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公開番号2024065314
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-05-15
出願番号2022174115
出願日2022-10-31
発明の名称窒化物半導体モジュール
出願人ローム株式会社
代理人個人,個人
主分類H02M 1/08 20060101AFI20240508BHJP(電力の発電,変換,配電)
要約【課題】逆方向電圧の低減を図る窒化物半導体モジュールを提供すること。
【解決手段】窒化物半導体モジュール10は、窒化物半導体によって構成されたトランジスタ30と、窒化物半導体によって構成されるとともにトランジスタ30に並列に接続されたトランジスタ40と、トランジスタ30,40を制御する制御回路14とを備える。制御回路14は、トランジスタ30がオンからオフに切り替わるターンオフ動作を跨ぐ少なくとも所定期間に亘ってトランジスタ40のゲート端子40Gにトランジスタ40の閾値電圧Vth未満のバイアス電圧V_Bを印加するように構成されている。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
窒化物半導体によって構成された主トランジスタと、
窒化物半導体によって構成され、前記主トランジスタに並列に接続された補助トランジスタと、
前記主トランジスタおよび前記補助トランジスタを制御する制御回路と、を備え、
前記制御回路は、前記主トランジスタがオンからオフに切り替わるターンオフ動作を跨ぐ少なくとも所定期間に亘って前記補助トランジスタのゲート端子に前記補助トランジスタの閾値電圧未満のバイアス電圧を印加するように構成されている、窒化物半導体モジュール。
続きを表示（約 1,100 文字）【請求項２】
前記所定期間は、前記主トランジスタのオフ期間を含む、請求項１に記載の窒化物半導体モジュール。
【請求項３】
前記バイアス電圧は、前記閾値電圧未満の第１電圧レベルと、前記第１電圧レベルよりも高く前記閾値電圧未満の第２電圧レベルとを交互に繰り返す電圧であり、
前記制御回路は、前記補助トランジスタのゲート端子に前記所定期間に亘って前記第２電圧レベルの前記バイアス電圧を印加するように構成されている、請求項１に記載の窒化物半導体モジュール。
【請求項４】
前記制御回路は、前記主トランジスタをオンオフ制御するスイッチング制御期間全体に亘って前記補助トランジスタのゲート端子に前記バイアス電圧を印加するように構成されている、請求項１に記載の窒化物半導体モジュール。
【請求項５】
前記バイアス電圧と前記閾値電圧との差が０．１Ｖ以上１．５Ｖ以下である、請求項１に記載の窒化物半導体モジュール。
【請求項６】
前記主トランジスタの閾値電圧は第１閾値電圧であり、
前記補助トランジスタの前記閾値電圧は、前記第１閾値電圧よりも高い第２閾値電圧である、請求項１に記載の窒化物半導体モジュール。
【請求項７】
前記制御回路は、前記バイアス電圧を前記補助トランジスタの閾値電圧未満に維持するべく前記補助トランジスタの温度に応じて前記バイアス電圧を変化させるように構成されている、請求項１に記載の窒化物半導体モジュール。
【請求項８】
前記主トランジスタおよび前記補助トランジスタは同一チップ上に形成されている、請求項１に記載の窒化物半導体モジュール。
【請求項９】
前記主トランジスタに対する前記補助トランジスタの面積比は０．１以上１．５以下である、請求項１に記載の窒化物半導体モジュール。
【請求項１０】
互いに直列に接続されたハイサイドトランジスタとローサイドトランジスタとを含むハーフブリッジ回路を含み、
前記ハイサイドトランジスタは窒化物半導体によって構成されており、
前記ローサイドトランジスタは前記主トランジスタであり、
前記制御回路は、前記ハイサイドトランジスタと前記ローサイドトランジスタを相補にオンオフ制御し、
前記所定期間は、前記ハイサイドトランジスタおよび前記ローサイドトランジスタの双方がオフするデッドタイムを含む、請求項１～９のうちのいずれか一項に記載の窒化物半導体モジュール。
（【請求項１１】以降は省略されています）
発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本開示は、窒化物半導体モジュールに関する。
続きを表示（約 1,600 文字）【背景技術】
【０００２】
現在、窒化ガリウム（ＧａＮ）等のIII族窒化物半導体（以下、単に「窒化物半導体」と言う場合がある）を用いた高電子移動度トランジスタ（ＨＥＭＴ）の製品化が進んでいる。特許文献１は、窒化物半導体を用いたノーマリオフ型ＨＥＭＴの一例を記載している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
特開２０１７－７３５０６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
窒化物半導体ＨＥＭＴでは、電子走行層と電子供給層との間のヘテロ接合界面付近にて電子走行層内に発生した二次元電子ガス（２ＤＥＧ）がソース－ドレイン間の電流経路（チャネル）として使用される。ＨＥＭＴ構造は、２ＤＥＧのチャネルを介してソースからドレインに逆電流が流れるときのソース－ドレイン間電圧、すなわち逆方向電圧が典型的なシリコン（Ｓｉ）デバイスに比べて大きい。逆方向電圧は電力損失を増加させる要因となる。このため、窒化物半導体ＨＥＭＴの逆方向電圧を低減する上で未だ改善の余地がある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本開示の一態様による窒化物半導体モジュールは、窒化物半導体によって構成された主トランジスタと、窒化物半導体によって構成され、前記主トランジスタに並列に接続された補助トランジスタと、前記主トランジスタおよび前記補助トランジスタを制御する制御回路とを備える。前記制御回路は、前記主トランジスタがオンからオフに切り替わるターンオフ動作を跨ぐ少なくとも所定期間に亘って前記補助トランジスタのゲート端子に前記補助トランジスタの閾値電圧未満のバイアス電圧を印加するように構成されている。
【発明の効果】
【０００６】
一態様による窒化物半導体モジュールは、逆方向電圧の低減を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
図１は、第１実施形態による例示的な窒化物半導体モジュールの概略回路図である。
図２は、図１の窒化物半導体モジュールの概略的な動作波形図であり、補助トランジスタへのバイアス印加による逆方向電圧制御を示す図である。
図３は、図１の窒化物半導体モジュールの概略的な動作波形図であり、別のバイアス電圧を用いた場合の逆方向電圧制御を示す図である。
図４は、第２実施形態による例示的な窒化物半導体モジュールの概略回路図である。
図５は、第３実施形態による例示的な窒化物半導体モジュールの概略回路図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下、添付図面を参照して本開示における半導体装置の実施形態を説明する。
なお、図示および説明を簡潔かつ明瞭にするために、図面に示される構成要素は必ずしも一定の縮尺で描かれていない。理解を容易にするために、特徴部分を拡大している場合があり、各構成要素の寸法比率は各図面で同じであるとは限らない。添付の図面は、本開示の実施形態を例示するに過ぎず、本開示を制限するものとみなされるべきではない。
【０００９】
以下の詳細な記載は、本開示の例示的な実施形態を具体化する装置、システム、および方法を含む。この詳細な記載は本来説明のためのものに過ぎず、本開示の実施形態またはこのような実施形態の適用および使用を限定することを意図しない。
【００１０】
［第１実施形態］
［１．窒化物半導体モジュールの全体構造］
図１は、第１実施形態による例示的な窒化物半導体モジュール１０の概略回路図である。窒化物半導体モジュール１０は、例えばハーフブリッジモジュールとして具体化されている。ただし、窒化物半導体モジュール１０はハーフブリッジモジュールに限定されるものではなく、他のモジュールとして具体化されてもよい。
（【００１１】以降は省略されています）

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