[发明专利]组合半导体整流器件和使用该组合半导体整流器件的电功率转换器

说明书

技术领域

本发明涉及一种组合半导体整流器件。具体而言，本发明涉及一种组合半导体整流器件，其包括：其漂移区由宽带隙半导体(下文称为“WBG半导体”)组成的宽带隙半导体整流器件(下文称为“WBG半导体整流器件”)，该宽带隙半导体的带隙比硅的带隙宽；以及与该WBG半导体整流器件串联的硅半导体整流器件。本发明还涉及一种使用上述组合半导体整流器件的电功率转换器。

背景

在逆变器电路和开关电源电路中，开关器件以高频接通和切断。在那些电路中，以反并联方式与开关器件连接且用作续流二极管(以下称为“FWD”)的半导体整流器件(二极管)也进行高速开关操作。进行高速切换操作的半导体整流器件尤其需要具有与开关器件的击穿电压一样高的击穿电压，以及与开关器件的反向恢复时间一样短的反向恢复时间(表示为“trr”)。还需要半导体整流器件产生低反向漏电流IR和低正向电压VF。

600V击穿电压级别的普通PN结硅二极管的反向恢复时间trr在常温下较长，而在高温下长。由于反向恢复时间trr长，将PN结硅二极管用于上述FWD并无优势。然而，由于PN结硅二极管的反向漏电流小于宽带隙肖特基势垒二极管(以下称为“WBG-SBD”)中产生的反向漏电流，因此PN结硅二极管有优势。

在功率半导体领域，利用WBG半导体衬底制造的WBG二极管越来越多。虽然600V级别的高击穿电压硅SBD的任何产品还未制造出来，但诸如氮化镓(GaN)SBD和碳化硅(SiC)SBD之类的WBG-SBD产品已制造出来。因为具有高击穿电压的这些SBD是单极载流子类型的器件，而且由于少数载流子的积累而引起的任何反向恢复时间理论上不会产生。因此，高击穿电压SBD的一个特定特征是反向恢复时间trr在高温下不会发生任何变化。然而，高击穿电压SBD的反向漏电流IR高于同一击穿电压级别的PN结硅二极管的反向漏电流IR，有时这会成为问题。

包括以串联方式相互连接的任一上述WBG半导体器件之类的半导体器件的电路配置和基于其串联连接结构的半导体整流器件的性能改进在以下专利文献中进行了描述。

以下专利文献1描述了LED光源，其具有以串联方式在正向上连接GaN LED和多个Si二极管的配置，其中多个Si二极管以串联方式连接以提高击穿电压。以下专利文献2描述了一种用作二极管的组合半导体器件，其包括以串联方式相互连接的硅二极管和单极型控制半导体器件，以便提高反向恢复时间、击穿电压以及导通状态电阻。以下专利文献3描述了硅SBD和SiC二极管的串联连接，该串联连接便于制造具有高击穿电压的组合二极管。

[描述现有技术的文献]

[专利文献]

[专利文献1]日本待审专利申请公开No.2005-276979(摘要)

[专利文献2]日本待审专利申请公开No.2008-198735(摘要和段落[0008])

[专利文献3]日本待审专利申请公开No.2004-214268(段落[0004]和段落[0006])

虽然专利文献1和3中描述的组合半导体器件采用了包括化合物半导体器件的半导体器件的串联连接，但这些组合半导体器件想要解决的问题彼此不同。在专利文献1和3中没有发现提出将组合半导体器件用于逆变器电路或开关电源电路的任何描述。专利文献2中描述的组合半导体器件用于续流二极管。专利文献2公开了将具有低正向压降和低击穿电压的硅半导体器件与具有高击穿电压和在导通状态下等效于电阻器的控制半导体器件的串联连接用作二极管的配置。专利文献2中所述的组合半导体器件的目标是对正向压降、击穿电压以及反向恢复时间的改进。然而，在利用化合物半导体以低制造成本经济地制造控制半导体器件时，某些问题至今仍未解决。

根据上述内容，期望消除上述问题。还期望提供一种具有缩短的反向恢复时间和低反向漏电流特性的高击穿电压组合半导体整流器件。进一步期望提供一种电功率转换器，其采用具有如上所述的改进性能的组合半导体整流器件。

发明内容

根据本发明，提供了一种组合半导体整流器件，包括：

以串联方式彼此连接的PN结硅二极管和肖特基势垒二极管；

该肖特基势垒二极管具有的击穿电压等于或高于该PN结硅二极管的击穿电压；以及

该肖特基势垒二极管采用带隙比硅的带隙更宽的半导体。

有利地，其带隙比硅的带隙宽的半导体是碳化硅半导体或氮化镓半导体。

有利地，该PN结硅二极管和肖特基势垒二极管以芯片状态以串联方式相互连接并被树脂密封于封装中。

根据本发明，提供了一种电功率转换器，包括：

包括开关半导体器件和电感器的电路；