[发明专利]半导体装置

说明书

本公开基于2012年8月30日提出的日本专利申请2012－190065号及2012年11月27日提出的日本专利申请2012－258499号主张优先权，这里引用其记载内容。

技术领域

本公开涉及提高了过电压耐量的半导体装置。

背景技术

不仅是线圈等电感元件，即使是电阻负载，因配线电感等的存在而具有感应性的情况也较多。在晶体管对这样的具有感应性的负载进行驱动的情况下，在关断(turn off)时产生逆电动势。在负载驱动电路、开关电源电路、倒相器(inverter)电路等中，为了防止逆电动势的发生，与晶体管或负载并联地设有续流用的二极管。但是，即使是该情况也发生伴随着开关的浪涌电压，所以需要保护晶体管不受浪涌电压影响的手段。

在专利文献1中，公开了一种在MOSFET的栅极漏极间连接齐纳二极管群、如果在漏极上被施加浪涌电压则齐纳二极管群击穿的保护电路。为了抑制因击穿带来的栅极电压的上升，在MOSFET的栅极源极间也连接着齐纳二极管群。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2000－77537号公报

如果如上述的保护电路那样在栅极漏极间及栅极源极间连接齐纳二极管，则栅极被附加寄生电容而开关速度下降。具有AlGaN/GaN结的半导体器件(以下称作GaN－HEMT)与以往的Si器件相比导通电阻显著降低，电流切断特性良好，所以被期待作为下一代功率器件应用于上述各种电路。

但是，直流传递电导gm高的GaN－HEMT由于器件自身具有的栅电容较小(例如以往元件的1/4左右)，所以与以往的半导体元件相比更容易受到寄生电容的影响。GaN－HEMT由于栅极阈值低(例如2V左右)、栅极耐压也低(例如5V左右)，所以也难以采取提高栅极电压来改善开关速度那样的手段。

此外，以往的Si器件、例如MOS晶体管由于具有雪崩耐量，所以即使在漏极源极间施加超过耐压的电压，在达到某个一定的能量之前也不会发生故障。相对于此，GaN－HEMT由于没有雪崩耐量，所以即使超过耐压很小也不行。

发明内容

本公开是鉴于上述情况而做出的，其目的是提供一种能够将栅极的寄生电容抑制得较低而在保持着高速开关性能的状态下提高对于浪涌电压的耐量的半导体装置。

用于解决课题的手段

有关本公开的第1技术方案的半导体装置，具备对于根据在栅极端子与第1端子之间施加的栅极电压使第2端子与第1端子之间的导通状态变化的开关元件附加了电压检测电路、开关电路及控制电路的结构。这里，第1端子相当于源极或发射极，第2端子相当于漏极或集电极，开关元件是GaN－HEMT、MOSFET、IGBT等。

电压检测电路输出与施加在开关元件的第2端子与第1端子之间的电压对应的检测电压。开关电路串联设置于与开关元件的栅极端子相连的栅极驱动线，根据控制信号切换为高阻抗状态或低阻抗状态。当检测电压成为阈值电压以下，则控制电路输出将开关电路切换为低阻抗状态的控制信号。由此，驱动信号经由开关电路被提供给栅极端子，开关元件按照驱动信号进行ON/OFF动作。

另一方面，当通过浪涌电压的发生等而检测电压超过阈值电压，则控制电路输出将开关电路切换为高阻抗状态的控制信号。由此，开关元件的栅极端子被切断而成为高阻抗状态，这以后的栅极电压基于施加在第2端子与第1端子之间的电压和栅电容(例如栅极漏极间电容和栅极源极间电容)决定。当通过关断等而第2端子与第1端子之间的电压急剧上升，则栅极电压也上升，开关元件自接通。浪涌电压的能量通过自接通的开关元件排散，开关元件的第2端子与第1端子之间的电压被限制为元件耐压以下。

阈值电压被设定为，比当在开关元件的第2端子与第1端子之间施加了应进行开关元件的电压保护动作的范围的电压时电压检测电路输出的检测电压低。应进行电压保护动作的范围的电压包括至少超过开关元件的耐压的电压。进而，阈值电压被设定为，比当在开关元件的第2端子与第1端子之间施加了应不需要开关元件的电压保护动作的范围的电压时电压检测电路输出的检测电压高。应不需要电压保护动作的范围的电压是比开关元件的耐压低的电压，并且是完全不需要将开关元件保护的电压。

根据第1技术方案，由于没有向开关元件的栅极的寄生电容的追加(或较小)，所以能够以保持高速开关性能的状态提高对于加在第2端子与第1端子之间的浪涌电压的耐量。