半导体装置、驱动控制装置及驱动控制方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及半导体装置、驱动控制装置及驱动控制方法。实施方式的半导体装置具备场效晶体管、开关、及控制部。场效晶体管具有衬底、设置在衬底之上的氮化物半导体层、设置在氮化物半导体层之上的漏极电极及源极电极、以及隔在漏极电极与源极电极之间的栅极电极。开关能够将衬底的电位切换为多个电位。控制部根据漏极电极的输入而以成为多个电位中的任一电位的方式控制开关。

【技术实现步骤摘要】
[相关申请案]本申请案享有以日本专利申请案2015-180011号(申请日：2015年9月11日)为基础申请案的优先权。本申请案通过参照该基础申请案而包含基础申请案的全部内容。
本专利技术的实施方式涉及一种半导体装置、驱动控制装置及驱动控制方法。
技术介绍
作为半导体装置的一例，周知的是具备氮化物半导体层的场效晶体管。该场效晶体管具备例如衬底、及至少2个氮化物半导体层。这些氮化物半导体层的带隙互不相同。其结果，在这些氮化物半导体层的界面形成有称为二维电子气的电流路径(通道)。所述场效晶体管存在产生二维电子气的浓度降低而接通电阻增大的现象，即所谓电流崩塌现象的情况。可认为电流崩塌现象与衬底的电位及漏极电压相关。衬底的电性连接目的地一般是在驱动所述场效晶体管之前设定。因此，在驱动所述场效晶体管时，衬底的电位不管漏极电压如何而始终固定。其结果，针对电流崩塌现象而衬底电位的最佳化并不充分。
技术实现思路
本专利技术的实施方式提供能够针对电流崩塌现象而使衬底电位最佳化的半导体装置、驱动控制装置、及驱动控制方法。实施方式的半导体装置具备场效晶体管、开关、及控制部。场效晶体管具有衬底、设置在衬底之上的氮化物半导体层、设置在氮化物半导体层之上的漏极电极及源极电极、以及隔在漏极电极与源极电极之间的栅极电极。开关能够将衬底的电位切换为多个电位。控制部根据漏极电极的输入而以成为多个电位中的任一电位的方式控制开关。附图说明图1是表示第一实施方式的半导体装置的概略性构成的电路图。图2是表示图1所示的场效晶体管的概略性构造的剖视图。图3是表示图1所示的控制部中所存储的数据的一例的图。图4是表示输入电压与接通电阻的增加率的关系的一例的曲线图。图5是表示第一实施方式的半导体装置的动作顺序的流程图。图6是表示能够切换衬底的电位的开关的变化例的图。图7是表示第二实施方式的半导体装置的概略性构成的电路图。图8是表示第二实施方式的半导体装置的动作顺序的流程图。具体实施方式(第一实施方式)图1是表示第一实施方式的半导体装置的概略性构成的电路图。另外，图1中除记载有本实施方式的半导体装置1以外，还记载有二极管D、线圈L、电容器C、电阻负载R，但这些是将本实施方式的半导体装置1应用在降压转换器时所使用的外部零件。此外，图1记载的比较器70为用以检测该降压转换器的输出电压是否低于基准电压Vref的外部零件。此处，省略关于这些外部零件的详细说明，以下，对本实施方式的半导体装置1的构成进行说明。如图1所示般，本实施方式的半导体装置1具备场效晶体管10、开关20、控制部30、PWM(PulseWidthModulation，脉宽调制)部40、及栅极驱动部50。首先，参照图2对场效晶体管10的构造进行说明。图2表示场效晶体管10的概略性构造的剖视图。如图2所示般，场效晶体管10具有衬底11、第一氮化物半导体层12、第二氮化物半导体层13、漏极电极14、源极电极15、及栅极电极16。衬底11包含矽板等导电性衬底。在衬底11之上设置有包含第一氮化物半导体层12与第二氮化物半导体层13的多个氮化物半导体层。在衬底11的背面，换言之在衬底11的与设置有第一氮化物半导体层12及第二氮化物半导体层13的面为相反侧的面连接有开关20。第一氮化物半导体层12包含例如氮化镓(GaN)。在第一氮化物半导体层12之上设置有第二氮化物半导体层13。第二氮化物半导体层13包含例如带隙较第一氮化物半导体层12大的氮化铝镓(AlGaN)。在第一氮化物半导体层12与第二氮化物半导体层13的界面产生二维电子气。漏极电极14、源极电极15、及栅极电极16设置在第二氮化物半导体层13之上。在第二氮化物半导体层13之上，栅极电极16隔在漏极电极14与源极电极15之间。其次，返回至图1对开关20进行说明。开关20能够将衬底11的电位切换为多个电位。在本实施方式中，开关20能够切换为：第一状态，是使衬底11与源极电极15电性连接；第二状态，是使衬底11与漏极电极14电性连接；第三状态，是使衬底11与栅极电极16电性连接；及第四状态，是使衬底11在电性上成为开路。即，在第一状态下，衬底11的电位与源极电极15的电位相同，在第二状态下，衬底11的电位与漏极电极14的电位相同，在第三状态下，衬底11的电位与栅极电极16的电位相同，在第四状态下，衬底11的电位与漂浮电位相同。另外，在本实施方式中，场效晶体管10为常接通型的场效晶体管，因此在所述第三状态下，衬底11的电位成为负电位。控制部30与开关20一同构成场效晶体管10的驱动控制装置。控制部30存储将用以设定衬底11的电位的开关20的状态与输入至漏极电极14的输入电压Vin建立关联的数据。图3是表示控制部30中所存储的数据的一例的图。此外，图4是表示输入电压与接通电阻的增加率的关系的一例的曲线图。图4中，横轴表示输入至漏极电极16的电压，换言之为漏极-源极间电压，纵轴表示接通电阻(Ron)的增加率。此外，实线A表示将衬底11电性连接在漏极电极14的第二状态下的接通电阻的增加率，虚线B表示将衬底11电性连接在源极电极15的第一状态下的接通电阻的增加率。根据图4，在输入电压为100V的情况下，第二状态的接通电阻的增加率小于第一状态的接通电阻的增加率。另一方面，在输入电压为150V的情况下，第一接通电阻的增加率小于第二状态的接通电阻的增加率。因此，在输入电压为100V的情况下，较理想的是开关20为将衬底11连接在漏极电极14的状态，在输入电压为150V的情况下，较理想的是开关20为将衬底11连接在源极电极15的状态。由此，在图3所示的数据100中表示有对应于输入电压的值而最佳的开关20的状态，换言之针对电流崩塌现象而最佳化的衬底11的电位。如此，控制部30从数据100选择对应于输入电压的值而最佳的衬底11的电位。另外，在图4所示的曲线图中，在横轴为输入至漏极电极14的输入电流的情况，输入电流与接通电阻的关系也和输入电压与接通电阻的关系相同。由此，在数据100中也可与开关20的状态建立关联而表示有输入电流的值。即便在该情况下，控制部30也可根据输入电流的值而选择最佳的衬底11的电位。此外，控制部30是也由PWM部40根据预先存储的特定程序而进行控制。此处，再次返回至图1对PWM部40进行说明。PWM部40产生PWM信号并输出至栅极驱动部50。栅极驱动部50根据从PWM部40输入的PWM信号而驱动场效晶体管10的栅极。另外，在本实施方式中，PWM部40与栅极驱动部50设置在半导体装置1的内部，但这些也可设置在半导体装置1的外部。以下，对本实施方式的半导体装置1的动作进行说明。图5是表示本实施方式的半导体装置1的动作顺序的流程图。此处，对选择衬底11的电位的动作进行说明。当半导体装置1的漏极电极14的电位从0V上升至输入电压Vin的值时，控制部30从数据100选择与该输入电压Vin的值对应的开关20的状态(步骤S11)。继而，控制部30以成为在步骤S11所选择的状态的方式控制开关20(步骤S12)。在步骤S12中，例如在开关20包含分别对应于衬底11的4个状态(第一状态～第四状态)而设置的4个晶体管的情况下，控制部30使与所选择的状态对应的晶体管接本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种半导体装置，其特征在于具备：场效晶体管，具有衬底、设置在所述衬底之上的氮化物半导体层、设置在所述氮化物半导体层之上的漏极电极及源极电极、以及隔在所述漏极电极与所述源极电极之间的栅极电极；开关，能够将所述衬底的电位切换为多个电位；及控制部，根据所述漏极电极的输入而以成为所述多个电位中的任一电位的方式控制所述开关。

【技术特征摘要】
2015.09.11 JP 2015-1800111.一种半导体装置，其特征在于具备：场效晶体管，具有衬底、设置在所述衬底之上的氮化物半导体层、设置在所述氮化物半导体层之上的漏极电极及源极电极、以及隔在所述漏极电极与所述源极电极之间的栅极电极；开关，能够将所述衬底的电位切换为多个电位；及控制部，根据所述漏极电极的输入而以成为所述多个电位中的任一电位的方式控制所述开关。2.根据权利要求1所述的半导体装置，其特征在于：所述开关能够切换为：第一状态，是使所述衬底电性连接在所述源极电极；第二状态，是使所述衬底电性连接在所述漏极电极；第三状态，是使所述衬底电性连接在所述栅极电极；及第四状态，是使所述衬底在电性上成为开路。3.根据权利要求1所述的半导体装置，其特征在于：所述控制部存储有将对应于所述多个电位的任一者的所述开关的状态与所述漏极电极的输入值建立关联的数据，且使用该数据控制所述开关。4.根据权利要求1所述的半导体装置，其特征在于还具备电流感测器，该电流感测器根据所述控制部的控制而测量在所述多个电位的各者的所述漏极电极的输入电流，且所述控制部以成为利用所述电流感测器测量的输入电流为最小的电位的方式控制所述开关。5.根据权利要求2所述的半导体装置，其特征在于：所述开关也能够将所述衬底切换为电性连接在恒定电压源的第五状态。6.根据权利要求1所述的半导体装置，其特征在于：所述开关连接在所述衬底的背面。7.根据权利要求1所述的半导体装置，其特征在于：所述氮化物半导体层包含：第一氮化物半导体层；及第二氮化物半导体层，设...

【专利技术属性】
技术研发人员：仲敏行，
申请(专利权)人：株式会社东芝，
类型：发明
国别省市：日本;JP