたるＯＮ／ＯＦＦの繰り返しに起因する経時的変化については言及がない。またこれらはいずれも集積化されており、依然として窒化物系化合物半導体装置にも電流が流れることになる。このような窒化物系化合物半導体装置の場合、基板に対して垂直な方向に形成される貫通転位を避けて電流が流れるようにしているが、実際には高抵抗のエピタキシャル成長層を電流が流れることになり、消費電力は依然として大きく、十分な消費電力の低減は困難であるという問題がある。
また、保護素子を集積化しようとする場合、実際には、困難であり、特許文献２，３のように、基板の深い位置までコンタクト領域を形成しなければならなかったり、寄生素子の増大を招くことになる。さらにまた、実際には保護素子内の電界や通電時の電流による発熱の影響を受けることにもなる。
このような結晶欠陥の拡張は、程度の差はあるが、ＳｉＣＭＯＳＦＥＴだけでなく、ＧａＮ系のＦＥＴなど化合物半導体を用いて形成したＦＥＴには同様に生じる場合がある。
本発明は、前記実情に鑑みてなされたもので、オン抵抗の増大を抑制し、信頼性の高い半導体装置を提供することを目的とする。
そこで本発明の半導体装置は、ユニポーラ型の化合物半導体素子と、この化合物半導体素子に並列的に外部接続されたバイパス用半導体素子とを具備した半導体装置であって、バイパス用半導体素子の通電開始電圧が化合物半導体素子のソースからドレイン方向の通電開始電圧よりも小さいことを特徴とする。
また本発明は、上記半導体装置において、バイパス用の半導体素子がシリコンダイオードであり、化合物半導体素子のドレインにこのシリコンダイオードのカソードを接続するとともに、化合物半導体素子のソースにシリコンダイオードのアノードを接続したことを特徴とする。
また本発明は、上記半導体装置において、バイパス用の半導体素子がシリコンＭＯＳＦＥＴであり、化合物半導体素子のドレインにシリコンＭＯＳＦＥＴのドレインを接続するとともに、化合物半導体素子のソースにシリコンＭＯＳＦＥＴのソースを接続したことを特徴とする。
また本発明は、上記半導体装置において、前記バイパス用の半導体素子がシリコンカーバイドショットキーダイオードであり、前記化合物半導体素子のドレインにシリコンカーバイドショットキーダイオードのカソードを接続するとともに、前記化合物半導体素子のソースにシリコンカーバイドショットキーダイオードのアノードを接続したことを特徴とする。
また本発明は、上記半導体装置において、前記化合物半導体素子がシリコンカーバイド（ＳｉＣ)ＦＥＴ、あるいはガリウムナイトライド（ＧａＮ)ＦＥＴであることを特徴とする。
また本発明は、上記半導体装置において、前記化合物半導体素子のソースを共通に逆直列に接続されたことを特徴とする。
また本発明は、上記半導体装置において、入力信号により発光する発光素子と、その光を受けて発電するフォトダイオードアレイと、フォトダイオードアレイと並列に接続された充放電回路と、出力接点に相当する化合物半導体素子のゲート及びソースが前記フォトダイオードアレイの両端に接続されたことを特徴とする。
この構成によれば、並列にバイパス用半導体素子が外部接続されバイパス用半導体素子の通電開始電圧が化合物半導体素子のソースからドレイン方向の通電開始電圧よりも小さいため、化合物半導体素子のソースからドレインに電流が流れる前にバイパス用半導体素子がオンし、その結果、ボディダイオードであるｐｎ接合の通電による化合物半導体エピタキシャル層（あるいは基板）の結晶欠陥拡張を防ぐことができ、化合物半導体素子のオン抵抗増加を防止することができる。特に半導体リレーなどスイッチング回数の多いデバイスへの適用に際し、結晶欠陥の拡張を抑制することができる。
実施の形態１の半導体リレーを示す等価回路図 実施の形態１の半導体リレーで用いられる出力素子を示す等価回路図 （ａ）は実施の形態1のシリコンダイオードを外部接続した出力素子チップの接続例を示す説明図、（ｂ）は（ａ）の等価回路図 実施の形態１の半導体リレーを示す一部破断斜視図 実施の形態１の半導体リレーを示す断面概要図 実施の形態１の半導体リレーで用いられる出力素子の変形例を示す等価回路図 実施の形態２の半導体リレーで用いられる出力素子を示す等価回路図 実施の形態３の半導体リレーで用いられる出力素子を示す等価回路図 電圧と通電電流との関係を測定した結果を示す図 ブレークダウン電圧とクロスオーバー電流ＩCROSSとの関係を測定した結果を示す図 従来例の半導体リレーを示す等価回路図 従来例の半導体リレーで用いられるシリコンカーバイドＭＯＳＦＥＴチップの断面説明図
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しつつ詳細に説明する。
（実施の形態１）
実施の形態１の半導体リレーは、化合物半導体装置であるＳｉＣＭＯＳＦＥＴで構成される出力素子の保護素子として、シリコンダイオードを外部接続した出力素子を用いたことを特徴とするものである。そして、本実施の形態の半導体リレーは、入力信号により発光する発光素子と、その光を受けて発電するフォトダイオードアレイと、前記フォトダイオードアレイと並列に接続された充放電回路と、出力接点に相当する化合物半導体素子のゲート及びソースが前記フォトダイオードアレイの両端に接続されている。
すなわち図１にこの半導体リレーの等価回路図、図２に出力素子の等価回路図、図３に出力素子の素子構成を示す。図３（ａ）は実施の形態１のシリコンダイオードを外部接続した出力素子チップの接続例を示す説明図、図３（ｂ）は図３（ａ）の等価回路図である。このように、出力素子３０（３０ａ、３０ｂ）を構成するＳｉＣＭＯＳＦＥＴ３１ａおよび３１ｂのドレインＤに、それぞれバイパス用のシリコンダイオード４０ａおよび４０ｂのカソードＫを接続するとともに、ＳｉＣＭＯＳＦＥＴのソースＳにシリコン（Ｓｉ）ダイオードのアノードＡを接続したものを逆直列となるように接続している。なおここでＳｉＣＭＯＳＦＥＴ３１ａおよび３１ｂにはそれぞれバイパス用のシリコンダイオード４０ａおよび４０ｂを配線Ｌによって並列接続するように形成されている。ここではＳｉＣＭＯＳＦＥＴ３１ａおよびシリコンダイオード４０ａの１ユニットのみを図示したが、同様のユニットが図１に示したように２つ配設されている。なおここでＳｉＣＭＯＳＦＥＴ３１ａおよび３１ｂにはそれぞれＳｉＣボディダイオード３２ａ、３２ｂが並列接続するように内蔵されている。
本実施の形態の半導体リレーは、図１に示すように、発光素子１０と光電変換装置２０と、出力素子３０（３０ａ、３０ｂ）とで構成されている。発光素子１０は第１の入力端子Ｔ１と第２の入力端子Ｔ２を有するＬＥＤで構成される。そして光電変換装置２０は、発光素子１０の発光に応じて起電力を発生し電圧を出力するフォトダイオードアレイ２１と、フォトダイオードアレイ２１の出力電圧を充放電する充放電回路２２とから構成される。そして、出力素子３０はフォトダイオードアレイ２１の出力電圧をゲートに印加することによってオン／オフされる。ここで出力素子３０はドレインとソースの間がオン、オフされる２つの出力素子としてのＳｉＣＭＯＳＦＥＴ３１ａ、３１ｂで構成され、ＳｉＣＭＯＳＦＥＴ３１ａ、３１ｂにそれぞれＳｉダイオード４０ａ、４０ｂからなる保護素子が並列接続されている。ここでＳｉＣボディダイオード３２a、３２ｂは内蔵ダイオードであり、図３（ａ）に示すようにｐ型のウェル領域３とエピタキシャル成長層２との間に形成されるｐｎ接合ダイオードである。
この出力素子３０（３０ａ、３０ｂ）は、図３（ａ）で左側に示すように、それぞれ所望の濃度のｎ型ＳｉＣ基板１の表面にエピタキシャル成長によって形成されたｎ型エピタキシャル成長層２と、このｎ型エピタキシャル成長層２内に形成されたｐ型のウェル領域３を形成してなるものである。またこのｐ型のウェル領域３内には第１導電型の不純物領域としてｎ型領域であるソース領域４が形成されている。そしてこの上層にゲート絶縁膜６を介してゲート電極７が形成されている。このゲート電極７は隣接するｐ型のウェル領域３間にまたがるように形成されており、ｐ型のウェル領域３の表面におけるチャネルの形成を制御している。さらにこの上層に絶縁膜８としての酸化シリコン膜を介してソース電極５が形成されている。この絶縁膜８は、ゲート電極７を覆うだけでなく、ソース領域４とのコンタクト領域を除く基板表面全体を被覆している。またｎ型ＳｉＣ基板１の裏面側すなわち第２の面側にはドレイン電極９が形成されている。Ｐは基板表面を覆うポリイミド膜等からなる保護膜である。
２つのＳｉＣＭＯＳＦＥＴ３１ａ、３１ｂは、それぞれのゲートＧがフォトダイオードアレイ２１のアノード端子に接続され、それぞれのソースが互いに逆直列に接続された上でフォトダイオードアレイ２１のカソード端子に接続される。また、ＳｉＣＭＯＳＦＥＴ３１ａのドレインは第１の出力端子Ｔ３に接続され、ＳｉＣＭＯＳＦＥＴ３１ｂのドレインが第２の出力端子Ｔ４に接続されている。
また図４、５に一部破断斜視図および断面概要図の一例を示す。この半導体リレーは、リードフレーム１５上に、入力信号によって点灯・消灯する発光素子（ＬＥＤ）１０と、この発光素子１０からの光信号を受け、光電変換によって起電力を発生するフォトダイオードアレイ２１と、このフォトダイオードアレイ２１の発生する電力にもとづいて充放電する充放電回路２２を含む光電変換装置２０と、この光電変換装置２０から出力電圧の供給を受ける、ＳｉＣＭＯＳＦＥＴ３１ａ、３１ｂ(およびＳｉＣボディダイオード３２ａ、３２ｂ)からなる出力素子３０とが実装されており、ＳｉＣＭＯＳＦＥＴのゲート電圧が設定電圧値に到達するとＳｉＣＭＯＳＦＥＴが導通状態になり、負荷をＯＮさせるように構成されている。ここでＴ１、Ｔ２は入力端子、Ｔ３、Ｔ４は出力端子、１００は樹脂パッケージである。図５に示すように発光素子１０からの光がフォトダイオードアレイ２１に到達するように、発光素子１０と光電変換装置２０とは相対向して実装される。
次に、このように構成された実施の形態１に係る半導体リレーの動作について説明する。
発光素子１０は、第１及び第２の入力端子Ｔ１、Ｔ２から入力信号が入力されることによって発光し、光信号を生成する。フォトダイオードアレイ２１は、発光素子１０の光信号を受光してその両端で起電力を発生し、電圧を出力する。
充放電回路２２は、フォトダイオードアレイ２１の出力電圧を充放電し、出力素子３０（３０ａ、３０ｂ）を構成するＳｉＣＭＯＳＦＥＴ３１ａ、３１ｂのゲートに電圧を印加する。そして、ＳｉＣＭＯＳＦＥＴ３１ａ、３１ｂのゲートに印加されるフォトダイオードアレイ２１の出力電圧がしきい値電圧Ｖｔｈよりも大きくなると、ＳｉＣＭＯＳＦＥＴ３１ａ、３１ｂのドレイン・ソース間がオンになり、第１及び第２の出力端子Ｔ３、Ｔ４の間が導通して、リレーが閉じられる。
一方、第１及び第２の入力端子Ｔ１、Ｔ２において入力信号がオフになると、光電変換装置２０からの出力電圧がなくなり、出力素子３０ａ、３０ｂを構成するＳｉＣＭＯＳＦＥＴ３１ａ、３１ｂのドレイン・ソース間がオフとなって、第１及び第２の出力端子Ｔ３、Ｔ４の間が遮断し、リレーが開放される。
実施の形態１の半導体リレーに用いられる、出力素子３０を構成する半導体素子がＳｉＣＭＯＳＦＥＴを逆直列接続してなり、各ＳｉＣＭＯＳＦＥＴにシリコンダイオード４０ａ、４０ｂのチップがリードフレーム１５を介して外部接続されているため、パッケージ１００内部でＳｉＣＭＯＳＦＥＴ内の寄生素子（ボディダイオード）の動作を抑制しつつ、バイパス素子が接続される。ＳｉＣボディダイオード３２であるＳｉＣｐｎダイオードの順方向降下電圧Ｖｆ（約３Ｖ）はシリコンダイオードのＶｆ（約０．６Ｖ）より大きいため、ソース側（＋）からドレイン側（−）に電圧印加を行うと、シリコンダイオードがなければＳｉＣｐｎダイオード(ＳｉＣボディダイオード３２ａ、３２ｂ)に流れていた電流はシリコンダイオード４０ａ、４０ｂにバイパスされることになる。その結果、 ＳｉＣボディｐｎダイオード通電によるＳｉＣウエハ表面のエピタキシャル成長層（あるいは基板）の結晶欠陥拡張を防ぐことができ、ＳｉＣＭＯＳＦＥＴのオン抵抗増加を防止することができる。このような繰り返し使用に際しても、リレー出力接点の信頼性を維持することが可能となる。
またＳｉＣＭＯＳＦＥＴ３１ａ、３１ｂがＧａＮＦＥＴである場合においても、ＧａＮＦＥＴ３１ａへの印加電圧が瞬間的にその耐圧以上となったとき、ＧａＮＦＥＴ３１ｂにも電圧が印加されてしまう。ここでシリコンダイオード４０ｂが接続されていなければ、ＧａＮＦＥＴ３１ｂのソース−ドレイン間に電圧が印加される。ここで、ソース−ゲート間は距離が近いため、短絡しやすいという問題が生じることもあった。しかし本実施の形態の出力素子３０によれば、シリコンダイオードをＧａＮＦＥＴの保護素子として並列接続しているため、シリコンダイオードに電流が流れ、ソース−ゲート間の短絡をも防ぐことが可能となる。
上述したように、このＳｉＣＭＯＳＦＥＴ３１ａ、３１ｂには保護素子４０ａ、４０ｂが接続されているため、繰り返しボディダイオード通電による結晶欠陥の拡張を抑制し、出力素子として、信頼性向上が可能となるという効果に加え、この半導体リレーは以下のような特徴がある。
１）保護素子として外部接続のシリコンダイオードを用いるため、簡単な構成で信頼性の高い半導体装置製造が容易で光結合を用いているため、入出力間が電気的に完全に分離できる。
２）負荷側のスイッチとして電力用のＳｉＣＭＯＳＦＥＴを用いているので、チャタリングや機械的ノイズが発生しない。ＯＮ状態で直線性が高いため、アナログ信号の制御が可能である。
３）出力回路がＦＥＴを逆直列で構成されているため、交流・直流の両用に適用可能である。
なお前記実施の形態では出力素子として、２個のＳｉＣＭＯＳＦＥＴ３１ａ、３１ｂを逆接続したものを用いたが、図６に示すように１個のＳｉＣＭＯＳＦＥＴ３１からなる出力素子３０を用い、これに１個のＳｉダイオード４０を並列接続したものを用いてもよい。
（実施の形態２）
本実施の形態２の半導体装置として、図７に示すように、保護素子５０を構成するバイパス用の半導体素子がＳｉＭＯＳＦＥＴ５１で構成されており、出力素子３０のＳｉＣＭＯＳＦＥＴ３１のドレインにＳｉＭＯＳＦＥＴ５１のドレインを接続するとともに、ＳｉＣＭＯＳＦＥＴ３１のソースにＳｉＭＯＳＦＥＴ５１のソースを接続したことを特徴とする。
この構成によっても、ソース→ドレイン方向に並列に接続されることになるＳｉＣｐｎ（ボディ）ダイオード３２とＳｉＭＯＳＦＥＴ５１のボディダイオード５２とを比較すると、ＳｉＣｐｎ（ボディ）ダイオード３２の順方向降下電圧Ｖｆ（約３Ｖ）＞ＳｉＭＯＳＦＥＴ５１のボディダイオード５２のＶｆ（約０．６Ｖ）である。
従って、ソース側（＋）→ドレイン側（−）と電圧印加の際、シリコンダイオード５２がなければＳｉＣｐｎ(ボディ)ダイオード３２に流れていた電流は、ＳｉＭＯＳＦＥＴ５１のボディダイオード５２にバイパスされることになる。
その結果、ＳｉＣｐｎ(ボディ)ダイオード通電によるＳｉＣエピタキシャル成長層および基板の結晶欠陥拡張を防ぐことができ、ＳｉＣＭＯＳＦＥＴのオン抵抗増加を防止できる。
（実施の形態３）
本実施の形態３の半導体装置として、図８に示すように、保護素子を構成するバイパス用の半導体素子がシリコンカーバイド（ＳｉＣ）ショットキーダイオード６０であり、ＳｉＣＭＯＳＦＥＴ３１のドレインにＳｉＣショットキーダイオード６０のカソードを接続するとともに、ＳｉＣＭＯＳＦＥＴ３１のソースにＳｉＣショットキーダイオード６０のアノードを接続したことを特徴とする。
ソース→ドレイン方向に並列に接続されることになるＳｉＣｐｎ（ボディ）ダイオード３２とＳｉＣショットキーダイオード６０において、電圧と通電電流との関係を測定した結果を図９に示す。通電電流がＩCROSS以下の時、図９に示すようにＳｉＣｐｎ（ボディ）ダイオード３２(曲線ａ)の順方向降下電圧Ｖｆ＞ＳｉＣショットキーダイオード６０(曲線ｂ)のＶｆとなる。またブレークダウン電圧とクロスオーバー電流ＩCROSSとの関係を測定した結果を図１０に示す。図１０に示すように同じ印加電圧においてＳｉＣｐｎダイオードの通電電流の方が大きくなる領域Ｒ１とＳｉＣショットキーダイオードの通電電流の方が大きくなる領域Ｒ２とがあることがわかる。
従って、通電電流がＩCROSS以下であれば、ソース側（＋）→ドレイン側（−）と電圧印加の際、ＳｉＣショットキダイオード６０がなければＳｉＣｐｎ（ボディ）ダイオード３２に流れていた電流はＳｉＣショットキーダイオード６０にバイパスされることになる。
その結果、 ＳｉＣｐｎダイオード通電によるＳｉＣエピタキシャル層（あるいは基板）の結晶欠陥拡張を防ぐことができ、ＳｉＣＦＥＴのオン抵抗増加を防止できる。
また、前記実施の形態１および２のＳｉダイオード、ＳｉＭＯＳＦＥＴに比べ、ＳｉＣは高温に強い特性も生かすことができる。
なお、実施の形態１乃至３ではＳｉＣＭＯＳＦＥＴである場合について説明したが、ガリウムナイトライド（ＧａＮ）系ＦＥＴなど、他の化合物半導体で構成したＦＥＴにも適用可能である。
これによりＧａＮＦＥＴのゲート破壊も防止できる。一般的にゲート−ドレイン間についての耐圧対策は施されているが、ゲート−ソース間は耐圧が低いため、ソース−ドレイン間への電圧印加には弱いという課題があったのに対し、本実施の形態によればゲート破壊防止を図ることができる。
また、化合物半導体素子のソースを共通に逆直列に接続することで、瞬間的に一方のＧａＮ系ＭＯＳＦＥＴに耐圧を越えた電圧が印加されたとき、他方のＧａＮ系ＭＯＳＦＥＴにも電圧が印加され、保護素子であるダイオードがなければソース・ゲート間の耐圧を越えてしまうことがあったが、本発明のようにバイパス用の保護素子を外部接続することで破壊を防止することができる。
また、本発明は、ＳｉＣＭＯＳＦＥＴあるいはＧａＮＭＯＳＦＥＴなどのＦＥＴに限定されることなく、化合物半導体を用いたショットキーゲートＦＥＴなど、化合物半導体を用いたＦＥＴに適用可能である。
１ 基板
２ エピタキシャル成長層
３、３ｓ ｐ型のウェル領域
４ ソース領域
５ ソース電極
６ ゲート絶縁膜
７ ゲート電極
８ 層間絶縁膜
９ ドレイン電極
Ｔ１、Ｔ２ 入力端子
Ｔ３、Ｔ４ 出力端子
１０ 発光素子
１５ リードフレーム
２０ 光電変換装置
２１ フォトダイオードアレイ
２２ 充放電回路
３０、３０ａ、３０ｂ 出力素子
３１、３１ａ、３１ｂ ＳｉＣＭＯＳＦＥＴ
３２、３２ａ、３２ｂ ＳｉＣボディダイオード(内蔵)
４０、４０ａ、４０ｂ Ｓｉダイオード(保護素子)
５０ 保護素子
５１ ＳｉＭＯＳＦＥＴ
５２ ボディダイオード(内蔵)
６０ シリコンカーバイド（ＳｉＣ）ショットキーダイオード
１００ パッケージ

Claims (7)

  1. ユニポーラ型の化合物半導体素子と、前記化合物半導体素子に並列的に外部接続されたバイパス用半導体素子とを具備し、
    前記バイパス用半導体素子の通電開始電圧が前記化合物半導体素子のソースからドレイン方向の通電開始電圧よりも小さい半導体装置。
  2. 請求項１に記載の半導体装置であって、
    前記バイパス用の半導体素子がシリコンダイオードであり、
    前記化合物半導体素子のドレインに前記シリコンダイオードのカソードを接続するとともに、
    前記化合物半導体素子のソースに前記シリコンダイオードのアノードを接続した半導体装置。
  3. 請求項１に記載の半導体装置であって、
    前記バイパス用の半導体素子がシリコン電界効果トランジスタ（ＳｉＭＯＳＦＥＴ）であり、
    前記化合物半導体素子のドレインにＳｉＭＯＳＦＥＴのドレインを接続するとともに、
    前記化合物半導体素子のソースにＳｉＭＯＳＦＥＴのソースを接続した半導体装置。
  4. 請求項１に記載の半導体装置であって、
    前記バイパス用の半導体素子がシリコンカーバイド（ＳｉＣ）ショットキーダイオードであり、
    前記化合物半導体素子のドレインにＳｉＣショットキーダイオードのカソードを接続するとともに、
    前記化合物半導体素子のソースにＳｉＣショットキーダイオードのアノードを接続した半導体装置。
  5. 請求項１乃至４のいずれか１項に記載の半導体装置であって、
    前記化合物半導体素子がシリコンカーバイド電界効果トランジスタ（ＳｉＣＦＥＴ）、あるいはガリウムナイトライド電界効果トランジスタ（ＧａＮＦＥＴ)である半導体装置。
  6. 請求項１乃至５のいずれか１項に記載の半導体装置であって、
    前記化合物半導体素子のソースを共通に逆直列に接続された半導体装置。
  7. 請求項１乃至６のいずれか１項に記載の半導体装置を複数個と、
    入力信号により発光する発光素子と、その光を受けて発電するフォトダイオードアレイと、
    前記フォトダイオードアレイと並列に接続された充放電回路と、
    前記出力接点に相当する化合物半導体素子のゲート及びソースが前記フォトダイオードアレイの両端に接続された半導体リレー。
JP2010128095A 2010-06-03 2010-06-03 半導体装置およびこれを用いた半導体リレー Active JP5756911B2 (ja)

Priority Applications (5)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2010128095A JP5756911B2 (ja) 2010-06-03 2010-06-03 半導体装置およびこれを用いた半導体リレー
DE112011101875.4T DE112011101875B4 (de) 2010-06-03 2011-02-23 Halbleiteranordnung und Festkörperrelais, das diese verwendet
PCT/IB2011/000361 WO2011151682A2 (ja) 2010-06-03 2011-02-23 半導体装置およびこれを用いた半導体リレー
US13/700,331 US8803161B2 (en) 2010-06-03 2011-02-23 Semiconductor device and solid state relay using same
CN201180027218.0A CN102918769B (zh) 2010-06-03 2011-02-23 半导体装置和使用该半导体装置的半导体继电器

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2010128095A JP5756911B2 (ja) 2010-06-03 2010-06-03 半導体装置およびこれを用いた半導体リレー

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2011254013A true JP2011254013A (ja) 2011-12-15
JP5756911B2 JP5756911B2 (ja) 2015-07-29

Family

ID=45067140

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2010128095A Active JP5756911B2 (ja) 2010-06-03 2010-06-03 半導体装置およびこれを用いた半導体リレー

Country Status (5)

Country Link
US (1) US8803161B2 (ja)
JP (1) JP5756911B2 (ja)
CN (1) CN102918769B (ja)
DE (1) DE112011101875B4 (ja)
WO (1) WO2011151682A2 (ja)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2011254012A (ja) * 2010-06-03 2011-12-15 Panasonic Electric Works Co Ltd 半導体装置およびこれを用いた半導体リレー
JP2015056504A (ja) * 2013-09-11 2015-03-23 株式会社東芝 光結合装置および発光素子
JP5791830B2 (ja) * 2012-12-20 2015-10-07 三菱電機株式会社 炭化珪素半導体装置の製造方法

Families Citing this family (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8963338B2 (en) * 2011-03-02 2015-02-24 International Rectifier Corporation III-nitride transistor stacked with diode in a package
JP6246979B1 (ja) 2016-09-16 2017-12-13 新電元工業株式会社 Ｍｏｓｆｅｔ及び電力変換回路
CN106298761A (zh) * 2016-09-24 2017-01-04 苏州捷研芯纳米科技有限公司 光电传感器封装件、半成品及批量封装方法
US10651240B2 (en) * 2017-10-11 2020-05-12 Michael Bardash Solid state tissue equivalent detector with gate electrodes
IT201800004752A1 (it) 2018-04-20 2019-10-20 Dispositivo elettronico con elemento di protezione da cortocircuiti, metodo di fabbricazione e metodo di progettazione
US10679984B2 (en) 2018-07-10 2020-06-09 Sanken Electric Co., Ltd. Semiconductor device and method for forming the semiconductor device
CN113497613A (zh) 2020-04-03 2021-10-12 台达电子企业管理（上海）有限公司 复合开关电路结构
CN113556029B (zh) 2020-04-23 2023-02-28 台达电子企业管理（上海）有限公司 飞跨电容多电平端口失压保护电路
CN116827322A (zh) * 2022-03-21 2023-09-29 苏州东微半导体股份有限公司 半导体功率器件

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH02912Y2 (ja) * 1983-03-30 1990-01-10
JPH03209776A (ja) * 1990-01-11 1991-09-12 Matsushita Electron Corp 半導体素子
JP2004281171A (ja) * 2003-03-14 2004-10-07 Furukawa Electric Co Ltd:The ランプ制御システム
JP2007135081A (ja) * 2005-11-11 2007-05-31 Matsushita Electric Works Ltd 半導体リレー装置
WO2009116273A1 (ja) * 2008-03-19 2009-09-24 三菱電機株式会社 電力変換装置
JP2011254012A (ja) * 2010-06-03 2011-12-15 Panasonic Electric Works Co Ltd 半導体装置およびこれを用いた半導体リレー
JP2012533881A (ja) * 2009-07-15 2012-12-27 クリー インコーポレイテッド アバランシェ機能を有する高降伏電圧広バンドギャップｍｏｓゲートバイポーラ接合トランジスタ

Family Cites Families (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4841166A (en) * 1987-07-17 1989-06-20 Siliconix Incorporated Limiting shoot-through current in a power MOSFET half-bridge during intrinsic diode recovery
JPH02912A (ja) 1988-03-30 1990-01-05 Ricoh Co Ltd 液晶表示装置
GB2257830B (en) * 1991-07-12 1995-04-05 Matsushita Electric Works Ltd Low output-capacity, double-diffused field effect transistor
JPH08204553A (ja) 1995-01-24 1996-08-09 Nec Eng Ltd 異常クロック検出回路
JPH08204533A (ja) 1995-01-30 1996-08-09 Nec Corp 半導体リレー
US5998227A (en) * 1996-02-01 1999-12-07 International Rectifier Corporation IGBT and free-wheeling diode combination
US6768146B2 (en) 2001-11-27 2004-07-27 The Furukawa Electric Co., Ltd. III-V nitride semiconductor device, and protection element and power conversion apparatus using the same
JP4177048B2 (ja) 2001-11-27 2008-11-05 古河電気工業株式会社 電力変換装置及びそれに用いるＧａＮ系半導体装置
DE10204882A1 (de) * 2002-02-06 2003-08-14 Compact Dynamics Gmbh Halbbrückenschaltung
DE10326321A1 (de) * 2003-06-11 2005-01-13 Compact Dynamics Gmbh Elektronische Baugruppe zum Schalten elektrischer Leistung
US7112853B2 (en) * 2003-12-17 2006-09-26 Broadcom Corporation System for ESD protection with extra headroom in relatively low supply voltage integrated circuits
JP4585772B2 (ja) * 2004-02-06 2010-11-24 関西電力株式会社 高耐圧ワイドギャップ半導体装置及び電力装置
JP5052807B2 (ja) 2006-03-29 2012-10-17 古河電気工業株式会社 半導体装置及び電力変換装置
US7554188B2 (en) * 2006-04-13 2009-06-30 International Rectifier Corporation Low inductance bond-wireless co-package for high power density devices, especially for IGBTs and diodes
US8054660B2 (en) * 2008-05-19 2011-11-08 GM Global Technology Operations LLC Inverter module with thermally separated semiconductor devices

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH02912Y2 (ja) * 1983-03-30 1990-01-10
JPH03209776A (ja) * 1990-01-11 1991-09-12 Matsushita Electron Corp 半導体素子
JP2004281171A (ja) * 2003-03-14 2004-10-07 Furukawa Electric Co Ltd:The ランプ制御システム
JP2007135081A (ja) * 2005-11-11 2007-05-31 Matsushita Electric Works Ltd 半導体リレー装置
WO2009116273A1 (ja) * 2008-03-19 2009-09-24 三菱電機株式会社 電力変換装置
JP2012533881A (ja) * 2009-07-15 2012-12-27 クリー インコーポレイテッド アバランシェ機能を有する高降伏電圧広バンドギャップｍｏｓゲートバイポーラ接合トランジスタ
JP2011254012A (ja) * 2010-06-03 2011-12-15 Panasonic Electric Works Co Ltd 半導体装置およびこれを用いた半導体リレー

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2011254012A (ja) * 2010-06-03 2011-12-15 Panasonic Electric Works Co Ltd 半導体装置およびこれを用いた半導体リレー
JP5791830B2 (ja) * 2012-12-20 2015-10-07 三菱電機株式会社 炭化珪素半導体装置の製造方法
JP2015056504A (ja) * 2013-09-11 2015-03-23 株式会社東芝 光結合装置および発光素子
US9425350B2 (en) 2013-09-11 2016-08-23 Kabushiki Kaisha Toshiba Photocoupler and light emitting element

Also Published As

Publication number Publication date
DE112011101875B4 (de) 2016-11-03
JP5756911B2 (ja) 2015-07-29
CN102918769B (zh) 2016-02-03
WO2011151682A3 (ja) 2012-01-26
US8803161B2 (en) 2014-08-12
US20130069082A1 (en) 2013-03-21
DE112011101875T5 (de) 2013-04-18
WO2011151682A2 (ja) 2011-12-08
CN102918769A (zh) 2013-02-06

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5756911B2 (ja) 半導体装置およびこれを用いた半導体リレー
US8248042B2 (en) Power converter
US9721944B2 (en) Hybrid wide-bandgap semiconductor bipolar switches
US10141302B2 (en) High current, low switching loss SiC power module
US8526207B2 (en) Bi-directional switch, alternating-current two-wire switch, switching power source circuit, and method of driving bi-directional switch
USRE45989E1 (en) Semiconductor device and method for driving the same
TWI499058B (zh) 氮化鎵二極體及積體組件
JP4645313B2 (ja) 半導体装置
US9496364B2 (en) Field effect semiconductor component and methods for operating and producing it
US9310819B2 (en) Power converter including integrated driver providing overcurrent protection
US20130335134A1 (en) Semiconductor device and system using the same
JP6238860B2 (ja) 電力用スイッチングデバイス駆動回路
JP2008153748A (ja) 双方向スイッチ及び双方向スイッチの駆動方法
US9184230B2 (en) Silicon carbide vertical field effect transistor
JP2012533965A (ja) 高速整流回路
JP2013041986A (ja) ＧａＮ系半導体装置
WO2009153965A1 (ja) 双方向スイッチのゲート駆動方法およびそれを用いた電力変換装置
US8947154B1 (en) Method and system for operating gallium nitride electronics
US20170256538A1 (en) Hybrid structure with separate controls
JP6038745B2 (ja) ダイオード回路およびｄｃ−ｄｃコンバータ
US20150115324A1 (en) Switching Circuit
US9705488B2 (en) Semiconductor device
US8232580B2 (en) Semiconductor device
JP2013219306A (ja) 半導体ダイオード装置
JP6884186B2 (ja) 双方向スイッチ

Legal Events

Date Code Title Description
A711 Notification of change in applicant

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A712

Effective date: 20120116

A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20130409

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20140415

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20140610

A711 Notification of change in applicant

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A711

Effective date: 20141007

TRDD Decision of grant or rejection written
RD02 Notification of acceptance of power of attorney

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7422

Effective date: 20150119

A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20150120

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20150216

R151 Written notification of patent or utility model registration

Ref document number: 5756911

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R151