[发明专利]半导体器件和使用该半导体器件的系统

说明书

本发明提供一种半导体器件及使用该半导体器件的系统，具有常通型的SiCJFET和常断型的Si型MOSFET。常通型的SiCJFET和常断型的Si型MOSFET级联连接，构成开关电路。根据一个输入信号，常通型的SiCJFET和常断型的Si型MOSFET被控制成具有两个晶体管都设置为截止状态的期间。利用本发明，能够防止级联连接的常通型的JFET和常断型的MOSFET的半导体器件存在因误传导等而被击穿。

（相关申请的交叉引用）

2012年6月18日提交的日本专利申请2012-136591的公开内容，包括说明书、附图和摘要，通过引用而将其全部结合到本申请中。

技术领域

本发明涉及半导体器件和可以应用于例如功率半导体器件和使用该半导体器件的系统的技术。

背景技术

在保护地球环境这样的大的社会运动下，降低对环境造成的负担的电子工业的重要性增加。尤其是，功率半导体器件（以下也称为功率器件）在火车、混合动力汽车、电动车的变换器装置、空调的变换器装置、个人计算机等的民用机器的电源系统等中使用。功率器件的性能改善对于基础设施、民用设备的电力效率改善贡献很大。电力效率改善就是指能够减少系统工作所需的能源，换言之，可以减少二氧化碳的排放，即，减轻对环境造成的负担。因此，各公司都在积极地开展致力于改善功率器件的性能的研究和开发。

功率器件，与通常的半导体集成电路（以下也称为器件）同样地，经常用硅作为材料而形成。在使用以硅（以下也称为Si）为材料的功率器件的电力转换装置（如变换器装置）中，为了降低该变换器装置等中产生的能源损失，积极开发了优化二极管、开关元件的元件结构、杂质浓度的分布，从而实现了低的导通电阻和高的电流密度。而且，近年来，作为功率器件用的材料，作为比硅带隙大的（以下也称为宽带隙）材料的化合物半导体，如碳化硅（SiC）、氮化镓（GaN），引人注目。该化合物半导体带隙大，击穿耐压高出硅的10倍左右。因此，化合物半导体类的半导体器件可以具有比Si器件薄的膜厚，并且可以大幅度降低开关元件的导通电阻值（Ron）。其结果，可以降低用电阻值（Ron）和导通电流（i）的积表示的所谓导通损失（Ron×i×i），大大帮助了电力效率的改善。着眼于这样的特点，国内外都在积极开展用化合物半导体作为材料的二极管、开关元件的开发很活跃。

当着眼于开关器件时，作为用SiC作为材料的化合物半导体的结型FET（以下称为JFET）很快实现了产品的商业化。与MOSFET比较，JFET由于无需氧化膜，所以几乎没有氧化膜与SiC的界面处的缺陷及相伴的元件特性劣化的问题。而且，在JFET中，由于可以通过控制PN结中形成的耗尽层的延伸来控制JFET的导通和截止，所以也容易分别制作常断型的元件和常通型的元件。这样一来，如果与MOSFET比较，则JFET具有长期可靠性优良，作为元件容易制造的特征。

但是，常断型的JFET具有以下那样的问题。JFET的栅极区域和源极区域分别是具有P型传导和N型传导的半导体区域，并且具有所谓的PN结二极管结构。所以，当栅极与源极之间的电压到达3V左右时，栅极与源极之间的寄生二极管变成导通状态。其结果，栅极与源极之间可能会流动大电流，JFET可能会过度发热而导致击穿。因此，在JFET用作常断型的开关元件时，希望通过把栅极与源极之间的电压限制到2.5V左右的低电压，使JFET保持在寄生二极管不被激活成导通状态的状态或者栅极与源极之间流动的二极管电流充分小的状态，来利用JFET。

在由硅制成的通常的MOSFET中，通过施加0V到15V或者20V左右的栅极电压，把常断型的MOSFET设置为导通状态。因此为了取代常断型的MOSFET而利用常断型的JFET，必须在现有的MOSFET的栅极驱动电路上，追加把15V或者20V左右的栅极电压转换成2.5V左右的电压的降压电路（例如DC/DC变换器）或电平转换电路等。用于该目的的设计变更和部件追加会提高整个系统的成本。这样一来，尽管JFET具有长期可靠性优良和容易制作的特点，但由于栅极的驱动电压与一般的MOSFET大大不同，所以产生必须进行驱动电路的大的设计变更、整个系统的成本提高的问题。