窒化物半導体装置
【課題】リードフレーム上に搭載された窒化物ＦＥＴを備えスイッチング特性に優れた窒化物半導体装置を提供する。
【解決手段】窒化物ＦＥＴと、複数のリードを含むリードフレームと、を備え、前記窒化物ＦＥＴは少なくとも第１の主電極と第２の主電極と制御電極とを有し、前記リードフレームは、前記第１の主電極に接続される第１のリードと、前記第２の主電極に接続される第２のリード及び第３のリードと、前記制御電極に接続される第４のリードと、を有し、前記窒化物ＦＥＴは、前記第３のリードと前記第４のリードとの間に印加される電圧に応じて前記第１のリードと前記第２のリードとの間に電流を流すことを特徴とする窒化物半導体装置。
【解決手段】窒化物ＦＥＴと、複数のリードを含むリードフレームと、を備え、前記窒化物ＦＥＴは少なくとも第１の主電極と第２の主電極と制御電極とを有し、前記リードフレームは、前記第１の主電極に接続される第１のリードと、前記第２の主電極に接続される第２のリード及び第３のリードと、前記制御電極に接続される第４のリードと、を有し、前記窒化物ＦＥＴは、前記第３のリードと前記第４のリードとの間に印加される電圧に応じて前記第１のリードと前記第２のリードとの間に電流を流すことを特徴とする窒化物半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、窒化物ＦＥＴが複数のリードを含むリードフレーム上に搭載されてなる窒化物半導体装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
窒化アルミニウムガリウム（ＡｌＧａＮ）等の窒化物半導体からなる電界効果トランジスタまたは双方向スイッチは、高周波用・高耐圧用の窒化物ＦＥＴ（Field Effect Transistor）として注目されている。一般的に窒化物ＦＥＴなどの半導体素子は、配線及び放熱板を兼ねるリードフレーム上に搭載された後にモールド樹脂により封止された形態で実用される。例えば、窒化物ＦＥＴを凸形状のリードフレーム上に配置することで、放熱性を改善できる窒化物半導体装置が知られる（特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１０−８０６３３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで窒化物ＦＥＴは、非常に高速なスイッチング特性を有するデバイスであることが知られるが、特許文献１に記載される従来の窒化物半導体装置においては、スイッチング特性を引き出すための十分な検討がなされていなかった。
【０００５】
本発明は、リードフレーム上に搭載された窒化物ＦＥＴを備えスイッチング特性に優れた窒化物半導体装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の一態様によれば、窒化物ＦＥＴと、複数のリードを含むリードフレームと、を備え、前記窒化物ＦＥＴは少なくとも第１の主電極と第２の主電極と制御電極とを有し、前記リードフレームは、前記第１の主電極に接続される第１のリードと、前記第２の主電極に接続される第２のリード及び第３のリードと、前記制御電極に接続される第４のリードと、を有し、前記窒化物ＦＥＴは、前記第３のリードと前記第４のリードとの間に印加される電圧に応じて前記第１のリードと前記第２のリードとの間に電流を流すことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、リードフレーム上に搭載された窒化物ＦＥＴを備えスイッチング特性に優れた窒化物半導体装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の実施形態に係る窒化物半導体装置の構造を示す模式的な平面図である。
【図２】本発明の実施形態に係るスイッチング回路の構成を示す回路ブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
次に、図面を参照して、本発明の実施形態を説明する。以下の図面の記載において、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号を付している。ただし、図面は模式的なものであることに留意すべきである。又、以下に示す実施形態は、この発明の技術的思想を具体化するための装置や方法を例示するものであって、この発明の実施形態は、構成部品の構造、配置等を下記のものに特定するものでない。この発明の実施形態は、特許請求の範囲において、種々の変更を加えることができる。
【００１０】
本発明の実施形態に係る窒化物半導体装置１０は、図１に示すように、窒化物ＦＥＴ１と、複数のリード２１を含むリードフレーム２と、を備える。窒化物ＦＥＴ１は少なくとも第１の主電極Ｄと第２の主電極Ｓと制御電極Ｇとを有し、リードフレーム２は、第１の主電極Ｄに接続される第１のリードＬＤと、第２の主電極Ｓに接続される第２のリードＬＳ１及び第３のリードＬＳ２と、制御電極Ｇに接続される第４のリードＬＧと、を有し、窒化物ＦＥＴ１は、第３のリードＬＳ２と第４のリードＬＧとの間に印加される電圧に応じて第１のリードＬＤと第２のリードＬＳ１との間に電流を流す。
【００１１】
窒化物ＦＥＴ（Field Effect
Transistor）１は、例えば周知のＨＥＭＴ（High Electron Mobility Transistor）からなる。すなわち、窒化物ＦＥＴはＡｌｘＩｎｙＧａ１−ｘ−ｙＮ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｘ＋ｙ≦１）で表わされる窒化物半導体層からなる活性領域１１を備え、活性領域１１の主面上に形成されたドレイン電極（第１の主電極）Ｄ、ソース電極（第２の主電極）Ｓ及びゲート電極（制御電極）Ｇを備える。活性領域１１は、Ｓｉからなる導電性基板上に緩衝層を介して配置される。ドレイン電極Ｄとソース電極Ｓとは、活性領域１１上において互いに離間して配置されるとともに、平面的に見て、互いに入り組んだフィンガ型の電極構造を有する。ゲート電極Ｇは、ドレイン電極Ｄとソース電極Ｓとの間に配置され、上記フィンガ型の電極構造に合わせて折り返し構造を有する。また、窒化物ＦＥＴ１は、活性領域１１上に形成されたドレイン電極Ｄに電気的に接続されるドレインパッド１２、ソース電極Ｓに電気的に接続されるソースパッド１３及びゲート電極Ｇに電気的に接続されるゲートパッド１４を備える。なお、図示は省略するが、各電極並びにパッドが形成されない活性領域１１の主面と各電極の上面とは、絶縁物からなる保護膜により被覆される。
【００１２】
リードフレーム２は、破線で示すモールド樹脂内に封止されるインナーリード部２１と、インナーリード部２１に電気的に接続され且つモールド樹脂外部に露出するように延伸するアウターリード部２２と、を備える。またインナーリード部２１は、窒化物ＦＥＴ１が半田層を介して配置されるダイパッド部２３を備える。アウターリード部２２は、同一方向に延伸するドレインリードＬＤ、第１のソースリードＬＳ１、第２のソースリードＬＳ２及びゲートリードＬＧを有し、後述するように外部機器との接続端子及び放熱板として機能する。すなわち、窒化物半導体装置１０は窒化物ＦＥＴ１のソースが２つの個別なリード（ＬＳ１，ＬＳ２）に分割される。なお、ソースリードと同様にドレインリードを複数本設けることもできる。リードフレーム２の各部は、Ｃｕ等の導電性金属材料からなり、窒化物ＦＥＴ１とインナーリード部２１及びアウターリード部２２とはボンディングワイヤＢＷ等を介して電気的に接続される。第１のソースリードＬＳ１は、ダイパッド２３と機械的に一体化された構造を有する。各リードは、同一の幅・厚みに形成されても良く、互いに異なる幅・厚みに形成されても良い。本実施形態における窒化物半導体装置１０は、比較的幅広に形成されたドレインリードＬＤ及び第１のソースリードＬＳ１と比較的幅狭に形成された第２のソースリードＬＳ２及びゲートリードＬＧとを有する。また、図１に示すアウターリード部２２を構成する各リードは、全て同一方向（図１における下方向）に延伸するが、例えば上下方向のように互いに異なる方向に延伸するように配置されても良い。ボンディングワイヤＢＷは、Ｃｕ，Ａｌ又はＡｕ等の導電性金属材料からなり、平条形状を有するリボンワイヤにより置きかえられても良い。
【００１３】
本実施形態に係る窒化物半導体装置１０は、図２に示すようなスイッチング回路に利用される。本実施形態に係るスイッチング回路は、コイル（Ｌ負荷）に流れる電流を制御するリニアソレノイド駆動装置であり、直流電源３１とコイル３２と制御回路３３と窒化物半導体装置１０とから構成される。直流電源３１は、例えばバッテリであり、その正極は窒化物半導体装置１０のドレインリード（ドレイン端子）ＬＤと制御回路３３の電源端子３３１とに接続され、その負極は接地される。コイル３２の一端は窒化物半導体装置１０の第１のソースリード（第１のソース端子）ＬＳ１に接続され、他端は接地される。制御回路３３は、上述した電源端子と窒化物半導体装置１０のゲートリードＬＧに接続される端子３３２と第２のソースリードＬＳ２に接続される端子３３３と接地される端子とを少なくとも備える。また、制御回路３３はその外部機器（図示せず）から出力される信号に基づき、窒化物半導体装置１０の第２のソースリードＬＳ２とゲートリードＬＧとの間に、ソースリードＬＳ２の電位を基準とした電圧信号を出力し、窒化物半導体装置１０をオンオフ動作させる。窒化物半導体装置１０がオンすると、直流電源３１の正極→ドレインリードＬＤ→第１のソースリードＬＳ１→コイル３２という経路で電流が流れる。窒化物半導体装置１０がオフすると、ドレインリードＬＤと第１のソースリードＬＳ１との間の電流経路が遮断され、第１のソースリードＬＳ１の電位が上昇する。
【００１４】
上記の説明のように、図１に示した窒化物半導体装置１０は、電流経路用の第１のソースリードＬＳ１とゲートバイアス用の第２のソースリードＬＳ２とが個別のリードとして配置される。そのため、窒化物ＦＥＴ１をオンオフさせる際に電流経路における寄生インダクタンスの影響を受けにくく、窒化物ＦＥＴ１を高速に精度良くスイッチングすることができる。
【００１５】
また、第１のソースリードＬＳ１は、比較的幅広に形成されるため、電流経路における寄生インダクタンスを低減させることができるとともに、窒化物半導体装置１０の放熱性が改善される。
【００１６】
上記のように、本発明は実施形態によって記載したが、この開示の一部をなす論述及び図面はこの発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施形態、実施例及び運用技術が明らかとなろう。即ち、本発明はここでは記載していない様々な実施形態等を含むことは勿論である。したがって、本発明の技術的範囲は上記の説明から妥当な特許請求の範囲に係る発明特定事項によってのみ定められるものである。
【符号の説明】
【００１７】
１ 窒化物ＦＥＴ
２ リードフレーム
２１ インナーリード
２２ アウターリード
２３ ダイパッド
ＬＤ ドレインリード
ＬＳ１ 第１のソースリード
ＬＳ２ 第２のソースリード
ＬＧ ゲートリード
【技術分野】
【０００１】
本発明は、窒化物ＦＥＴが複数のリードを含むリードフレーム上に搭載されてなる窒化物半導体装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
窒化アルミニウムガリウム（ＡｌＧａＮ）等の窒化物半導体からなる電界効果トランジスタまたは双方向スイッチは、高周波用・高耐圧用の窒化物ＦＥＴ（Field Effect Transistor）として注目されている。一般的に窒化物ＦＥＴなどの半導体素子は、配線及び放熱板を兼ねるリードフレーム上に搭載された後にモールド樹脂により封止された形態で実用される。例えば、窒化物ＦＥＴを凸形状のリードフレーム上に配置することで、放熱性を改善できる窒化物半導体装置が知られる（特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１０−８０６３３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで窒化物ＦＥＴは、非常に高速なスイッチング特性を有するデバイスであることが知られるが、特許文献１に記載される従来の窒化物半導体装置においては、スイッチング特性を引き出すための十分な検討がなされていなかった。
【０００５】
本発明は、リードフレーム上に搭載された窒化物ＦＥＴを備えスイッチング特性に優れた窒化物半導体装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の一態様によれば、窒化物ＦＥＴと、複数のリードを含むリードフレームと、を備え、前記窒化物ＦＥＴは少なくとも第１の主電極と第２の主電極と制御電極とを有し、前記リードフレームは、前記第１の主電極に接続される第１のリードと、前記第２の主電極に接続される第２のリード及び第３のリードと、前記制御電極に接続される第４のリードと、を有し、前記窒化物ＦＥＴは、前記第３のリードと前記第４のリードとの間に印加される電圧に応じて前記第１のリードと前記第２のリードとの間に電流を流すことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、リードフレーム上に搭載された窒化物ＦＥＴを備えスイッチング特性に優れた窒化物半導体装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の実施形態に係る窒化物半導体装置の構造を示す模式的な平面図である。
【図２】本発明の実施形態に係るスイッチング回路の構成を示す回路ブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
次に、図面を参照して、本発明の実施形態を説明する。以下の図面の記載において、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号を付している。ただし、図面は模式的なものであることに留意すべきである。又、以下に示す実施形態は、この発明の技術的思想を具体化するための装置や方法を例示するものであって、この発明の実施形態は、構成部品の構造、配置等を下記のものに特定するものでない。この発明の実施形態は、特許請求の範囲において、種々の変更を加えることができる。
【００１０】
本発明の実施形態に係る窒化物半導体装置１０は、図１に示すように、窒化物ＦＥＴ１と、複数のリード２１を含むリードフレーム２と、を備える。窒化物ＦＥＴ１は少なくとも第１の主電極Ｄと第２の主電極Ｓと制御電極Ｇとを有し、リードフレーム２は、第１の主電極Ｄに接続される第１のリードＬＤと、第２の主電極Ｓに接続される第２のリードＬＳ１及び第３のリードＬＳ２と、制御電極Ｇに接続される第４のリードＬＧと、を有し、窒化物ＦＥＴ１は、第３のリードＬＳ２と第４のリードＬＧとの間に印加される電圧に応じて第１のリードＬＤと第２のリードＬＳ１との間に電流を流す。
【００１１】
窒化物ＦＥＴ（Field Effect
Transistor）１は、例えば周知のＨＥＭＴ（High Electron Mobility Transistor）からなる。すなわち、窒化物ＦＥＴはＡｌｘＩｎｙＧａ１−ｘ−ｙＮ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｘ＋ｙ≦１）で表わされる窒化物半導体層からなる活性領域１１を備え、活性領域１１の主面上に形成されたドレイン電極（第１の主電極）Ｄ、ソース電極（第２の主電極）Ｓ及びゲート電極（制御電極）Ｇを備える。活性領域１１は、Ｓｉからなる導電性基板上に緩衝層を介して配置される。ドレイン電極Ｄとソース電極Ｓとは、活性領域１１上において互いに離間して配置されるとともに、平面的に見て、互いに入り組んだフィンガ型の電極構造を有する。ゲート電極Ｇは、ドレイン電極Ｄとソース電極Ｓとの間に配置され、上記フィンガ型の電極構造に合わせて折り返し構造を有する。また、窒化物ＦＥＴ１は、活性領域１１上に形成されたドレイン電極Ｄに電気的に接続されるドレインパッド１２、ソース電極Ｓに電気的に接続されるソースパッド１３及びゲート電極Ｇに電気的に接続されるゲートパッド１４を備える。なお、図示は省略するが、各電極並びにパッドが形成されない活性領域１１の主面と各電極の上面とは、絶縁物からなる保護膜により被覆される。
【００１２】
リードフレーム２は、破線で示すモールド樹脂内に封止されるインナーリード部２１と、インナーリード部２１に電気的に接続され且つモールド樹脂外部に露出するように延伸するアウターリード部２２と、を備える。またインナーリード部２１は、窒化物ＦＥＴ１が半田層を介して配置されるダイパッド部２３を備える。アウターリード部２２は、同一方向に延伸するドレインリードＬＤ、第１のソースリードＬＳ１、第２のソースリードＬＳ２及びゲートリードＬＧを有し、後述するように外部機器との接続端子及び放熱板として機能する。すなわち、窒化物半導体装置１０は窒化物ＦＥＴ１のソースが２つの個別なリード（ＬＳ１，ＬＳ２）に分割される。なお、ソースリードと同様にドレインリードを複数本設けることもできる。リードフレーム２の各部は、Ｃｕ等の導電性金属材料からなり、窒化物ＦＥＴ１とインナーリード部２１及びアウターリード部２２とはボンディングワイヤＢＷ等を介して電気的に接続される。第１のソースリードＬＳ１は、ダイパッド２３と機械的に一体化された構造を有する。各リードは、同一の幅・厚みに形成されても良く、互いに異なる幅・厚みに形成されても良い。本実施形態における窒化物半導体装置１０は、比較的幅広に形成されたドレインリードＬＤ及び第１のソースリードＬＳ１と比較的幅狭に形成された第２のソースリードＬＳ２及びゲートリードＬＧとを有する。また、図１に示すアウターリード部２２を構成する各リードは、全て同一方向（図１における下方向）に延伸するが、例えば上下方向のように互いに異なる方向に延伸するように配置されても良い。ボンディングワイヤＢＷは、Ｃｕ，Ａｌ又はＡｕ等の導電性金属材料からなり、平条形状を有するリボンワイヤにより置きかえられても良い。
【００１３】
本実施形態に係る窒化物半導体装置１０は、図２に示すようなスイッチング回路に利用される。本実施形態に係るスイッチング回路は、コイル（Ｌ負荷）に流れる電流を制御するリニアソレノイド駆動装置であり、直流電源３１とコイル３２と制御回路３３と窒化物半導体装置１０とから構成される。直流電源３１は、例えばバッテリであり、その正極は窒化物半導体装置１０のドレインリード（ドレイン端子）ＬＤと制御回路３３の電源端子３３１とに接続され、その負極は接地される。コイル３２の一端は窒化物半導体装置１０の第１のソースリード（第１のソース端子）ＬＳ１に接続され、他端は接地される。制御回路３３は、上述した電源端子と窒化物半導体装置１０のゲートリードＬＧに接続される端子３３２と第２のソースリードＬＳ２に接続される端子３３３と接地される端子とを少なくとも備える。また、制御回路３３はその外部機器（図示せず）から出力される信号に基づき、窒化物半導体装置１０の第２のソースリードＬＳ２とゲートリードＬＧとの間に、ソースリードＬＳ２の電位を基準とした電圧信号を出力し、窒化物半導体装置１０をオンオフ動作させる。窒化物半導体装置１０がオンすると、直流電源３１の正極→ドレインリードＬＤ→第１のソースリードＬＳ１→コイル３２という経路で電流が流れる。窒化物半導体装置１０がオフすると、ドレインリードＬＤと第１のソースリードＬＳ１との間の電流経路が遮断され、第１のソースリードＬＳ１の電位が上昇する。
【００１４】
上記の説明のように、図１に示した窒化物半導体装置１０は、電流経路用の第１のソースリードＬＳ１とゲートバイアス用の第２のソースリードＬＳ２とが個別のリードとして配置される。そのため、窒化物ＦＥＴ１をオンオフさせる際に電流経路における寄生インダクタンスの影響を受けにくく、窒化物ＦＥＴ１を高速に精度良くスイッチングすることができる。
【００１５】
また、第１のソースリードＬＳ１は、比較的幅広に形成されるため、電流経路における寄生インダクタンスを低減させることができるとともに、窒化物半導体装置１０の放熱性が改善される。
【００１６】
上記のように、本発明は実施形態によって記載したが、この開示の一部をなす論述及び図面はこの発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施形態、実施例及び運用技術が明らかとなろう。即ち、本発明はここでは記載していない様々な実施形態等を含むことは勿論である。したがって、本発明の技術的範囲は上記の説明から妥当な特許請求の範囲に係る発明特定事項によってのみ定められるものである。
【符号の説明】
【００１７】
１ 窒化物ＦＥＴ
２ リードフレーム
２１ インナーリード
２２ アウターリード
２３ ダイパッド
ＬＤ ドレインリード
ＬＳ１ 第１のソースリード
ＬＳ２ 第２のソースリード
ＬＧ ゲートリード
【特許請求の範囲】
【請求項１】
窒化物ＦＥＴと、複数のリードを含むリードフレームと、を備え、
前記窒化物ＦＥＴは少なくとも第１の主電極と第２の主電極と制御電極とを有し、
前記リードフレームは、前記第１の主電極に接続される第１のリードと、前記第２の主電極に接続される第２のリード及び第３のリードと、前記制御電極に接続される第４のリードと、を有し、
前記窒化物ＦＥＴは、前記第３のリードと前記第４のリードとの間に印加される電圧に応じて前記第１のリードと前記第２のリードとの間に電流を流すことを特徴とする窒化物半導体装置。
【請求項２】
前記第２のリードは、前記第３のリード及び前記第４のリードよりも寄生インダクタンスが低くなるように構成されていることを特徴とする請求項１に記載の窒化物半導体装置。
【請求項１】
窒化物ＦＥＴと、複数のリードを含むリードフレームと、を備え、
前記窒化物ＦＥＴは少なくとも第１の主電極と第２の主電極と制御電極とを有し、
前記リードフレームは、前記第１の主電極に接続される第１のリードと、前記第２の主電極に接続される第２のリード及び第３のリードと、前記制御電極に接続される第４のリードと、を有し、
前記窒化物ＦＥＴは、前記第３のリードと前記第４のリードとの間に印加される電圧に応じて前記第１のリードと前記第２のリードとの間に電流を流すことを特徴とする窒化物半導体装置。
【請求項２】
前記第２のリードは、前記第３のリード及び前記第４のリードよりも寄生インダクタンスが低くなるように構成されていることを特徴とする請求項１に記載の窒化物半導体装置。
【図１】
【図２】
【図２】
【公開番号】特開２０１３−２６３４２（Ｐ２０１３−２６３４２Ａ）
【公開日】平成２５年２月４日（２０１３．２．４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１５８１６０（Ｐ２０１１−１５８１６０）
【出願日】平成２３年７月１９日（２０１１．７．１９）
【出願人】（０００１０６２７６）サンケン電気株式会社 (982)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年２月４日（２０１３．２．４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年７月１９日（２０１１．７．１９）
【出願人】（０００１０６２７６）サンケン電気株式会社 (982)
【Ｆターム（参考）】
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