JP2012212875A - 低電圧デバイス保護付き高電圧複合半導体デバイス - Google Patents
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Abstract
【解決手段】電圧保護されたデバイスを含複合半導体デバイスの1つの好適な実現では、ノーマリオフ複合半導体デバイス300が、第1出力キャパシタンス318を有するノーマリオンIII-窒化物パワートランジスタ310と、このノーマリオンIII-窒化物パワートランジスタとカスコード接続された低電圧(LV)デバイス320を具えて、このノーマリオフ複合半導体デバイスを形成し、このLVデバイスは第2出力キャパシタンス348を有する。第1出力キャパシタンス対第2出力キャパシタンスの比率を、ノーマリオンIII-窒化物パワートランジスタのドレイン電圧対LVデバイスの降伏電圧の比率に基づいて設定して、LVデバイスの電圧保護を行う。
【選択図】図3
Description
本願は、係属中の米国特許仮出願第61/454743号、2011年3月21日出願、発明の名称”III-Nitride Optimized Rugged Cascode Power Device”に基づいて優先権を主張する。この係属中の仮出願の開示は、その全文を参考文献として本明細書に含める。
本明細書で用いる「III族窒化物」または「III-窒化物」とは、窒素及び少なくとも1つのIII族元素を含む化合物半導体を称し、これらのIII族元素は、アルミニウム(Al)、ガリウム(Ga)、インジウム(In)、及びホウ素(B)を含み、そして、その任意の合金、例えばアルミニウム窒化ガリウム(AlxGa(1-x)N)、インジウム窒化ガリウム(InyGa(1-y)N)、アルミニウムインジウム窒化ガリウム(AlxInyGa(1-x-y)N)、ガリウムヒ素リン窒素(GaAsaPbN(1-a-b))、アルミニウムインジウムガリウムヒ素リン窒素(AlxInyGa(1-x-y)AsaPbN(1-a-b))を含むが、これらに限定されない。III-窒化物は一般に、あらゆる極性も称し、これらの極性は、極性Ga、極性N、半極性または非極性の結晶方位を含むが、これらに限定されない。III-窒化物材料は、ウルツ鉱型、閃亜鉛鉱型、あるいは混合型のポリタイプ(結晶多形)のいずれかを含むこともでき、そして、単結晶(モノクリスタル)、多結晶、または非結晶の結晶構造を含むことができる。
III-窒化物材料は半導体化合物であり、比較的広幅の直接バンドギャップを有し、強い圧電分極を有する可能性があり、高い破壊電界、高い飽和速度、及び二次元電子ガスの生成を可能にすることができる。その結果、III-窒化物材料は、多くの電力用途、例えばデプレッションモード(例えばノーマリオン)電力用電界効果トランジスタ(FET)、高電子移動度トランジスタ(HEMT)、及びダイオードに使用されている。
以下の説明は、本発明の実施に関連する詳細な情報を含む。本発明は、本明細書に具体的に説明するのとは異なる方法で実施することができることは、当業者の認める所である。本願中の図面及びその詳細な説明は、好適な実施例に指向したものに過ぎない。特に断りのない限り、図面中では、同様の、あるいは対応する要素は、同様の、あるいは対応する参照番号で示すことがある。さらに、本願中の図面及び例示は一般に原寸に比例しておらず、そして、実際の相対寸法に相当することを意図していない。
式2: VLV_drain=VComposite_drain×C2(C1+C2)
結果1:(C1+C2)/C2≒24、または等価的にC1/C2≒23
102 複合ソース端子
104 複合ドレイン端子
106 複合ゲート端子
110 III-窒化物パワートランジスタ
120 LVデバイス
130 LVダイオード
140 LVトランジスタ
200 複合半導体デバイス
203 複合アノード端子
205 複合カソード端子
210 III-窒化物パワートランジスタ
212 ソース
214 ドレイン
216 ゲート
220 LVデバイス
223 アノード
225 カソード
300 複合半導体デバイス
302 複合ソース端子
304 複合ドレイン端子
306 複合ゲート端子
307 インダクタンス
310 III-窒化物パワートランジスタ
312 ソース
314 ドレイン
316 ゲート
318 第1出力キャパシタンス
320 LVデバイス
330 LVダイオード
340 LVトランジスタ
342 ソース
344 ドレイン
348 第2出力キャパシタンス
350 ゲート
410A、410B III-窒化物パワートランジスタ
412 ソース
414 ドレイン
416 ゲート
418 出力キャパシタンス
460 基板
462 III-窒化物層
464 AlGaN層
466 絶縁体
471 ソース金属
472 ドレイン金属
Claims (23)
- ノーマリオフ複合半導体デバイスであって、
第1出力キャパシタンスを有するノーマリオンIII-窒化物パワートランジスタと;
前記ノーマリオンIII-窒化物パワートランジスタとカスコード接続されて前記ノーマリオフ複合半導体デバイスを形成する低電圧(LV)デバイスであって、第2出力キャパシタンスを有するLVデバイスとを具え、
前記第1出力キャパシタンス対前記第2出力キャパシタンスの比率が、前記ノーマリオンIII-窒化物パワートランジスタのドレイン電圧対前記LVデバイスの降伏電圧の比率に基づいて設定されて、前記LVデバイスの電圧保護を行うことを特徴とするノーマリオフ複合半導体デバイス。 - 前記第1出力キャパシタンス対前記第2出力キャパシタンスの比率が、約120未満であることを特徴とする請求項1に記載のノーマリオフ複合半導体デバイス。
- 前記ノーマリオンIII-窒化物パワートランジスタが、III-窒化物電界効果トランジスタ(III-N FET)及びIII-窒化物高電子移動度トランジスタ(III-N HEMT)の一方であることを特徴とする請求項1に記載のノーマリオフ複合半導体デバイス。
- 前記LVデバイスが、LVIV族半導体デバイスで構成されることを特徴とする請求項1に記載のノーマリオフ複合半導体デバイス。
- 前記LVデバイスが、LVシリコンデバイスで構成されることを特徴とする請求項1に記載のノーマリオフ複合半導体デバイス。
- 前記LVデバイスが、LV電界効果トランジスタ(LV FET)で構成されることを特徴とする請求項1に記載のノーマリオフ複合半導体デバイス。
- 前記LVデバイスが、LV金属酸化膜半導体FET(LV MOSFET)及びLV金属−絶縁体−半導体FET(LV MISFET)であることを特徴とする請求項1に記載のノーマリオフ複合半導体デバイス。
- 前記LVデバイスが、LVダイオードで構成されることを特徴とする請求項1に記載のノーマリオフ複合半導体デバイス。
- 前記ノーマリオンIII-窒化物パワートランジスタと前記LVデバイスとが、モノリシック集積されていることを特徴とする請求項1に記載のノーマリオフ複合半導体デバイス。
- 複合半導体デバイスであって、
第1出力キャパシタンスを有するIII-窒化物パワートランジスタと;
第2出力キャパシタンスを有する低電圧(LV)トランジスタとを具え、
前記LVトランジスタのドレインは、前記III-窒化物パワートランジスタのソースに結合され、前記LVトランジスタのソースは、前記複合半導体デバイスの複合ソース端子を提供し、前記LVトランジスタのゲートは、前記複合半導体デバイスの複合ゲート端子を提供し、前記III-窒化物パワートランジスタのドレインは、前記複合半導体デバイスの複合ドレイン端子を提供し、前記III-窒化物パワートランジスタのゲートは、前記LVトランジスタのソースに結合され、
前記第1出力キャパシタンス対前記第2出力キャパシタンスの比率が、前記III-窒化物パワートランジスタのドレイン電圧対前記LVトランジスタの降伏電圧の比率に基づいて設定されて、前記LVトランジスタの電圧保護を行うことを特徴とする複合半導体デバイス。 - 前記第1出力キャパシタンス対前記第2出力キャパシタンスの比率が、約120未満であることを特徴とする請求項10に記載の複合半導体デバイス。
- 前記III-窒化物パワートランジスタが、III-窒化物電界効果トランジスタ(III-N FET)であることを特徴とする請求項10に記載の複合半導体デバイス。
- 前記III-窒化物パワートランジスタが、III-窒化物高電子移動度トランジスタ(III-N HEMT)であることを特徴とする請求項10に記載の複合半導体デバイス。
- 前記LVトランジスタが、LVIV族トランジスタであることを特徴とする請求項10に記載の複合半導体デバイス。
- 前記LVトランジスタが、LVシリコントランジスタで構成されることを特徴とする請求項10に記載の複合半導体デバイス。
- 前記LVトランジスタが、LV金属酸化膜半導体FET(LV MOSFET)及びLV金属−絶縁体−半導体FET(LV MISFET)の一方であることを特徴とする請求項10に記載の複合半導体デバイス。
- 前記III-窒化物パワートランジスタと前記LVトランジスタとが、モノリシック集積されていることを特徴とする請求項10に記載の複合半導体デバイス。
- 複合半導体デバイスであって、
第1出力キャパシタンスを有するIII-窒化物パワートランジスタと;
第2出力キャパシタンスを有する低電圧(LV)ダイオードとを具え、
前記LVダイオードのカソードは、前記III-窒化物パワートランジスタのソースに結合され、前記LVダイオードのアノードは、前記複合半導体デバイスの複合アノード端子を提供し、前記III-窒化物パワートランジスタのゲートは、前記LVダイオードのアノードに結合され、
前記第1出力キャパシタンス対前記第2出力キャパシタンスの比率が、前記III-窒化物パワートランジスタのドレイン電圧対前記LVダイオードの降伏電圧の比率に基づいて設定されて、前記LVダイオードの電圧保護を行うことを特徴とする複合半導体デバイス。 - 前記第1出力キャパシタンス対前記第2出力キャパシタンスの比率が、約120未満であることを特徴とする請求項18に記載の複合半導体デバイス。
- 前記III-窒化物パワートランジスタが、III-窒化物電界効果トランジスタ(III-N FET)及びIII-窒化物高電子移動度トランジスタ(III-N HEMT)の一方であることを特徴とする請求項18に記載の複合半導体デバイス。
- 前記LVダイオードが、LVIV族ダイオードで構成されることを特徴とする請求項18に記載の複合半導体デバイス。
- 前記LVダイオードが、LVシリコンダイオードで構成されることを特徴とする請求項18に記載の複合半導体デバイス。
- 前記III-窒化物パワートランジスタと前記LVダイオードとが、モノリシック集積されていることを特徴とする請求項18に記載の複合半導体デバイス。
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