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JP7616381B2 - Semiconductor device and power conversion device - Google Patents
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Description

本発明は、半導体装置の構成に係り、特に、複数の低圧素子を直列接続して構成するカスコード型の高圧素子に適用して有効な技術に関する。The present invention relates to the configuration of a semiconductor device, and in particular to technology that is effective when applied to a cascode-type high-voltage element configured by connecting multiple low-voltage elements in series.

パワートランジスタやパワーダイオード等のパワー半導体デバイスの開発では、高い耐圧を備えつつ、オン抵抗が低く、スイッチング損失の少ないデバイスを製造することが重要な課題である。 In the development of power semiconductor devices such as power transistors and power diodes, an important challenge is to manufacture devices that have high voltage resistance, low on-resistance, and minimal switching losses.

パワートランジスタは、通常、ボディ領域とドレイン領域の間に配置され、かつ、ドレイン領域よりも低濃度にドープされたドリフト領域を持つ。従来のパワートランジスタのオン抵抗は、電流が流れる方向のドリフト領域の長さとドリフト領域のドーピング濃度に依存し、ドリフト領域の長さを短くするか、またはドリフト領域のドーピング濃度を高くするとオン抵抗が低下する。 A power transistor typically has a drift region that is located between the body region and the drain region and is lightly doped relative to the drain region. The on-resistance of a conventional power transistor depends on the length of the drift region in the direction of current flow and the doping concentration of the drift region, and shortening the length of the drift region or increasing the doping concentration of the drift region reduces the on-resistance.

しかしながら、ドリフト領域の長さを短くする、或いはドリフト領域のドーピング濃度を上げるとデバイスの耐圧が低下するという問題がある。However, shortening the length of the drift region or increasing the doping concentration of the drift region reduces the device's breakdown voltage.

所定の耐圧を持つパワートランジスタのオン抵抗を低減する方法として、ドリフト領域に相補的にドープされた補償領域を設ける技術や、ドリフト領域から誘電的に絶縁され、例えばトランジスタのゲートまたはソース端子に接続されるフィールドプレートをドリフト領域に設ける技術等が良く知られている。Well-known methods for reducing the on-resistance of a power transistor with a given breakdown voltage include providing a complementarily doped compensation region in the drift region, and providing a field plate in the drift region that is dielectrically insulated from the drift region and connected, for example, to the gate or source terminal of the transistor.

これらのタイプのパワートランジスタでは、補償ゾーンまたはフィールドプレートは、デバイスがオフ状態の時にドリフト領域のドーピング電荷を部分的に補償するため、ドリフト領域へのより高濃度なドーピングが可能になり、耐圧を低下させることなくオン抵抗の低減が可能である。但し、これらのデバイスの出力容量は大きくなる傾向にある。In these types of power transistors, the compensation zone or field plate partially compensates for the doping charge in the drift region when the device is in the off state, allowing for a higher doping concentration in the drift region, lowering the on-resistance without reducing the breakdown voltage. However, the output capacitance of these devices tends to be higher.

本技術分野の背景技術として、例えば、特許文献1のような技術がある。特許文献1には「複数のパワートランジスタをカスコード接続で自律的に制御することによって耐圧を向上するとともに出力容量を小さくできる半導体素子」が開示されている。 As background technology in this technical field, for example, there is technology such as that in Patent Document 1. Patent Document 1 discloses "a semiconductor element that can improve the withstand voltage and reduce the output capacity by autonomously controlling multiple power transistors in a cascode connection."

特許文献1の技術は、耐圧向上、オン抵抗の低減、スイッチング損失の低減といったパワートランジスタの性能面でのメリットのみならず、カスコードの接続段数により耐圧を変化することができるという設計容易化のメリットも有する。The technology of Patent Document 1 not only provides benefits in terms of power transistor performance, such as improved breakdown voltage, reduced on-resistance, and reduced switching losses, but also simplifies design by allowing the breakdown voltage to be changed by the number of cascode connection stages.

米国特許出願公開第2012/0175635号明細書US Patent Application Publication No. 2012/0175635

しかしながら、上記特許文献1で開示されている技術は、ゲート電極を1つ前の段のソース電極と接続するカスコード接続を用いているために、次のような課題を有している。However, the technology disclosed in the above-mentioned Patent Document 1 has the following problems because it uses a cascode connection that connects the gate electrode to the source electrode of the previous stage:

[課題1]
2段目以降のパワートランジスタはゲート電圧が0Vで導通するノーマリオン型のパワートランジスタを用いる必要があるため、パワートランジスタの設計や製造プロセスの自由度が低くなる。また、パワートランジスタをオン(導通)するとき、ゲート-ソース間電圧を0V以上にできないため、チャネル抵抗を十分に小さくできないという問題がある。
[Problem 1]
The power transistors in the second and subsequent stages must be normally-on type power transistors that conduct when the gate voltage is 0 V, which reduces the freedom in design and manufacturing process of the power transistors. In addition, when the power transistor is turned on (conducting), the gate-source voltage cannot be made higher than 0 V, which causes a problem in that the channel resistance cannot be made sufficiently small.

[課題2]
特許文献1では、2段目以降のパワートランジスタの耐圧はゲート酸化膜の耐圧で制限され、個別のパワートランジスタの耐圧は通常20V程度に制限される。また、高い耐圧を得るためには、カスコード接続の段数を増やす必要があるが、段数が増加するにつれてパワートランジスタのチャネルやパワートラジスタ同士を接続するコンタクトが増加し寄生抵抗が大きくなるという問題がある。
[Problem 2]
In Patent Document 1, the withstand voltage of power transistors in the second and subsequent stages is limited by the withstand voltage of the gate oxide film, and the withstand voltage of each individual power transistor is usually limited to about 20 V. In addition, to obtain a high withstand voltage, it is necessary to increase the number of stages of the cascode connection, but as the number of stages increases, the number of channels of the power transistors and the number of contacts connecting the power transistors increase, which causes a problem of increasing parasitic resistance.

[課題3]
複数のパワートランジスタを直列接続して構成するため、信頼性が問題となる。
[Problem 3]
Since it is configured by connecting multiple power transistors in series, reliability becomes an issue.

例えば、特許文献1では、直列接続されたパワートランジスタの内、1つでもパワートランジスタのソース-ドレイン間が破壊された場合、当該破壊されたパワートランジスタの次段以降のパワートランジスタは全てオフすることができなくなるため、直列段数が大きくなる程、故障確率が増加するという問題がある。For example, in Patent Document 1, if the source-drain region of even one of the power transistors connected in series is destroyed, all power transistors in the stage following the destroyed power transistor cannot be turned off, resulting in a problem that the probability of failure increases as the number of stages in series increases.

そのため、上記の課題1に対して、直列接続された複数のパワートランジスタのうち2段目以降のパワートランジスタがノーマリオフ型でも初段のパワートランジスタに連動して自律的に制御可能な回路構成、すなわち初段のパワートランジスタがオンの時に2段目以降のパワートランジスタに生のゲート-ソース間電圧を印加できる回路構成を有する半導体装置の実現が望まれる。Therefore, in order to address the above-mentioned problem 1, it is desirable to realize a semiconductor device having a circuit configuration in which the second-stage or later power transistors among multiple power transistors connected in series can be controlled autonomously in conjunction with the first-stage power transistor even if they are normally-off type, in other words, a circuit configuration in which a raw gate-source voltage can be applied to the second-stage or later power transistors when the first-stage power transistor is on.

また、上記の課題2に対して、直列接続された複数のパワートランジスタのうち一部のパワートランジスタがソース-ドレイン間耐圧不良(ショート)になってもその他のパワートランジスタをオフすることができ、直列接続された一連のパワートランジスタ全体としての耐圧が著しく低下しない半導体装置の実現が望まれる。In addition, to address the above-mentioned problem 2, it is desirable to realize a semiconductor device in which, even if some of the multiple power transistors connected in series have a source-drain breakdown voltage failure (short circuit), the other power transistors can be turned off, and the breakdown voltage of the entire series of power transistors connected in series does not decrease significantly.

さらに、上記の課題3に対して、パワートランジスタの持つ抵抗成分の内、チャネル抵抗やコンタクト抵抗等の寄生抵抗の比率を適正に設計し、ある目標耐圧に対して、直列接続の2段目以降のパワートランジスタの直列接続の段数を自由に設計できることが重要である。すなわち、2段目以降のパワートランジスタの耐圧がゲート酸化膜の耐圧で制限されない半導体装置の実現が望まれる。Furthermore, in order to address issue 3 above, it is important to be able to appropriately design the ratio of parasitic resistances, such as channel resistance and contact resistance, among the resistance components of a power transistor, and to be able to freely design the number of series-connected power transistors from the second stage onwards for a certain target breakdown voltage. In other words, it is desirable to realize a semiconductor device in which the breakdown voltage of power transistors from the second stage onwards is not limited by the breakdown voltage of the gate oxide film.

そこで、本発明の目的は、複数のパワートランジスタを直列接続して構成するカスコード型の半導体装置において、個々のパワートランジスタにノーマリオフ型のパワートランジスタを用いることができ、なおかつ、個々のパワートランジスタのソース-ドレイン間耐圧とゲート-ソース間耐圧を独立に設計可能であり、一部のパワートランジスタのソース-ドレイン間が耐圧不良になった場合であっても半導体装置全体として著しく耐圧が低下しない、設計・製造上の自由度及び信頼性の高い半導体装置とそれを用いた電力変換装置を提供することにある。 Therefore, the object of the present invention is to provide a semiconductor device having a high degree of freedom in design and manufacturing and high reliability, in which a normally-off type power transistor can be used for each power transistor in a cascode-type semiconductor device configured by connecting a plurality of power transistors in series, and in which the source-drain breakdown voltage and gate-source breakdown voltage of each power transistor can be designed independently, and in which the breakdown voltage of the semiconductor device as a whole does not decrease significantly even if the source-drain of some power transistors becomes defective in breakdown voltage, and a power conversion device using the same.

上記課題を解決するために、本発明は、1段目のゲートにゲート駆動回路からの駆動信号が入力され、前段のドレインと次段のソースとが直列接続された多段接続の複数の半導体素子を備えた半導体装置において、N型とP型とのうちの一方の導電型を第1導電型とし、他方の導電型を第2導電型としたとき、前記複数の半導体素子は第1導電型MOSFETであり、前記ゲート駆動回路から1段目の半導体素子のゲートにオン駆動信号が入力される際、前記オン駆動信号を2段目以降の半導体素子に供給して、前記2段目以降の半導体素子をオンさせる1つまたは複数の第1の第2導電型MOSFETと、前記ゲート駆動回路から前記1段目の半導体素子のゲートにオフ駆動信号が入力される際、前記第1の第2導電型MOSFETがオフするとともに、前記2段目以降の半導体素子のゲートに、前段の半導体素子のソースまたはドレインの電圧を供給して前記2段目以降の半導体素子をオフする1つまたは複数の第2の第2導電型MOSFETと、を備えることを特徴とする。In order to solve the above problem, the present invention provides a semiconductor device having a plurality of semiconductor elements connected in multiple stages in which a drive signal from a gate drive circuit is input to the gate of a first stage and the drain of a previous stage and the source of a next stage are connected in series, and when one of the N-type and P-type conductivity types is a first conductivity type and the other conductivity type is a second conductivity type, the plurality of semiconductor elements are first conductivity type MOSFETs, and when an on drive signal is input from the gate drive circuit to the gate of the first stage semiconductor element, one or more first second conductivity type MOSFETs supply the on drive signal to the second stage or later semiconductor elements to turn on the second stage or later semiconductor elements, and one or more second second conductivity type MOSFETs turn off when an off drive signal is input from the gate drive circuit to the gate of the first stage semiconductor element and supply the source or drain voltage of the previous stage semiconductor element to the gate of the second stage or later semiconductor element to turn off the second stage or later semiconductor elements.

本発明によれば、複数のパワートランジスタを直列接続して構成するカスコード型の半導体装置において、個々のパワートランジスタにノーマリオフ型のパワートランジスタを用いることができ、なおかつ、個々のパワートランジスタのソース-ドレイン間耐圧とゲート-ソース間耐圧を独立に設計可能であり、一部のパワートランジスタのソース-ドレイン間が耐圧不良になった場合であっても半導体装置全体として著しく耐圧が低下しない、設計・製造上の自由度及び信頼性の高い半導体装置とそれを用いた電力変換装置を実現することができる。 According to the present invention, in a cascode-type semiconductor device configured by connecting multiple power transistors in series, normally-off type power transistors can be used for each of the power transistors, and the source-drain breakdown voltage and gate-source breakdown voltage of each power transistor can be designed independently. Even if the source-drain of some power transistors becomes defective in breakdown voltage, the breakdown voltage of the semiconductor device as a whole does not decrease significantly. This makes it possible to realize a semiconductor device with high design and manufacturing freedom and reliability, and a power conversion device using the same.

上記した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。 Issues, configurations and effects other than those described above will become clear from the description of the embodiments below.

本発明の実施例1に係る半導体装置の構成を示す回路図である。1 is a circuit diagram showing a configuration of a semiconductor device according to a first embodiment of the present invention; 図1の変形例を示す図である。(変形例1)Fig. 2 is a diagram showing a modification of Fig. 1 (Modification 1). 本発明の実施例2に係る半導体装置の構成を示す回路図である。FIG. 11 is a circuit diagram showing a configuration of a semiconductor device according to a second embodiment of the present invention. 図3の変形例を示す図である。(変形例2)Fig. 4 is a diagram showing a modification of Fig. 3 (Modification 2).

以下、図面を用いて本発明の実施例を説明する。なお、各図面において同一の構成については同一の符号を付し、重複する部分についてはその詳細な説明は省略する。Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. Note that the same components in each drawing are given the same reference numerals, and detailed descriptions of overlapping parts will be omitted.

図1を参照して、本発明の実施例1の半導体装置について説明する。図1は、本実施例の半導体装置の構成を示す回路図である。A semiconductor device according to a first embodiment of the present invention will be described with reference to Fig. 1. Fig. 1 is a circuit diagram showing the configuration of the semiconductor device according to the first embodiment.

なお、図1では、半導体装置を構成するパワートランジスタとして横型MOSFETを用いた例を示しているが、直列接続するパワートランジスタにIGBTとダイオードを逆接続したものや、窒化ガリウム(GaN)等の材料を用いたHEMT(High Electron Mobility Transistor:高電子移動度トランジスタ)を用いても良い。In addition, while Figure 1 shows an example in which a lateral MOSFET is used as the power transistor that constitutes the semiconductor device, it is also possible to use a power transistor in which an IGBT and a diode are connected in reverse to be connected in series, or a HEMT (High Electron Mobility Transistor) made of a material such as gallium nitride (GaN).

本実施例の半導体装置11は、図1に示すように、ゲート駆動回路0と、N型MOSFET1と、N型MOSFET2aと、N型MOSFET2bと、P型MOSFET3aと、P型MOSFET3bと、P型MOSFET4aと、P型MOSFET4bとを備えて構成されている。なお、ゲート駆動回路0を半導体装置11に内蔵せず、半導体装置11の外部に設けられたゲート駆動回路0からの駆動信号が入力されるようにしてもよい。1, the semiconductor device 11 of this embodiment is configured to include a gate drive circuit 0, an N-type MOSFET 1, an N-type MOSFET 2a, an N-type MOSFET 2b, a P-type MOSFET 3a, a P-type MOSFET 3b, a P-type MOSFET 4a, and a P-type MOSFET 4b. Note that the gate drive circuit 0 may not be built into the semiconductor device 11, and a drive signal may be input from a gate drive circuit 0 provided outside the semiconductor device 11.

N型MOSFET1により1段目の回路が構成され、N型MOSFET2a、P型MOSFET3a、P型MOSFET4aにより2段目の回路10aが構成されており、N型MOSFET2b、P型MOSFET3b、P型MOSFET4bにより3段目の回路10bが構成されている。 The first stage circuit is formed by an N-type MOSFET 1, the second stage circuit 10a is formed by an N-type MOSFET 2a, a P-type MOSFET 3a, and a P-type MOSFET 4a, and the third stage circuit 10b is formed by an N-type MOSFET 2b, a P-type MOSFET 3b, and a P-type MOSFET 4b.

N型MOSFET1のドレインは次段のN型MOSFET2aのソースに接続され、N型MOSFET2aのドレインは次段のN型MOSFET2bのソースに接続されている。図1のように、複数のN型MOSFET1~2bを直列接続することで、高耐圧な半導体装置11を構成している。 The drain of N-type MOSFET 1 is connected to the source of N-type MOSFET 2a in the next stage, and the drain of N-type MOSFET 2a is connected to the source of N-type MOSFET 2b in the next stage. As shown in Figure 1, a high-voltage semiconductor device 11 is configured by connecting multiple N-type MOSFETs 1 to 2b in series.

なお、1段目のN型MOSFET1はノーマリオフ型、ノーマリオン型のいずれでもよく、2段目以降のN型MOSFET2a,2bはノーマリオフ型である。 The N-type MOSFET 1 in the first stage may be either a normally-off type or a normally-on type, and the N-type MOSFETs 2a and 2b in the second stage and thereafter are normally-off type.

ここで、本実施例では一例として、N型MOSFET1,2a,2b及びP型MOSFET3a,3b,4a,4bのドレイン-ソース間耐圧が20Vであるとする。 Here, in this embodiment, as an example, it is assumed that the drain-source breakdown voltage of N-type MOSFETs 1, 2a, 2b and P-type MOSFETs 3a, 3b, 4a, 4b is 20V.

ゲート駆動回路0は、1段目のN型MOSFET1のゲートに接続されている。 The gate drive circuit 0 is connected to the gate of the first stage N-type MOSFET 1.

2段目の回路10aのP型MOSFET3aは、ソースがその段のN型MOSFET2aのゲートに接続され、ドレインはその段のN型MOSFET2aのソースに接続され、ゲートは前段のN型MOSFET1のゲートに接続されている。 The P-type MOSFET 3a in the second stage circuit 10a has a source connected to the gate of the N-type MOSFET 2a of that stage, a drain connected to the source of the N-type MOSFET 2a of that stage, and a gate connected to the gate of the N-type MOSFET 1 of the previous stage.

2段目の回路10aのP型MOSFET4aは、ソースがその段のN型MOSFET2aのゲートとその段のP型MOSFET3aのソースに接続され、ドレインは前段のN型MOSFET1のゲートとその段のP型MOSFET3aのゲートに接続され、ゲートはその段のN型MOSFET2aのソースとその段のP型MOSFET3aのドレインと前段のN型MOSFET1のドレインに接続されている。 The P-type MOSFET 4a in the second stage circuit 10a has a source connected to the gate of the N-type MOSFET 2a of that stage and the source of the P-type MOSFET 3a of that stage, a drain connected to the gate of the N-type MOSFET 1 of the previous stage and the gate of the P-type MOSFET 3a of that stage, and a gate connected to the source of the N-type MOSFET 2a of that stage, the drain of the P-type MOSFET 3a of that stage, and the drain of the N-type MOSFET 1 of the previous stage.

回路10bを構成するN型MOSFET2b、P型MOSFET3b,4bの接続関係は、回路10aを構成するN型MOSFET2a、P型MOSFET3a,4aの接続関係と同様である。つまり、図1は、1段目の回路の次段に、2段目以降として回路10aと同じものを2直列に接続したものである。本実施例では2直列の例を図示しているが、直列数は目標とする耐圧に応じて任意に変更してよく、また、直列数は1でもよい。The connection relationship of the N-type MOSFET 2b and the P-type MOSFETs 3b and 4b constituting the circuit 10b is the same as that of the N-type MOSFET 2a and the P-type MOSFETs 3a and 4a constituting the circuit 10a. In other words, in FIG. 1, two circuits identical to the circuit 10a are connected in series as the second and subsequent stages in the stage following the first stage circuit. In this embodiment, an example of two series is shown, but the number of series may be changed arbitrarily depending on the target withstand voltage, and the number of series may be one.

本実施例では、上記のように接続されたN型MOSFET1,2a,2b及びP型MOSFET3a,3b,4a,4bを1つの半導体装置11として動作させる。In this embodiment, the N-type MOSFETs 1, 2a, 2b and the P-type MOSFETs 3a, 3b, 4a, 4b connected as described above are operated as a single semiconductor device 11.

従って、半導体装置11は、ゲートがN型MOSFET1のゲート、ソースはN型MOSFET1のソース、ドレインはN型MOSFET2bのドレインとなる。 Therefore, in semiconductor device 11, the gate is the gate of N-type MOSFET 1, the source is the source of N-type MOSFET 1, and the drain is the drain of N-type MOSFET 2b.

次に、動作について説明する。 Next, we will explain how it works.

[動作例1]
先ず、N型MOSFET2bのドレインに電圧が印加され、ゲート駆動回路0がオフ信号(≦0V)を出力している状態を説明する。
[Operation example 1]
First, a state in which a voltage is applied to the drain of the N-type MOSFET 2b and the gate drive circuit 0 outputs an off signal (≦0V) will be described.

ゲート駆動回路0の信号によってN型MOSFET1はオフ状態であり、N型MOSFET1のドレインの電位は上昇する。 The signal from gate drive circuit 0 turns off N-type MOSFET 1, and the potential at the drain of N-type MOSFET 1 rises.

すると、P型MOSFET4aのゲート電圧(すなわちN型MOSFET1のドレイン電圧)が上昇し、P型MOSFET4aのゲート-ソース間電圧がP型MOSFET4aのゲート閾値電圧を上回り、P型MOSFET4aはオフ状態になる。As a result, the gate voltage of the P-type MOSFET 4a (i.e. the drain voltage of the N-type MOSFET 1) rises, the gate-source voltage of the P-type MOSFET 4a exceeds the gate threshold voltage of the P-type MOSFET 4a, and the P-type MOSFET 4a enters the off state.

また、P型MOSFET3aのドレイン電圧(すなわちN型MOSFET1のドレイン電圧)が上昇すると、P型MOSFET3aの内臓ダイオードが導通するため、P型MOSFET3aのソース電圧も連動して上昇する。 In addition, when the drain voltage of P-type MOSFET 3a (i.e., the drain voltage of N-type MOSFET 1) rises, the built-in diode of P-type MOSFET 3a becomes conductive, and the source voltage of P-type MOSFET 3a also rises in tandem.

P型MOSFET3aのゲート-ソース間電圧がP型MOSFET3aのゲート閾値電圧を下回り、P型MOSFET3aはオン状態になる。 The gate-source voltage of P-type MOSFET 3a falls below the gate threshold voltage of P-type MOSFET 3a, and P-type MOSFET 3a turns on.

上記のP型MOSFET4aがオフし、P型MOSFET3aがオンする動作によってN型MOSFET2aのゲートはN型MOSFET2aのソースと同電位になり、N型MOSFET2aはノーマリオフ型であるためオフ状態になる。 As a result of the above-mentioned P-type MOSFET 4a being turned off and P-type MOSFET 3a being turned on, the gate of N-type MOSFET 2a becomes at the same potential as the source of N-type MOSFET 2a, and since N-type MOSFET 2a is a normally-off type, it is turned off.

上記の一連の動作がP型MOSFE3b、P型MOSFET4b、N型MOSFET2bでも生じてN型MOSFET2bもオフ状態になり、半導体装置11全体としてオフ状態になり、高い耐電圧性能が発揮される。The above series of operations also occurs in P-type MOSFET 3b, P-type MOSFET 4b, and N-type MOSFET 2b, turning N-type MOSFET 2b off, and the entire semiconductor device 11 turns off, demonstrating high voltage resistance performance.

[動作例2]
次に、負荷(図示せず)を介してN型MOSFET2bのドレインに電圧が印加され、ゲート駆動回路0がオン信号(例:15V)を出力している状態を説明する。
[Operation example 2]
Next, a state will be described in which a voltage is applied to the drain of the N-type MOSFET 2b via a load (not shown) and the gate drive circuit 0 outputs an ON signal (for example, 15V).

ゲート駆動回路0の信号によってN型MOSFET1はオン状態になり、N型MOSFET1のドレインの電位は低下する。 The signal from gate drive circuit 0 turns on N-type MOSFET 1, causing the potential at the drain of N-type MOSFET 1 to decrease.

すると、P型MOSFET4aのゲート電圧(すなわちN型MOSFET1のドレイン)が低下し、P型MOSFET4aのゲート-ソース間電圧がP型MOSFET4aのゲート閾値電圧を下回りP型MOSFET4aはオン状態になる。As a result, the gate voltage of the P-type MOSFET 4a (i.e. the drain of the N-type MOSFET 1) drops, the gate-source voltage of the P-type MOSFET 4a falls below the gate threshold voltage of the P-type MOSFET 4a, and the P-type MOSFET 4a turns on.

また、P型MOSFET4aがオン状態になることによって、P型MOSFET3aのゲート-ソース間電圧がP型MOSFET3aのゲート閾値電圧を上回りP型MOSFET3aがオフ状態になる。 In addition, when the P-type MOSFET 4a is turned on, the gate-source voltage of the P-type MOSFET 3a exceeds the gate threshold voltage of the P-type MOSFET 3a, and the P-type MOSFET 3a is turned off.

上記のP型MOSFET4aがオンし、 P型MOSFET3aがオフする動作によってN型MOSFET2aのゲートにはゲート駆動回路0からのオン信号(例:15V)が供給され、N型MOSFET2aはオン状態になる。 As a result of the above-mentioned P-type MOSFET 4a being turned on and P-type MOSFET 3a being turned off, an on signal (e.g. 15V) is supplied to the gate of N-type MOSFET 2a from gate drive circuit 0, and N-type MOSFET 2a is turned on.

この時、N型MOSFET2aのゲート-ソース間には十分大きな電圧が印加されるため、N型MOSFET2aのチャネル抵抗を十分小さくすることができる。At this time, a sufficiently large voltage is applied between the gate and source of the N-type MOSFET 2a, making the channel resistance of the N-type MOSFET 2a sufficiently small.

上記の一連の動作がP型MOSFET3b、P型MOSFET4b、N型MOSFET2bでも生じてN型MOSFET2bもオン状態になり、半導体装置11全体としてオン状態になり、電流を導通させることができる。The above series of operations also occurs in P-type MOSFET 3b, P-type MOSFET 4b, and N-type MOSFET 2b, causing N-type MOSFET 2b to turn on, and the entire semiconductor device 11 to turn on and conduct current.

[動作例3]
次に、ゲート駆動回路0がオン信号(例:15V)を出力している状態で、主回路の短絡
等によってN型MOSFET2bのドレインに通常動作時より大きな電圧が印加される状態を説明する。
[Operation example 3]
Next, a state will be described in which a voltage higher than that during normal operation is applied to the drain of the N-type MOSFET 2b due to a short circuit in the main circuit or the like while the gate drive circuit 0 is outputting an ON signal (e.g., 15V).

基本的には負荷(図示せず)を介してN型MOSFET2bのドレインに電圧が印加され、ゲート駆動回路0がオン信号(例:15V)を出力している状態と同様に動作し、電流が導通
するが、N型MOSFET2bのドレインに大きな電圧が印加されるため、N型MOSFET2bのソース電位も上昇する。
Basically, a voltage is applied to the drain of N-type MOSFET 2b via a load (not shown), and the circuit operates in the same manner as when the gate drive circuit 0 is outputting an on signal (e.g., 15 V), and a current flows. However, because a large voltage is applied to the drain of N-type MOSFET 2b, the source potential of N-type MOSFET 2b also rises.

一方、N型MOSFET2bのゲートにはグラウンドに対して電圧(例:15V)が印加されるため、N型MOSFET2bのゲート-ソース間電圧はN型MOSFET2bのソース電位の上昇に伴い低下する。 On the other hand, since a voltage (e.g. 15 V) is applied to the gate of N-type MOSFET 2b relative to ground, the gate-source voltage of N-type MOSFET 2b decreases as the source potential of N-type MOSFET 2b increases.

その結果、N型MOSFET2bのチャネル抵抗が大きくなり、過大な電流の導通を抑制できる。As a result, the channel resistance of N-type MOSFET 2b increases, preventing excessive current conduction.

従って、本実施例の半導体装置11によれば短絡等での過大な電流の導通を抑制するこ
とができる。
Therefore, the semiconductor device 11 of this embodiment can suppress the conduction of an excessive current due to a short circuit or the like.

[動作例4]
次に、N型MOSFET2aのドレイン-ソース間がショートする不良が発生した場合の動作について説明する。
[Operation Example 4]
Next, the operation when a defect occurs in which the drain and source of the N-type MOSFET 2a are short-circuited will be described.

先ず、N型MOSFET2bのドレインに電圧が印加され、ゲート駆動回路0がオフ信号(≦0V)を出力している状態を説明する。First, we will explain the state in which a voltage is applied to the drain of N-type MOSFET 2b and gate drive circuit 0 outputs an off signal (≦0V).

上述した通り、ゲート駆動回路0の信号によってN型MOSFET1,P型MOSFET4aはオフ状態、P型MOSFET3aはオン状態になるが、N型MOSFET2aのドレイン-ソース間はショートしているためN型MOSFET2aのドレイン-ソース間にはほとんど電位差が発生しない。As described above, the signal from gate drive circuit 0 turns N-type MOSFET 1 and P-type MOSFET 4a off and P-type MOSFET 3a on, but because the drain and source of N-type MOSFET 2a are shorted, almost no potential difference is generated between the drain and source of N-type MOSFET 2a.

P型MOSFET4bのゲート電圧(すなわちN型MOSFET2aのドレイン電圧)が十分に上がらないが、P型MOSFET4bのゲート-ソース間電圧がP型MOSFET4bのゲート閾値電圧に低下するまでN型MOSFET2bのゲート-ソース間に蓄積された電荷を放電すればP型MOSFET4bはオフ状態になる。Although the gate voltage of the P-type MOSFET 4b (i.e. the drain voltage of the N-type MOSFET 2a) does not rise sufficiently, if the charge accumulated between the gate and source of the N-type MOSFET 2b is discharged until the gate-source voltage of the P-type MOSFET 4b falls to the gate threshold voltage of the P-type MOSFET 4b, the P-type MOSFET 4b will be turned off.

本実施例のN型MOSFET2bのゲート閾値電圧とP型MOSFET4bのゲート閾値電圧の和が正の値を取る場合(例えば、N型MOSFET2bのゲート閾値電圧が3V、P型MOSFET4bのゲート閾値電圧が-2V)、この時のN型MOSFET2bのゲート-ソース間電圧はゲート閾値電圧以下になるため、N型MOSFET2bもオフ状態となる。In this embodiment, when the sum of the gate threshold voltage of N-type MOSFET 2b and the gate threshold voltage of P-type MOSFET 4b is a positive value (for example, the gate threshold voltage of N-type MOSFET 2b is 3 V and the gate threshold voltage of P-type MOSFET 4b is -2 V), the gate-source voltage of N-type MOSFET 2b at this time becomes lower than the gate threshold voltage, and therefore N-type MOSFET 2b is also turned off.

また、本実施例のP型MOSFET3bのゲート閾値電圧≧P型MOSFET4bのゲート閾値電圧の場合(例えば、P型MOSFET4bのゲート閾値電圧が-2V、P型MOSFET3bのゲート閾値電圧が-1V)、この時のP型MOSFET3bはオン状態となり、N型MOSFET2bのゲートとソースが同電位となるため、N型MOSFET2bはオフ状態になる。 In addition, in this embodiment, when the gate threshold voltage of P-type MOSFET 3b is greater than or equal to the gate threshold voltage of P-type MOSFET 4b (for example, the gate threshold voltage of P-type MOSFET 4b is -2 V and the gate threshold voltage of P-type MOSFET 3b is -1 V), P-type MOSFET 3b is in the ON state, and the gate and source of N-type MOSFET 2b are at the same potential, so N-type MOSFET 2b is in the OFF state.

[動作例5]
次に、負荷(図示せず)を介してN型MOSFET2bのドレインに電圧が印加され、ゲート駆動回路0がオン信号(例:15V)を出力している状態を説明する。
[Operation Example 5]
Next, a state will be described in which a voltage is applied to the drain of the N-type MOSFET 2b via a load (not shown) and the gate drive circuit 0 outputs an ON signal (for example, 15V).

N型MOSFET2aのドレイン-ソース間がショートしていても、導通時には各パワートランジスタ(N型MOSFET1~2b)の各端子に印加される電圧は正常動作時と同様であり、正常時と同様に動作可能である。 Even if the drain and source of N-type MOSFET 2a are shorted, when the transistors are conductive, the voltage applied to each terminal of each power transistor (N-type MOSFETs 1 to 2b) is the same as during normal operation, and the transistors can operate in the same manner as normal.

以上によって、N型MOSFET2aのドレイン-ソース間がショートしている場合においてもN型MOSFET2b(直列数が多い場合は次段以降の全てのN型MOSFET)をオフすることができるため、正常時と比較して耐電圧性能の劣化は本来N型MOSFET2aが担う部分のみに限定される。また、導通動作に関しては正常時と同様に動作可能である。 As a result, even if the drain-source of N-type MOSFET 2a is shorted, N-type MOSFET 2b (or all N-type MOSFETs from the next stage onwards, if the number of series connections is large) can be turned off, so that the deterioration of voltage resistance performance compared to normal conditions is limited to only the part originally covered by N-type MOSFET 2a. Also, conduction operation is possible in the same way as normal conditions.

従って、半導体装置11全体のうちの一部のパワートランジスタ(例えば、N型MOSFET2a)のドレイン-ソース間がショートしても半導体装置11全体の動作を継続することができる。Therefore, even if a short occurs between the drain and source of some of the power transistors (e.g., N-type MOSFET 2a) in the entire semiconductor device 11, the operation of the entire semiconductor device 11 can continue.

≪変形例1≫
図2を参照して、上記で説明した本実施例の半導体装置の変形例を説明する。図2は、図1の変形例の構成を示す回路図である。
<Modification 1>
A modification of the semiconductor device of the present embodiment described above will be described with reference to Fig. 2. Fig. 2 is a circuit diagram showing the configuration of the modification of Fig. 1.

図1の構成との違いは、P型MOSFET3aのドレインが前段のN型MOSFET1のドレインではなくソースに接続され、P型MOSFET3bのドレインが前段のN型MOSFET2aのドレインではなくソース(と前段のP型MOSFET4aのゲート)に接続されていることである。 The difference from the configuration in Figure 1 is that the drain of P-type MOSFET 3a is connected to the source rather than the drain of the preceding N-type MOSFET 1, and the drain of P-type MOSFET 3b is connected to the source (and the gate of the preceding P-type MOSFET 4a) rather than the drain of the preceding N-type MOSFET 2a.

なお、本変形例の特徴は、2段目以降のN型MOSFET2a,2bはノーマリオフ型でもノーマリオン型でも良い点である。 A feature of this modified example is that the N-type MOSFETs 2a and 2b in the second and subsequent stages can be either normally-off type or normally-on type.

次に、動作について説明する。 Next, we will explain how it works.

[動作例6]
先ず、N型MOSFET2bのドレインに電圧が印加され、ゲート駆動回路0がオフ信号(≦0V)を出力している状態を説明する。
[Operation Example 6]
First, a state in which a voltage is applied to the drain of the N-type MOSFET 2b and the gate drive circuit 0 outputs an off signal (≦0V) will be described.

ゲート駆動回路0の信号によってN型MOSFET1はオフ状態であり、N型MOSFET1のドレインの電位は上昇する。 The signal from gate drive circuit 0 turns off N-type MOSFET 1, and the potential at the drain of N-type MOSFET 1 rises.

すると、P型MOSFET4aのゲート電圧(すなわちN型MOSFET1のドレイン電圧)が上昇し、P型MOSFET4aのゲート-ソース間電圧がP型MOSFET4aのゲート閾値電圧を上回り、P型MOSFET4aはオフ状態になる。As a result, the gate voltage of the P-type MOSFET 4a (i.e. the drain voltage of the N-type MOSFET 1) rises, the gate-source voltage of the P-type MOSFET 4a exceeds the gate threshold voltage of the P-type MOSFET 4a, and the P-type MOSFET 4a enters the off state.

また、P型MOSFET3aのゲート-ソース間電圧がP型MOSFET3aのゲート閾値電圧を下回り、P型MOSFET3aはオン状態になる。 In addition, the gate-source voltage of P-type MOSFET 3a falls below the gate threshold voltage of P-type MOSFET 3a, and P-type MOSFET 3a turns on.

上記のP型MOSFET4aがオフし、P型MOSFET3aがオンする動作によってN型MOSFET2aのゲートはN型MOSFET1のソースと同電位になり、すなわちN型MOSFET2aのゲート-ソース間には負の電圧が印加されるため、N型MOSFET2aはノーマリオン型であってもオフ状態になる。 As a result of the above-mentioned P-type MOSFET 4a being turned off and P-type MOSFET 3a being turned on, the gate of N-type MOSFET 2a has the same potential as the source of N-type MOSFET 1, i.e., a negative voltage is applied between the gate and source of N-type MOSFET 2a, so that N-type MOSFET 2a is turned off even though it is a normally-on type.

上記の一連の動作がP型MOSFET3b、P型MOSFET4b、N型MOSFET2bでも生じてN型MOSFET2bもオフ状態になり、半導体装置11全体としてオフ状態になり、高い耐電圧性能が発揮される。The above series of operations also occurs in P-type MOSFET 3b, P-type MOSFET 4b, and N-type MOSFET 2b, turning N-type MOSFET 2b off, and the entire semiconductor device 11 turns off, demonstrating high voltage resistance performance.

[動作例7]
次に、負荷(図示せず)を介してN型MOSFET2bのドレインに電圧が印加され、ゲート駆動回路0がオン信号(例:15V)を出力している状態を説明する。
[Operation Example 7]
Next, a state will be described in which a voltage is applied to the drain of the N-type MOSFET 2b via a load (not shown) and the gate drive circuit 0 outputs an ON signal (for example, 15V).

ゲート駆動回路0の信号によってN型MOSFET1はオン状態になり、N型MOSFET1のドレインの電位は低下する。 The signal from gate drive circuit 0 turns on N-type MOSFET 1, causing the potential at the drain of N-type MOSFET 1 to decrease.

すると、P型MOSFET4aのゲート電圧(すなわちN型MOSFET1のドレイン電圧)が低下し、P型MOSFET4aのゲート-ソース間電圧がP型MOSFET4aのゲート閾値電圧を下回りP型MOSFET4aはオン状態になる。As a result, the gate voltage of the P-type MOSFET 4a (i.e. the drain voltage of the N-type MOSFET 1) drops, the gate-source voltage of the P-type MOSFET 4a falls below the gate threshold voltage of the P-type MOSFET 4a, and the P-type MOSFET 4a turns on.

また、ゲート駆動回路0の信号によってP型MOSFET3aのゲート電圧が上昇し、P型MOSFET3aのゲート-ソース間電圧がP型MOSFET3aのゲート閾値電圧を上回りP型MOSFET3aがオフ状態になる。 In addition, the gate voltage of the P-type MOSFET 3a increases due to the signal from the gate drive circuit 0, causing the gate-source voltage of the P-type MOSFET 3a to exceed the gate threshold voltage of the P-type MOSFET 3a, turning off the P-type MOSFET 3a.

上記のP型MOSFET4aがオンし、 P型MOSFET3aがオフする動作によってN型MOSFET2aのゲートにはゲート駆動回路0からのオン信号(例:15V)が供給され、N型MOSFET2aはオン状態になる。 As a result of the above-mentioned P-type MOSFET 4a being turned on and P-type MOSFET 3a being turned off, an on signal (e.g. 15V) is supplied to the gate of N-type MOSFET 2a from gate drive circuit 0, and N-type MOSFET 2a is turned on.

この時、N型MOSFET2aのゲート-ソース間には十分大きな電圧が印加されるためN型MOSFET2aのチャネル抵抗を十分小さくすることができる。At this time, a sufficiently large voltage is applied between the gate and source of the N-type MOSFET 2a, making the channel resistance of the N-type MOSFET 2a sufficiently small.

上記の一連の動作がP型MOSFET3b、P型MOSFET4b、N型MOSFET2bでも生じてN型MOSFET2bもオン状態になり、半導体装置11全体としてオン状態になり、電流を導通させることができる。The above series of operations also occurs in P-type MOSFET 3b, P-type MOSFET 4b, and N-type MOSFET 2b, causing N-type MOSFET 2b to turn on, and the entire semiconductor device 11 to turn on and conduct current.

図3を参照して、本発明の実施例2の半導体装置について説明する。図3は、本実施例
の半導体装置の構成を示す回路図である。基本的な構成は実施例1と同様であり、異なる
点はP型MOSFET5a,5bが追加されている点である。実施例1と共通する部分に関しては適宜説明を省略あるいは簡略化して説明する。
A semiconductor device according to a second embodiment of the present invention will be described with reference to Fig. 3. Fig. 3 is a circuit diagram showing the configuration of the semiconductor device according to this embodiment. The basic configuration is the same as that of the first embodiment, and the difference is that P-type MOSFETs 5a and 5b are added. Descriptions of parts common to the first embodiment will be omitted or simplified as appropriate.

実施例1(図1)では、N型MOSFET1のゲートとN型MOSFET2aのゲートとの間に印加される電圧(N型MOSFET1のソース-ドレイン間電圧と同等)がP型MOSFET3aのゲートとソースの間に印加される電圧と等しいため、それぞれのN型MOSFET(1,2a,2b)のドレイン-ソース間に印加できる電圧は、N型MOSFET(1,2a,2b)のドレイン-ソース間耐圧の他にP型MOSFET3aのゲート-ソース間耐圧に制限される(一般的には20V程度)。 In Example 1 (Figure 1), the voltage applied between the gate of N-type MOSFET 1 and the gate of N-type MOSFET 2a (equivalent to the source-drain voltage of N-type MOSFET 1) is equal to the voltage applied between the gate and source of P-type MOSFET 3a, so the voltage that can be applied between the drain and source of each N-type MOSFET (1, 2a, 2b) is limited to the drain-source withstand voltage of the N-type MOSFET (1, 2a, 2b) as well as the gate-source withstand voltage of P-type MOSFET 3a (generally around 20V).

そこで、本実施例では、N型MOSFET(1,2a,2b)のドレイン-ソース間に印加できる電圧がP型MOSFET3aのゲート-ソース間耐圧に制限されない回路構成について説明する。Therefore, in this embodiment, a circuit configuration is described in which the voltage that can be applied between the drain and source of the N-type MOSFETs (1, 2a, 2b) is not limited by the gate-source withstand voltage of the P-type MOSFET 3a.

本実施例では一例として、N型MOSFET1,2a,2bのドレイン-ソース間耐圧が100Vであり、P型MOSFET3a,3b,4a,4bのドレイン-ソース間耐圧が20Vであるとする。また、P型MOSFET5a,5bの耐圧は80Vであるとする。 In this embodiment, as an example, the drain-source withstand voltage of N-type MOSFETs 1, 2a, and 2b is 100 V, and the drain-source withstand voltage of P-type MOSFETs 3a, 3b, 4a, and 4b is 20 V. In addition, the withstand voltage of P-type MOSFETs 5a and 5b is 80 V.

P型MOSFET3aは、ソースがN型MOSFET2aのゲートに接続され、ドレインはN型MOSFET2aのソースに接続され、ゲートはP型MOSFET4aのドレイン及びP型MOSFET5aのソースに接続されている。 The source of the P-type MOSFET 3a is connected to the gate of the N-type MOSFET 2a, the drain is connected to the source of the N-type MOSFET 2a, and the gate is connected to the drain of the P-type MOSFET 4a and the source of the P-type MOSFET 5a.

P型MOSFET4aは、ソースがN型MOSFET2aのゲートとP型MOSFET3aのソースに接続され、ドレインはP型MOSFET5aのソースとP型MOSFET3aのゲートに接続され、ゲートはN型MOSFET2aのソースとP型MOSFET3aのドレインとP型MOSFET5aのゲートに接続されている。 The source of the P-type MOSFET 4a is connected to the gate of the N-type MOSFET 2a and the source of the P-type MOSFET 3a, the drain is connected to the source of the P-type MOSFET 5a and the gate of the P-type MOSFET 3a, and the gate is connected to the source of the N-type MOSFET 2a, the drain of the P-type MOSFET 3a, and the gate of the P-type MOSFET 5a.

P型MOSFET5aは、ソースはP型MOSFET4aのドレインとP型MOSFET3aのゲートに接続され、ドレインはN型MOSFET1のゲートに接続され、ゲートはN型MOSFET2aのソースとP型MOSFET3aのドレインとP型MOSFET4aのゲートに接続されている。 The source of P-type MOSFET 5a is connected to the drain of P-type MOSFET 4a and the gate of P-type MOSFET 3a, the drain is connected to the gate of N-type MOSFET 1, and the gate is connected to the source of N-type MOSFET 2a, the drain of P-type MOSFET 3a, and the gate of P-type MOSFET 4a.

回路20bを構成するN型MOSFET2b、P型MOSFET3b,4b,5bの接続関係は、回路20aを構成するN型MOSFET2a、P型MOSFET3a,4a,5aの接続関係と同様である。つまり、図3の2段目以降は回路20aを2直列に接続したものである。本実施例では2直列の例を図示しているが、直列数は目標とする耐圧に応じて任意に変更してよい。 The connection relationship between the N-type MOSFET 2b and the P-type MOSFETs 3b, 4b, and 5b that constitute the circuit 20b is the same as the connection relationship between the N-type MOSFET 2a and the P-type MOSFETs 3a, 4a, and 5a that constitute the circuit 20a. In other words, the second stage and onwards in Figure 3 are two circuits 20a connected in series. In this embodiment, an example of two in series is shown, but the number of series connections may be changed as desired depending on the target withstand voltage.

本実施例では、上記のように接続されたN型MOSFET1,2a,2b及びP型MOSFET3a,3b,4a,4b,5a,5bを1つの半導体装置21として動作させる。In this embodiment, the N-type MOSFETs 1, 2a, 2b and the P-type MOSFETs 3a, 3b, 4a, 4b, 5a, 5b connected as described above are operated as a single semiconductor device 21.

次に、動作について説明する。 Next, we will explain how it works.

[動作例8]
先ず、N型MOSFET2bのドレインに電圧が印加され、ゲート駆動回路0がオフ信号(≦0V)を出力している状態を説明する。
[Operation example 8]
First, a state in which a voltage is applied to the drain of the N-type MOSFET 2b and the gate drive circuit 0 outputs an off signal (≦0V) will be described.

ゲート駆動回路0の信号によってN型MOSFET1はオフ状態であり、N型MOSFET1のドレインの電位は上昇する。 The signal from gate drive circuit 0 turns off N-type MOSFET 1, and the potential at the drain of N-type MOSFET 1 rises.

すると、P型MOSFET4aのゲート電圧(すなわちN型MOSFET1のドレイン電圧)が上昇し、P型MOSFET4aのゲート-ソース間電圧がP型MOSFET4aのゲート閾値電圧を上回り、P型MOSFET4aはオフ状態になる。As a result, the gate voltage of the P-type MOSFET 4a (i.e. the drain voltage of the N-type MOSFET 1) rises, the gate-source voltage of the P-type MOSFET 4a exceeds the gate threshold voltage of the P-type MOSFET 4a, and the P-type MOSFET 4a enters the off state.

また、P型MOSFET5aのゲート電圧(すなわちN型MOSFET1のドレイ電圧)が上昇し、P型MOSFET5aのゲート-ソース間電圧がP型MOSFET5aのゲート閾値電圧を上回り、P型MOSFET5aはオフ状態になる。 In addition, the gate voltage of P-type MOSFET 5a (i.e., the drain voltage of N-type MOSFET 1) rises, the gate-source voltage of P-type MOSFET 5a exceeds the gate threshold voltage of P-type MOSFET 5a, and P-type MOSFET 5a enters the off state.

また、P型MOSFET3aのドレイン電圧(すなわちN型MOSFET1のドレイン電圧)が上昇すると、P型MOSFET3aの内臓ダイオードが導通するため、P型MOSFET3aのソース電圧(すなわちP型MOSFET4aのソース電圧)も連動して上昇する。 In addition, when the drain voltage of P-type MOSFET 3a (i.e., the drain voltage of N-type MOSFET 1) rises, the built-in diode of P-type MOSFET 3a becomes conductive, and the source voltage of P-type MOSFET 3a (i.e., the source voltage of P-type MOSFET 4a) also rises in tandem.

オフ状態のP型MOSFET4a,5aでP型MOSFET4aのソースに印加される電圧を分担するため、P型MOSFET3aのゲート電圧はP型MOSFET3aのソース電圧(すなわちP型MOSFET4aのソース電圧)より低くなり、P型MOSFET3aはオン状態になり、N型MOSFET2aのゲートはソースと同電位となり、N型MOSFET2aはノーマリオフ型であるためオフ状態になる。 Because the P-type MOSFETs 4a and 5a in the off state share the voltage applied to the source of P-type MOSFET 4a, the gate voltage of P-type MOSFET 3a becomes lower than the source voltage of P-type MOSFET 3a (i.e. the source voltage of P-type MOSFET 4a), so P-type MOSFET 3a enters the on state, the gate of N-type MOSFET 2a has the same potential as its source, and N-type MOSFET 2a enters the off state because it is a normally-off type.

上記の一連の動作がP型MOSFET3b,4b,5b、N型MOSFET2bでも生じてN型MOSFET2bもオフ状態になり、半導体装置21全体としてオフ状態になり、高い耐電圧性能が発揮される。 The above series of operations also occurs in P-type MOSFETs 3b, 4b, 5b and N-type MOSFET 2b, turning N-type MOSFET 2b off, and the entire semiconductor device 21 turns off, demonstrating high voltage resistance performance.

本実施例では、スイッチオフ状態でN型MOSFET1のゲートとN型MOSFET2aのゲートとの間に印加される電圧(N型MOSFET1のソース-ドレイン間電圧と同等)をP型MOSFET4a及び5aのソース-ドレイン間で分担するため、P型MOSFET3aのゲート-ソース間に印加される電圧(すなわちP型MOSFET4aのソース-ドレイン間電圧)をN型MOSFET1のソース-ドレイン間電圧より小さくすることができる。 In this embodiment, the voltage applied between the gate of N-type MOSFET 1 and the gate of N-type MOSFET 2a in the switch-off state (equivalent to the source-drain voltage of N-type MOSFET 1) is shared between the source-drain of P-type MOSFETs 4a and 5a, so that the voltage applied between the gate and source of P-type MOSFET 3a (i.e. the source-drain voltage of P-type MOSFET 4a) can be made smaller than the source-drain voltage of N-type MOSFET 1.

以上により、N型MOSFET1のソース-ドレイン間耐圧がP型MOSFET3aのゲート-ソース間耐圧に制限されない回路構成を持つ半導体装置を実現することができる。As a result, a semiconductor device can be realized having a circuit configuration in which the source-drain breakdown voltage of the N-type MOSFET 1 is not limited by the gate-source breakdown voltage of the P-type MOSFET 3a.

[動作例9]
次に、負荷(図示せず)を介してN型MOSFET2bのドレインに電圧が印加され、ゲート駆動回路0がオン信号(例:15V)を出力している状態を説明する。
[Operation Example 9]
Next, a state will be described in which a voltage is applied to the drain of the N-type MOSFET 2b via a load (not shown) and the gate drive circuit 0 outputs an ON signal (for example, 15V).

ゲート駆動回路0の信号によってN型MOSFET1はオン状態になり、N型MOSFET1のドレインの電位は低下する。 The signal from gate drive circuit 0 turns on N-type MOSFET 1, causing the potential at the drain of N-type MOSFET 1 to decrease.

すると、P型MOSFET4aのゲート電圧(すなわちN型MOSFET1のドレイン)が低下し、P型MOSFET4aのゲート-ソース間電圧がP型MOSFET4aのゲート閾値電圧を下回りP型MOSFET4aはオン状態になる。As a result, the gate voltage of the P-type MOSFET 4a (i.e. the drain of the N-type MOSFET 1) drops, the gate-source voltage of the P-type MOSFET 4a falls below the gate threshold voltage of the P-type MOSFET 4a, and the P-type MOSFET 4a turns on.

また、P型MOSFET5aのゲート電圧(すなわちN型MOSFET1のドレイン電圧)が低下し、P型MOSFET5aのゲート-ソース間電圧がP型MOSFET5aのゲート閾値電圧を下回りP型MOSFET5aはオン状態になる。 In addition, the gate voltage of the P-type MOSFET 5a (i.e., the drain voltage of the N-type MOSFET 1) decreases, the gate-source voltage of the P-type MOSFET 5a falls below the gate threshold voltage of the P-type MOSFET 5a, and the P-type MOSFET 5a enters the on state.

また、P型MOSFET4aがオン状態になることによって、P型MOSFET3aのゲート-ソース間電圧がP型MOSFET3aのゲート閾値電圧を上回りP型MOSFET3aがオフ状態になる。 In addition, when the P-type MOSFET 4a is turned on, the gate-source voltage of the P-type MOSFET 3a exceeds the gate threshold voltage of the P-type MOSFET 3a, and the P-type MOSFET 3a is turned off.

上記のP型MOSFET4a,5aがオンし、P型MOSFET3aがオフする動作によってN型MOSFET2aのゲートにはゲート駆動回路0からのオン信号(例:15V)が供給され、N型MOSFET2aはオン状態になる。 As a result of the above-mentioned P-type MOSFETs 4a and 5a being turned on and P-type MOSFET 3a being turned off, an on signal (e.g., 15 V) is supplied to the gate of N-type MOSFET 2a from gate drive circuit 0, and N-type MOSFET 2a is turned on.

この時、N型MOSFET2aのゲート-ソース間には十分大きな電圧が印加されるため、N型MOSFET2aのチャネル抵抗を十分小さくすることができる。At this time, a sufficiently large voltage is applied between the gate and source of the N-type MOSFET 2a, making the channel resistance of the N-type MOSFET 2a sufficiently small.

上記の一連の動作がP型MOSFET3b、P型MOSFET4b、P型MOSFET5b、N型MOSFET2bでも生じてN型MOSFET2bもオン状態になり、半導体装置21全体としてオン状態になり、電流を導通させることができる。 The above series of operations also occurs in P-type MOSFET 3b, P-type MOSFET 4b, P-type MOSFET 5b, and N-type MOSFET 2b, causing N-type MOSFET 2b to turn on, and the entire semiconductor device 21 to turn on and conduct current.

[動作例10]
次に、N型MOSFET2aのドレイン-ソース間がショートする不良が発生した場合の動作について説明する。
[Operation Example 10]
Next, the operation when a defect occurs in which the drain and source of the N-type MOSFET 2a are short-circuited will be described.

先ず、N型MOSFET2bのドレインに電圧が印加され、ゲート駆動回路0がオフ信号(≦0V)を出力している状態を説明する。First, we will explain the state in which a voltage is applied to the drain of N-type MOSFET 2b and gate drive circuit 0 outputs an off signal (≦0V).

上述した通り、ゲート駆動回路0の信号によってN型MOSFET1,P型MOSFET4a,5aはオフ状態、P型MOSFET3aはオン状態になるが、N型MOSFET2aのドレイン-ソース間はショートしているためN型MOSFET2aのドレイン-ソース間にはほとんど電位差が発生しない。As described above, the signal from gate drive circuit 0 turns N-type MOSFET 1, P-type MOSFETs 4a and 5a off and P-type MOSFET 3a on, but because the drain and source of N-type MOSFET 2a are shorted, almost no potential difference is generated between the drain and source of N-type MOSFET 2a.

P型MOSFET4b及び5bのゲート電圧(すなわちN型MOSFET2aのドレイン電圧)が十分に上がらないが、P型MOSFET4bもしくは5bのゲート-ソース間電圧がP型MOSFET4bもしくは5bのゲート閾値電圧に低下するまでN型MOSFET2bのゲート-ソース間に蓄積された電荷を放電すればP型MOSFET4bもしくは5bはオフ状態になる。Although the gate voltage of P-type MOSFETs 4b and 5b (i.e. the drain voltage of N-type MOSFET 2a) does not rise sufficiently, if the charge accumulated between the gate and source of N-type MOSFET 2b is discharged until the gate-source voltage of P-type MOSFET 4b or 5b falls to the gate threshold voltage of P-type MOSFET 4b or 5b, P-type MOSFET 4b or 5b will be turned off.

本実施例のN型MOSFET2bのゲート閾値電圧とP型MOSFET4bのゲート閾値電圧の和が正の値を取る場合(例えば、N型MOSFET2bのゲート閾値電圧が3V、P型MOSFET4bのゲート閾値電圧が-2V)、もしくはN型MOSFET2bのゲート閾値電圧とP型MOSFET5bのゲート閾値電圧の和が正の値を取る場合(例えば、N型MOSFET2bのゲート閾値電圧が3V、P型MOSFET5bのゲート閾値電圧が-2V)、この時のN型MOSFET2bのゲート-ソース間電圧はゲート閾値電圧以下になるため、N型MOSFET2bもオフ状態となる。In this embodiment, when the sum of the gate threshold voltage of N-type MOSFET 2b and the gate threshold voltage of P-type MOSFET 4b is a positive value (for example, the gate threshold voltage of N-type MOSFET 2b is 3 V and the gate threshold voltage of P-type MOSFET 4b is -2 V), or when the sum of the gate threshold voltage of N-type MOSFET 2b and the gate threshold voltage of P-type MOSFET 5b is a positive value (for example, the gate threshold voltage of N-type MOSFET 2b is 3 V and the gate threshold voltage of P-type MOSFET 5b is -2 V), the gate-source voltage of N-type MOSFET 2b will then be lower than the gate threshold voltage, and N-type MOSFET 2b will also be in the off state.

≪変形例2≫
図4を参照して、上記で説明した本実施例の半導体装置の変形例を説明する。図4は、図3の変形例の構成を示す回路図である。
<<Modification 2>>
A modification of the semiconductor device of the present embodiment described above will be described with reference to Fig. 4. Fig. 4 is a circuit diagram showing the configuration of the modification of Fig. 3.

図3の構成との違いは、P型MOSFET5aのゲートが、直接ではなく定電圧ダイオード7aを介して間接的にP型MOSFET4aのゲートに接続され、また、直接ではなく定電圧ダイオード6aを介して間接的に前段のN型MOSFET1のソースに接続されていることである。 The difference from the configuration in Figure 3 is that the gate of P-type MOSFET 5a is connected to the gate of P-type MOSFET 4a indirectly via a constant voltage diode 7a rather than directly, and is also connected to the source of the preceding N-type MOSFET 1 indirectly via a constant voltage diode 6a rather than directly.

P型MOSFET5bも同様に、ゲートが定電圧ダイオード7bを介してP型MOSFET4bのゲートに接続され、また、定電圧ダイオード6bを介してN型MOSFET2aのソースに接続されている。Similarly, the gate of P-type MOSFET 5b is connected to the gate of P-type MOSFET 4b via a constant voltage diode 7b, and is also connected to the source of N-type MOSFET 2a via a constant voltage diode 6b.

本変形例によれば、スイッチオフ状態において、定電圧ダイオード6aと7aによる電
圧分担によってP型MOSFET5aのゲート電圧をP型MOSFET4aのゲート電圧より任意に小さくすることができる。
According to this modification, in the switch-off state, the gate voltage of the P-type MOSFET 5a can be made arbitrarily smaller than the gate voltage of the P-type MOSFET 4a by voltage sharing by the constant voltage diodes 6a and 7a.

従って、P型MOSFET5a及び定電圧ダイオード6aの組み合わせで構成される回路22の直列数を増やした回路構成を採用した場合、スイッチオフ状態において直列接続されたP型MOSFET5aのソース電圧に適したゲート電圧をそれぞれのP型MOSFET5a,5bに印加することができるため、P型MOSFET5aのゲート-ソース間に過大な電圧が印加されるのを防止することができる。 Therefore, when a circuit configuration is adopted in which the number of series connections in circuit 22, which is composed of a combination of P-type MOSFETs 5a and constant voltage diodes 6a, is increased, a gate voltage appropriate to the source voltage of the P-type MOSFETs 5a connected in series in the switch-off state can be applied to each of the P-type MOSFETs 5a, 5b, thereby preventing an excessive voltage from being applied between the gate and source of the P-type MOSFET 5a.

以上説明した本発明の各実施例によれば、複数のパワートランジスタを直列接続して構成され、かつ当該複数のパワートランジスタを1つのゲート駆動回路で制御できる高圧パワートランジスタにおいて、
(1)直列接続された複数のパワートランジスタのうち2段目以降のパワートランジス
タがノーマリオフ型でも初段のパワートランジスタに連動して自律的に制御可能な回路構
成を持つ半導体装置を実現できる。
According to each of the embodiments of the present invention described above, in a high-voltage power transistor configured by connecting a plurality of power transistors in series and capable of controlling the plurality of power transistors by a single gate drive circuit,
(1) It is possible to realize a semiconductor device having a circuit configuration in which, even if the second-stage or later power transistors among a plurality of power transistors connected in series are of normally-off type, they can be autonomously controlled in conjunction with the first-stage power transistor.

(2)また、2段目以降のパワートランジスタの耐圧がゲート酸化膜の耐圧で制限されない半導体装置を実現できる。 (2) In addition, a semiconductor device can be realized in which the withstand voltage of power transistors in the second stage and beyond is not limited by the withstand voltage of the gate oxide film.

(3)また、直列接続された複数のパワートランジスタのうち一部のパワートランジスタがソース-ドレイン間耐圧不良(ショート)になってもその他のパワートランジスタをオフすることができ、直列接続された一連のパワートランジスタ全体としての耐圧が著しく低下しない半導体装置を実現できる。 (3) Furthermore, even if some of the multiple power transistors connected in series have a source-drain voltage failure (short circuit), the other power transistors can be turned off, thereby realizing a semiconductor device in which the voltage resistance of the entire series of power transistors connected in series does not decrease significantly.

なお、N型MOSFET1~2bは、GaN(窒化ガリウム)またはSiC(炭化ケイ素)を基板とするチップ上に形成し、P型MOSFET3a,3b,4a,4bは、Si(シリコン)を基板とするチップ上に形成することで、パワートランジスタN型MOSFET1~2bの動作特性を向上しつつ、P型MOSFET3a,3b,4a,4bの誤動作を防止することが可能である。By forming the N-type MOSFETs 1 to 2b on a chip having a substrate of GaN (gallium nitride) or SiC (silicon carbide), and forming the P-type MOSFETs 3a, 3b, 4a, and 4b on a chip having a substrate of Si (silicon), it is possible to prevent malfunction of the P-type MOSFETs 3a, 3b, 4a, and 4b while improving the operating characteristics of the power transistors N-type MOSFETs 1 to 2b.

或いは、N型MOSFET1~2b及びP型MOSFET3a,3b,4a,4bを、GaNまたはSiCを基板とする同一のチップ上に形成してもよいのは言うまでもない。Alternatively, it goes without saying that the N-type MOSFETs 1 to 2b and the P-type MOSFETs 3a, 3b, 4a, and 4b may be formed on the same chip having a GaN or SiC substrate.

なお、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。
また、本発明は、N型とP型の導電型を逆にしてもよい。
The present invention is not limited to the above-mentioned embodiment, and various modifications are included. For example, the above-mentioned embodiment has been described in detail to easily explain the present invention, and is not necessarily limited to those having all the configurations described. In addition, it is possible to replace a part of the configuration of one embodiment with the configuration of another embodiment, and it is also possible to add the configuration of another embodiment to the configuration of one embodiment. In addition, it is possible to add, delete, or replace a part of the configuration of each embodiment with another configuration.
In addition, in the present invention, the N-type and P-type conductivity types may be reversed.

0…ゲート駆動回路、1…N型MOSFET、2a…N型MOSFET、2b…N型MOSFET、3a…P型MOSFET、3b…P型MOSFET、4a…P型MOSFET、4b…P型MOSFET、5a…P型MOSFET、5b…P型MOSFET、6a…定電圧ダイオード、6b…定電圧ダイオード、7a…定電圧ダイオード、7b…定電圧ダイオード、10a…P型MOSFETとN型MOSFETからなる回路、10b…P型MOSFETとN型MOSFETからなる回路、11…半導体装置、20a…P型MOSFETとN型MOSFETからなる回路、20b…P型MOSFETとN型MOSFETからなる回路、21…半導体装置、22…P型MOSFETと定電圧ダイオードからなる回路 0...gate drive circuit, 1...N-type MOSFET, 2a...N-type MOSFET, 2b...N-type MOSFET, 3a...P-type MOSFET, 3b...P-type MOSFET, 4a...P-type MOSFET, 4b...P-type MOSFET, 5a...P-type MOSFET, 5b...P-type MOSFET, 6a...voltage regulating diode, 6b...voltage regulating diode, 7a...voltage regulating diode, 7b...voltage regulating diode, 10a...circuit consisting of P-type MOSFET and N-type MOSFET, 10b...circuit consisting of P-type MOSFET and N-type MOSFET, 11...semiconductor device, 20a...circuit consisting of P-type MOSFET and N-type MOSFET, 20b...circuit consisting of P-type MOSFET and N-type MOSFET, 21...semiconductor device, 22...circuit consisting of P-type MOSFET and voltage regulating diode

Claims (13)

1段目のゲートにゲート駆動回路からの駆動信号が入力され、前段のドレインと次段のソースとが直列接続された多段接続の複数の半導体素子を備えた半導体装置において、
N型とP型とのうちの一方の導電型を第1導電型とし、他方の導電型を第2導電型としたとき、
前記複数の半導体素子は第1導電型MOSFETであり、
前記ゲート駆動回路から1段目の半導体素子のゲートにオン駆動信号が入力される際、前記オン駆動信号を2段目以降の半導体素子に供給して、前記2段目以降の半導体素子をオンさせる1つまたは複数の第1の第2導電型MOSFETと、
前記ゲート駆動回路から前記1段目の半導体素子のゲートにオフ駆動信号が入力される際、前記第1の第2導電型MOSFETがオフするとともに、前記2段目以降の半導体素子のゲートに、前段の半導体素子のソースまたはドレインの電圧を供給して前記2段目以降の半導体素子をオフする1つまたは複数の第2の第2導電型MOSFETと、
を備えることを特徴とする半導体装置。
A semiconductor device including a plurality of semiconductor elements connected in multiple stages, in which a drive signal is input from a gate drive circuit to a gate of a first stage and a drain of a previous stage and a source of a next stage are connected in series,
When one of the N-type and P-type conductivity types is defined as a first conductivity type and the other conductivity type is defined as a second conductivity type,
the plurality of semiconductor elements are first conductivity type MOSFETs;
one or more first second-conductivity-type MOSFETs that, when an on-drive signal is input from the gate drive circuit to a gate of a first-stage semiconductor element, supply the on-drive signal to a second-stage or subsequent semiconductor element to turn on the second-stage or subsequent semiconductor element;
one or more second second-conductivity-type MOSFETs that turn off the first second-conductivity-type MOSFET and supply a source or drain voltage of a previous-stage semiconductor element to a gate of the second-stage or later semiconductor element when an off drive signal is input from the gate drive circuit to the gate of the first-stage semiconductor element, thereby turning off the second-stage or later semiconductor element;
A semiconductor device comprising:
請求項1に記載の半導体装置において、
前記第1の第2導電型MOSFETのうちn段目の半導体素子にオン駆動信号を供給する第1の第2導電型MOSFETは、ゲートがn-1段目の半導体素子のドレインに接続され、ソースがn段目の前記半導体素子のゲートに接続され、ドレインが直接または間接的にn-1段目の半導体素子のゲートに接続されていることを特徴とする半導体装置。
2. The semiconductor device according to claim 1,
a first second-conductivity-type MOSFET that supplies an on-drive signal to an n-th stage semiconductor element among the first second-conductivity-type MOSFETs has a gate connected to a drain of an n-1-th stage semiconductor element, a source connected to a gate of the n-th stage semiconductor element, and a drain connected directly or indirectly to a gate of the n-1-th stage semiconductor element.
請求項2に記載の半導体装置において、
ゲートが前記第1の第2導電型MOSFETのゲートと直接または間接的に接続され、ソースが前記第1の第2導電型MOSFETのドレインと直接または間接的に接続され、ドレインが前記n-1段目の半導体素子のゲートと直接または間接的に接続されている1つまたは複数の第3の第2導電型MOSFETをさらに備えることを特徴とする半導体装置。
3. The semiconductor device according to claim 2,
the first MOSFET having a gate connected directly or indirectly to the gate of the first MOSFET of a second conductivity type, the first MOSFET having a source connected directly or indirectly to the drain of the first MOSFET of a second conductivity type, and the n-1th stage semiconductor element having a drain connected directly or indirectly to the gate of the n-1th stage semiconductor element.
請求項3に記載の半導体装置において、
前記第3の第2導電型MOSFETのゲートは、第1の定電圧ダイオードを介して前記第1の第2導電型MOSFETのゲートに接続されており、かつ、第2の定電圧ダイオードを介して前段の半導体素子のソースに接続されていることを特徴とする半導体装置。
4. The semiconductor device according to claim 3,
a gate of the third second-conductivity-type MOSFET is connected to a gate of the first second-conductivity-type MOSFET via a first constant-voltage diode, and is connected to a source of a preceding-stage semiconductor element via a second constant-voltage diode.
請求項1に記載の半導体装置において、
前記複数の半導体素子のうち2段目以降の半導体素子がノーマリオフ型であり、
n段目の半導体素子にオン駆動信号を供給する第1の第2導電型MOSFETに対応して設けられた前記第2の第2導電型MOSFETは、ゲートが前記第1の第2導電型MOSFETのドレインに接続され、ソースがn段目の半導体素子のゲートに接続され、ドレインが前記第1の第2導電型MOSFETのゲートおよびn-1段目の半導体素子のドレインに接続されていることを特徴とする半導体装置。
2. The semiconductor device according to claim 1,
Among the plurality of semiconductor elements, the semiconductor elements in the second and subsequent stages are normally-off type,
a second second-conductivity-type MOSFET provided corresponding to a first second-conductivity-type MOSFET that supplies an on-drive signal to an n-th stage semiconductor element, the second second-conductivity-type MOSFET having a gate connected to a drain of the first second-conductivity-type MOSFET, a source connected to a gate of the n-th stage semiconductor element, and a drain connected to the gate of the first second-conductivity-type MOSFET and the drain of the n-1-th stage semiconductor element.
請求項1に記載の半導体装置において、
n段目の半導体素子にオン駆動信号を供給する第1の第2導電型MOSFETに対応して設けられた前記第2の第2導電型MOSFETは、ゲートが前記第1の第2導電型MOSFETのドレインに接続され、ソースがn段目の半導体素子のゲートに接続され、ドレインがn-1段目の半導体素子のソースに接続されていることを特徴とする半導体装置。
2. The semiconductor device according to claim 1,
a second second-conductivity-type MOSFET provided corresponding to a first second-conductivity-type MOSFET that supplies an on-drive signal to an n-th stage semiconductor element, the second second-conductivity-type MOSFET having a gate connected to a drain of the first second-conductivity-type MOSFET, a source connected to a gate of the n-th stage semiconductor element, and a drain connected to a source of the n-1-th stage semiconductor element.
請求項1に記載の半導体装置において、
前記複数の半導体素子のうち2段目以降の半導体素子は、ノーマリオフ型であることを特徴とする半導体装置。
2. The semiconductor device according to claim 1,
The semiconductor device according to claim 1, wherein the semiconductor elements in the second and subsequent stages among the plurality of semiconductor elements are of a normally-off type.
請求項1に記載の半導体装置において、
前記複数の半導体素子のうち2段目以降の半導体素子は、ノーマリオン型であり、前記第2の第2導電型MOSFETは、前記2段目以降の半導体素子のゲートに、前段の半導体素子のソースの電圧を供給して前記2段目以降の半導体素子をオフすることを特徴とする半導体装置。
2. The semiconductor device according to claim 1,
a second or subsequent stage semiconductor element among the plurality of semiconductor elements is a normally-on type, and the second second-conductivity-type MOSFET supplies a source voltage of a previous stage semiconductor element to a gate of the second or subsequent stage semiconductor element to turn off the second or subsequent stage semiconductor element.
請求項1に記載の半導体装置において、
前記半導体素子は、GaNまたはSiCを基板とするチップ上に形成され、
前記第1の第2導電型MOSFETと前記第2の第2導電型MOSFETは、Siを基板とするチップ上に形成されていることを特徴とする半導体装置。
2. The semiconductor device according to claim 1,
The semiconductor element is formed on a chip having a substrate of GaN or SiC,
The first second-conductivity-type MOSFET and the second second-conductivity-type MOSFET are formed on a chip having a Si substrate.
請求項1に記載の半導体装置において、
前記半導体素子、前記第1の第2導電型MOSFET、前記第2の第2導電型MOSFETは、GaNまたはSiCを基板とする同一のチップ上に形成されていることを特徴とする半導体装置。
2. The semiconductor device according to claim 1,
a first MOSFET of a second conductivity type and a second MOSFET of a second conductivity type formed on a single chip having a substrate made of GaN or SiC;
請求項1から10のいずれか1項に記載の半導体装置において、
前記第1導電型はN型であり、前記第2導電型はP型であることを特徴とする半導体装置。
11. The semiconductor device according to claim 1,
13. A semiconductor device, comprising: a first conductivity type being an N-type; and a second conductivity type being a P-type.
請求項1から10のいずれか1項に記載の半導体装置において、
前記第1導電型はP型であり、前記第2導電型はN型であることを特徴とする半導体装置。
11. The semiconductor device according to claim 1,
13. A semiconductor device, comprising: a first conductivity type being P-type; and a second conductivity type being N-type.
請求項1から10のいずれか1項に記載の半導体装置を用いることを特徴とする電力変換装置。A power conversion device using a semiconductor device according to any one of claims 1 to 10.
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