本发明专利技术公开了一种双向开关。双向开关包括半导体元件(101)和衬底电位稳定化部(103)。半导体元件(101)具有第一欧姆电极和第二欧姆电极以及第一栅电极和第二栅电极，该第一栅电极和该第二栅电极从第一欧姆电极一侧依次形成在第一欧姆电极和第二欧姆电极之间。衬底电位稳定化部(103)使衬底的电位成为比第一欧姆电极的电位和第二欧姆电极的电位中校高的电位低的电位。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种双向开关，特别是涉及一种形成在导电性衬底上且由氮化物半导体形成的双向开关。
技术介绍
双向开关，是一种双向地通电、对正负两极性电压都具有耐压性的开关，用作能够高效地转换功率的矩阵交-交转换器的主开关和固态继电器的主开关等。在双向开关中，使以开关时过渡的电压和电流之乘积表示的开关损耗减小、以及使在处于导通状态时由于半导体元件本身的电阻(称其为通态电阻)而产生的导通损耗减小是很重要的。然而，当用以硅(Si)为材料的半导体元件形成双向开关时，由于硅材料本身的限制而难以从现有技术的水平上进一步降低通态电阻。为克服材料上的限制以降低导通损耗，正在研究引入由以GaN(氮化镓)为代表的氮化物类半导体或碳化硅(SiC)等宽带隙半导体形成的半导体元件。宽带隙半导体的击穿电场强度比硅约高十倍，特别是在氮化铝镓(AlGaN)和氮化镓(GaN)的异质结界面上由于自发极化和压电极化而产生电荷。因此，即使是在非掺杂时，也会形成具有 lX1013cm_2以上的面载流子浓度和1000cm2V/sec以上的高载流子迁移率的二维电子气 (2DEG !two-dimensional electron gas)层。因此，期待着 AlGaN/GaN 异质结场效应晶体管(AlGaN/GaN-HFET)成为实现低通态电阻和高耐压性的功率开关晶体管。特别是通过将AlGaN/GaN-HFET构成为双栅结构，则由一个半导体元件就能够形成双向开关(参照例如专利文献I)。双栅型HFET，等效于彼此反向串联的两个晶体管，对从第一欧姆电极一侧流向第二欧姆电极一侧的电流和从第二欧姆电极一侧流向第一欧姆电极一侧的电流都能够控制。因此，与将从功率MOSFET (金属氧化物半导体场效应晶体管) 和IGBT(绝缘栅双极型晶体管)等中选出的多个功率晶体管组合而构成的现有双向开关相比能够实现小型化。并且，还有与将两个MOSFET串联而实现双向开关的情况相比能够使通态电阻更小这一优点。而且，一般而言，MOSFET和IGBT的反向耐压性较低。因此，例如当用IGBT实现双向开关时，需要使两个IGBT彼此反向并联，并使各个IGBT与二极管串联。当用功率MOSFET 实现双向开关时也一样。然而，因为用宽带隙半导体形成的双栅型HFET的反向耐压性较高，所以不需要二极管。因此，还有不会产生由于二极管的通态电阻而造成的损耗这一优专利文献I :美国专利申请公开第2005/018956号说明书
技术实现思路
-专利技术要解决的技术问题-然而，本申请专利技术人发现，上述用双栅型HFET构成的双向开关具有以下问题。优选双栅型HFET形成在便宜易得的硅衬底等上。然而，若在硅衬底等导电性衬底上形成双栅型HFET，衬底的电位就会不稳定，因而双向开关的工作会不稳定。虽然通过使第一欧姆电极或第二欧姆电极与衬底连接，则能够使衬底的电位固定，但是在该情况下，电位则成为非对称，双向开关的工作会不稳定。这是一个问题。本专利技术正是鉴于上述各点而完成的。其目的在于解决上述问题，实现即使是当在导电性衬底上形成宽带隙半导体而构成时也稳定地工作的双向开关。-用以解决技术问题的技术方案-为达成上述目的，本专利技术中的双向开关构成为该双向开关包括衬底电位稳定化部，该衬底电位稳定化部向衬底赋予与第一欧姆电极的电位和第二欧姆电极的电位中较低的电位相近的电位。具体而言，示例的双向开关包括半导体元件和衬底电位稳定化部，该半导体元件形成在衬底上，并具有半导体层叠层体、第一欧姆电极和第二欧姆电极、以及第一栅电极和第二栅电极，该第一欧姆电极和该第二欧姆电极彼此留有间隔地形成在半导体层叠层体上，该第一栅电极和该第二栅电极从第一欧姆电极一侧依次形成在第一欧姆电极和第二欧姆电极之间，该衬底电位稳定化部使衬底的电位成为比第一欧姆电极的电位和第二欧姆电极的电位中较高的电位低的电位。示例的双向开关包括衬底电位稳定化部，使衬底的电位成为比第一欧姆电极的电位和第二欧姆电极的电位中较高的电位低的电位。因此，衬底的电位不会不稳定，能够实现工作稳定的双向开关。与衬底的电位固定在第一欧姆电极的电位或第二欧姆电极的电位上的情况不同，能够防止出现下述现象，该现象是半导体元件的电位非对称性增大，工作变得不稳定。在示例的双向开关中，构成为下述结构为好，该结构是半导体元件具有背面电极，该背面电极形成在衬底的与半导体层叠层体相反一侧的面上，衬底电位稳定化部具有第I 二极管和第2 二极管，该第I 二极管的阴极与第一欧姆电极连接，该第I 二极管的阳极与背面电极连接，该第2 二极管的阴极与第二欧姆电极连接，该第2 二极管的阳极与背面电极连接。通过构成为上述结构，则能够使衬底的电位成为比第一欧姆电极的电位和第二欧姆电极的电位中较低的电位高的电位，该衬底的电位和该较低的电位的差值与二极管的正向上升电压相等。在示例的双向开关中，也可以是这样的，S卩衬底电位稳定化部具有第一电阻元件和第二电阻元件，该第一电阻元件与第I 二极管并联，该第二电阻元件与第2 二极管并联。在示例的双向开关申，也可以构成为下述结构，该结构是衬底电位稳定化部具有第I 二极管和第2 二极管，该第I 二极管的阴极与第一欧姆电极连接，该第I 二极管的阳极与衬底连接，该第2 二极管的阴极与第二欧姆电极连接，该第2 二极管的阳极与衬底连接， 第I 二极管的阳极是形成在半导体层叠层体上的第一阳极电极，第2 二极管的阳极是形成在半导体层叠层体上的第二阳极电极，第一阳极电极和第二阳极电极经贯通半导体层叠层体的贯通布线与衬底连接。通过构成为上述结构，则能够将半导体元件和衬底电位稳定化部一体化。在示例的双向开关中，也可以构成为下述结构，该结构是衬底电位稳定化部具有第一电阻元件和第二电阻元件，该第一电阻元件将第一阳极电极和第一欧姆电极连接起来，该第二电阻元件将第二阳极电极和第二欧姆电极连接起来，半导体层叠层体具有电阻已被增高到比其它区域高的值的非活性区域，第一电阻元件主要由形成在非活性区域上且与第一欧姆电极和第一阳极电极接触的电阻膜构成，第二电阻元件主要由形成在非活性区域上且与第二欧姆电极和第二阳极电极接触的电阻膜构成。在示例的双向开关中，也可以构成为下述结构，该结构是第一欧姆电极具有多个第一欧姆电极指(finger)，第二欧姆电极具有多个第二欧姆电极指，第一栅电极具有多个第一栅电极指，第二栅电极具有多个第二栅电极指，半导体元件具有多个双栅型晶体管单元，各个该双栅型晶体管单元在第一欧姆电极指和第二欧姆电极指之间依次配置第一栅电极指和第二栅电极指而构成，衬底电位稳定化部具有二极管单元，该二极管单元在第一欧姆电极指和第二欧姆电极指之间依次配置第一阳极电极和第二阳极电极而构成。在示例的双向开关中，也可以构成为下述结构，该结构是半导体层叠层体具有沟道区域，电子在该沟道区域内与衬底的主面平行地移动，衬底电位稳定化部具有正常截止 (normally-off)型晶体管、第一电阻元件和第二电阻元件，该正常截止型晶体管包括形成在半导体层叠层体上的第三欧姆电极和第四欧姆电极、以及形成在第三欧姆电极和第四欧姆电极之间的第三栅电极，该第一电阻元件连接在第一欧姆电极和第三栅电极之间，该第二电阻元件连接在第二欧姆电极和第三栅电极之间，第三欧姆电极与第一欧姆电本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...
【专利技术属性】
技术研发人员：森田竜夫，
申请(专利权)人：松下电器产业株式会社，
类型：发明
国别省市：
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