DE2525329A1 - Bidirektionalphotothyristor - Google Patents

Description

Bidirektionalphotothyristor

Die Erfindung betrifft einen Bidirektiona!photothyristor der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 beschriebenen Art.

Ein Photοthyristor dieser Art ist ein optisch ansteuerbarer und umschaltbar er Zwe iwegeumscha.lt er auf Halbleiter basis.

Ein Photothyristor dieser Art mit bidirektionaler Schaltcharakteristik besteht im wesentlichen aus einem Halbleitersubstrat mit fünf kontinuierlichen Schichten mit alternierend voneinander verschiedenen Leitungstypbereichen, der zwei Vierschichttrioden parallel zueinander und einander gegenüberliegend angeordnet enthält. Diese Vierschichtkipptrioden sind aus je vier Dotierungsschichten aufgebaut, von denen bei einer Kipptriode eine Aussenschicht von einer der Aussenschichten der FünfSchichtenstruktur gebildet wird, während bei der anderen der beiden Vierschichtenkipptrioden die gegenüberliegende Aussenschicht von der gegenüberliegenden Aussenschicht der Fünfschichtenstruktur gebildet wird. Der Bidirektionalphotothyristor ist mit einem Hauptelektrodenpaar versehen, die einen ohmschen Kontakt zu je einer der beiden Aussenschichten und der unmittelbar unter diesen liegenden ersten Innenschicht der FünfSchichtenstruktur herstellen. Das Bauelement wird durch Mittel zum Aufprägen

509851/0846

eines optischen Auslösesignals vervollständigt. Zum Betrieb wird eine Spannung an die Häuptelektröden in der Weise angelegt, dass die erste der beiden Hauptelektroden auf einem höheren Potential als die zweite Hauptelektrode liegt. Dabei ist eine der beiden Kipptrioden in Durchlassrichtung vorgespannt. Beim Aufprägen eines Triggersignals wird unter diesen Bedingungen die in Durchlassrichtung vorgespannte Kipptriode gezündet. Wird dagegen die Spannung an die Hauptelektroden so angelegt, dass das Potential der zweiten Hauptelektrode grosser als das Potential der ersten Hauptelektrode ist, so ist die andere der beiden Kipptrioden in Durchlassrichtung vorgespannt und wird diese Kipptriode beim Aufprägen des Triggersignals gezündet.

Die gebräuchlichste Weise,ein Triggersignal aufzuprägen, ist die Verwendung eines sogenannten elektrischen Steuersystems, bei dem eine der Schichten des HalbleiterSubstrats mit einer Steuerelektrode versehen ist, über die ein Steuersignalstrom einspeisbar ist, unter dessen Einwirkung das Bauelement eine Schaltoperation durchführt. Das elektrische Steuersystem weist jedoch folgende Nachteile auf:

(1) Für einen symmetrischen bidirektionalen Schaltbetrieb müssen zwei Steuerelektroden vorgesehen sein. In Verbindung damit sind auch zwei elektrisch voneinander isolierte Steuerstromkreise erforderlich.

(2) Wenn nur eine einzige Steuerelektrode vorgesehen ist, so ist diese unmittelbar im Bereich beider Vierschichtenbereiche angeordnet. Gleichzeitig muss dabei ein Teilbereich der in derjenigen Hauptoberfläche freiliegenden Aussenschicht, die der Hauptoberfläche, auf der die Steuerelektrode angeordnet ist, gegenüberliegt, so ausgebildet sein, dass seine Projektion in Richtung der Schichtenfolge, also in Richtung der Normalen der Schichten, die Steuerelektrode teilweise überlappt. Dadurch

509851 /0846

tritt der Nachteil auf, dass im Augenblick des Umschaltens des durchgeschalteten Zustandes von einem der Vierschichtenbereiche auf den anderen, ein unbeabsichtigtes Umschalten des Leitungszustandes bereits schon vor dem Aufprägen eines SteuersignaIstroms auftreten kann, was als Fehlzündung •bezeichnet wird.

(3) Zur Vermeidung von Wechselwirkungen zwischen den beiden Teilthyristoren ist zwischen die beiden Vierschichtenbereiche ein Isolationsbereich gelegt. Dieser Isolationsbereich ist durch Dreischichtenzwischenbereiche so aufgebaut, dass die Projektionen beider Aussenschichten der VierSchichtenbereiche um einen vorbestimmten Abstand voneinander getrennt sind. Durch diese i-iassnahme wird aber wiederum das Anbringen von zwei Steuerelektroden erforderlich, so dass die gleichen Nachteile wie unter Ziff 1) beschrieben erhalten werden.

Aus diesen Gründen ist das Anwendungsfeld der elektrisch angesteuerten gebrauchlichen Bidirektionalthyristoren auf solche Einsatzbereiche beschränkt geblieben, in denen weder eine hohe Zuverlässigkeit des Schaltelementes noch das Schalten hoher Nennströme oder Nennspannungen erforderlich sind. Der wesentliche Vorzug dieser Bauelemente, nämlich ihre bidirektionale Schaltbarkeit, bliebt dabei unzureichend ausgenutzt.

Aus den genannten Gründen wird auch das elektrische Steuersystem der Bidirektionalthyristoren heute zunehmend durch optische Auslösesysteme abgelöst. Nach diesem System der ,, optischen Triggerung wird ein irn Prinzip beliebiges Auslösesignal in ein optisches Signal gewandelt. Dieses optische Triggersignal wird dann auf das Halbleitersubstrat gestrahlt und löst im Bauelement den Umschaltvorgang aus. Gegenüber dem elektrischen Steuersystem bietet das optische Triggersystem die folgenden Vorteile:

50985 1/0 846

(1) Die beiden Vierschichtenbereiche können auch bei elektrischer Isolation voneinander durch eine einzige Lichtquelle gezündet werden, die ihrerseits elektrisch von beiden Vierschichtenbereichen vollständig isoliert ist. Für die Ansteuerung des Bauelementes ist ein einziges Steuernetzwerk

.erforderlich.

(2) Die Stromkreise des Bidirektionalthyristors sind elektrisch vom Steuerschaltkreis isoliert. Die Thyristoren können also ohne weitere Schutzmassnahmen auch in Hochspannungsschaltkreisen eingesetzt werden.

Bekannte Bidirektionalthyristoren mit optischem Triggersystem weisen jedoch nach wie vor noch einige Nachteile auf. Eines der Hauptprobleme dieser Thyristoren ist die unterschiedliche Zündempfindlichkeit (das unterschiedliche Ansprechen auf das Auslösesignal und unterschiedliches Zündverhalten), das die beiden Vier Schichtenbereiche auf v/eisen. Wenn die Vierschichtenbereiche durch ein optisches Triggersignal gezündet werden, liegen die. Bereiche, in denen die zur Zündung erforderlichen Ladungsträger,erzeugt werden, im Bereich der in Sperrichtung vorgespannten mittleren Übergänge. Wenn die Zündempfindlichkeit verbessert werden soll, muss jedoch das optische Triggersignal so auf das Bauelement aufgestrahlt werden, dass es eben jenen Bereich um die mittleren pn-Übergänge erreicht. Wenn das Triggersignal bei gebräuchlicher Ausbildung der Thyristoren im Falle eines optischen Triggersignals von der Seite einer der Hauptoberflächen des Halbleitersubstrats her eingestrahlt wird, ist jedoch aufgrund des Aufbaues der beiden Teilthyristoren der Abstand zwischen der beleuchteten Oberfläche und den in Sperrichtung vorgespannten Sperrschichten, an denen die zündwirksamen Ladungsträger für die Vierschichtenbereiche erzeugt werden, für beide VierSchichtenbereiche verschieden. Die Differenz dieses Abstandes entspricht aufgrund

50985 1/0846

des beschriebenen Aufbaus des Bauelementes genau der Dicke der Mittelschicht der Fünfschichten-Grundstruktur. Das zum Zünden desjenigen Vierschichtenbereiches, dessen mittlere Sperrschicht weiter von der beleuchteten Oberfläche entfernt ist, benötigte Licht wird also durch die zusätzliche Absorption in der Zwischenschicht proportional zur Dicke dieser Schicht gedämpft. Das führt dazu, dass das Zündverhalten jenes Vierschichtenbereiches scheinbar eine wesentlich kleinere Ansprechempfindlichkeit als der andere VierSchichtenbereich aufweist, dessen mittlere Sperrschicht dichter an der beleuchteten Oberfläche liegt. Dieser prinzipielle Nachteil des nicht ausgewogenen Zündverhaltens kann durch zwei Massnahmen ausgeglichen werden. Zum einen kann das Licht auf eine der Seitenflächen zwischen den beiden Hauptflächen des Halbleitersubstrats eingestrahlt werden, zum anderen kann das triggernde Licht statt nur auf eine, auf beide Hauptoberflächen des Bauelementes gestrahlt werden. Keine dieser beiden Massnahmen kann jedoch befriedigen. Nach dem ersten Verfahren muss zur Gewährleistung einer sicheren Zündung eine Lichtquelle mit grosser Leuchtfläche oder müssen zwei Lichtquellen zur Verfügung gestellt werden. Nach dem zweiten der beiden Verfahren sind nicht nur zwei Lichtquellen zur Aufbringung der Triggersignale erforderlich, sondern entstehen durch die Einstrahlung von zwei verschiedenen Seiten her noch zusätzliche konstruktive Schwierigkeiten für die Auslegung des Bauelementes.

Nach dem ersten Verfahren werden zwar Ladungsträgerpaare durch die Lichteinstrahlung an der Grenzfläche zwischen den beiden VierSchichtenbereichen erzeugt, jedoch fliessen diese Ladungsträger nicht in die Aussenschichten, sondern fliessen zu:n grössten Teil aus den Mittelschichten zu den Hauptelektroden, und zwar ohne am Zündvorgang teilzunehmen. Dies ist darauf zurückzuführen, dass die Bidirektionalthyristoren vom Prinzip her so aufgebaut sind, dass die Aussenschicht

509851/0846

und die an diese angrenzende Mittelschicht über die Hauptelektrode kurzgeschlossen sind. Um einen Bidirektionalthyristor durch ein optisches Triggersignal zu zünden, ist es also erforderlich, jede der VierSchichtenbereiche gesondert mit einem optischen Triggersignal in einem Bereich .zu beaufschlagen, der in einiger Entfernung von der Grenzfläche zwischen den beiden VierSchichtenbereichen liegt. Das Licht wird an mindestens zwei Stellen auf den Seitenflächen, aufgestrahlt, wodurch eine Lichtquelle mit relativ hoher Leistungsfähigkeit und hoher Leuchtstärke auf der bestrahlten Fläche oder zwei Lichtquellen erforderlich sind. Aber selbst bei dieser Anordnung erfordert eine Gewährleistung der Unterdrückung einer Fehlzündung beim Umschalten entweder eine deutliche Verminderung der Ansprechempfindlichkeit auf das Triggersignal oder erfordert zwei voneinander getrennte Lichtquellen.

Eine v/eitere unerwünschte Erscheinung tritt am Bidirektionalthyristor beim Umschalten (Kominutieren) auf, die darin beruht, dass bereits einer der VierSchichtenbereiche aus dem durchgeschalteten Zustand in den sperrenden Zustand umgeschaltet ist, während der andere der beiden Vierschichtenbereiche vom sperrenden in den leitenden Zustand umgeschaltet wird, wobei Restladungsträger des ersten VierSchichtenbereiches im zweiten Vierschichtenbereich in der Weise einwirken, dass dieser zweite Vierschichtenbereich bereits gezündet wird, bevor überhaupt ein Triggersignal aufgeprägt wird. Zur Überwindung dieses Problems ist bereits vorgeschlagen worden, eine Isolatorschicht zwischen die beiden Vierschichtenbereiche einzufügen. Dadurch kann eine Isolation der beiden VierSchichtenbereiche auch in ihren Schaltungsfunktionen erzielt werden. Auch ist dabei bereits eine Verteilung von Schwermetallverbindungen in der Isolator schicht berücksichtigt worden. Durch diese Schwermetallverbindungen kann die Isolatorschicht schmaler ausgebildet werden, wodurch auf der zur

509851 /08A6

Verfügung stehenden Halbleitersubstratoberfläche Oberflächenraum gewonnen wird. Eine solche Verringerung der Breite der Isolatorzone spielt insbesondere bei der Herstellung integrierter Schaltkreise eine wesentliche Rolle. Diese Ausbildung ermöglicht zwar die elektrische und funktioneile Trennung beider VierSchichtenbereiche voneinander, führt jedoch auch auf der anderen Seite dazu, dass aufgrund der kurzen Lebensdauer der Ladungsträger im Isolationsbereich und aus den zuvor genannten Gründen für jeden der Vierschichtenbereiche eine eigene Lichtquelle zur Erzeugung der optischen Triggersignale erforderlich ist. Die Lichtquelle muss dabei an einer Stelle vorgesehen sein, die vom Isolatorbereich entfernt liegt. Auch die Triggersignale müssen an einer vorn Isolatorbereich entfernten Stelle aufgeprägt werden.

Die nach dem aktuellen Stand der Technik auftretenden Schwierigkeiten technischer Art liegen insbesondere darin, dass bei einem relativ dicken Halbleitersubstrat es ausserordentlich schwierig ist, die Schwermetallsubstanz nur im Bereich der Isolatorschicht einzuführen. In der Regel erhält man Strukturen, bei denen die Schwermetallsubstanz über den gesamten Oberflächenbereich des Halbleitersubstrats verteilt ist. Selbst v/enn daher ein optisches Auslösesignal auf einen beliebigen Bereich des Bauelementes aufgeprägt %\drd, vermögen die dadurch erzeugten Ladungsträger aufgrund ihrer kurzen Lebensdauer nicht, die gewünschte Zündung der Thyristoren auszulösen, wenn man nicht die Beleuchtungsstärke vergrössert. Aus diesen Gründen wird, trotz seiner eindeutigen Überlegenheit über das elektrische Stei ersystem auch das optische Steuersystem für die Bidirektionalthyristoren in der Praxis nicht eingesetzt, und zwar obwohl diese Thyristoren eine hervorragende Hochspannungsfestigkeit und eine ausgezeichnete Strombelastbarkeit aufweisen.

509851/0 846

Ein Ziel der Erfindung ist die Schaffung eines neuen bidirektionalen Photothyristors, der unter Steuerung durch ein von einer einzigen Lichtquelle auf einen Bereich des Halbleitersubstrates aufgestrahltes optisches Triggersignal absolut symmetrische bidirektionale Strom-Spannungs-Kennlinien aufweist und in beiden Teilthyristoren praktisch vollkommen gleiches optisch ansteuerbares Umschaltverhalten zeigt.

Ein weiteres Ziel der Erfindung ist die Schaffung eines Bidirektionalphotothyristors, der trotz ausserordentlich empfindlichen und verzögerungsfreien Umschaltverhaltens keinerlei Fehlzündungen zeigt.

Ein weiteres Ziel der Erfindung ist die Schaffung eines Photothyristors der genannten Art, der bei hoher Spannungsfestigkeit . .ich eine hohe Strombelastbarkeit aufweist.

Der Erfindung liegt also angesichts des beschriebenen Standes der Technik die Aufgabe zugrunde, einen hochspannungsfesten und mit hohen Strömen schaltbaren und belastbaren optisch ansteuerbaren gegenläufigen Thyristor zu schaffen, der trotz höchster Ansprechempfindlichkeit und bei geringsten Trägheiten im Ansprechverhalten praktisch absolut frei von Fehlzündungen arbeitet und vollkommen symmetrisches Schaltverhalten zeigt.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird ein bidirektionaler Photothyristor der eingangs beschriebenen Art vorgeschlagen, der erfindungsgemäss die im Patentanspruch 1 genannten Merkmale enthält.

Zusammengefasst schafft die Erfindung also einen Bidirektionalphotothyristor mit einem Halbleitersubstrat, in dem eine npnpn-Fünfschichtenstruktur ausgebildet ist. Die b.elden äusseren, η-leitenden Schichten dieser FünfSchichtenstruktur sind dabei so ausgebildet, dass ihre Projektionen auf eine Ebene in der

509851/0846

7.525329

Schichtebene, dass also ihre Projektionen in Richtung der Schichtfolge, keine Überlappungen zeigen. Die Schichten bilden untereinander zwei Vierschichtenbereiche, die parallel zueinander und einander gegenüberstehend in der Weise ausgebildet sind, dass die Aussenschicht eines der Vierschichten-"bereiche durch eine der Aussenschichten der Fünfschichtenstruktur gebildet wird, während eine der Aussenschichten der anderen der beiden VierSchichtenstrukturen durch die gegenüberliegende, ebenfalls η-leitende Aussenschicht der Fünfschichtenstruktur gebildet wird. An die äusseren Stromkreise sind die beiden Vierschichtenbereiche über zwei Hauptelektroden angeschlossen. Zwischen den beiden Vierschichtenbereichen im Halbleitersubstrat ist eine Ausnehmung so ausgebildet, in der die Randbereiche der beiden mittleren pn-Übergänge freiliegen. Das Halbleiterbauelement der Erfindung schliesst weiterhin die zum Aufprägen des optischen Triggersignals erforderlichen Mittel ein. Diese Mittel sind dabei so ausgebildet, dass das optische Triggersignal in den Spalt bzw. in die Ausnehmung zwischen den beiden Vierschientenstrukturen eingestrahlt werden kann.

Zur Erreichung der vorgenannten Ziele wird also erfindungsgemäss ein Bidirektionalphotothyristor geschaffen, der dadurch gekennzeichnet ist, dass zwischen zwei Teilthyristoren mit entgegengesetzter Polarität eine Ausnehmung ausgebildet ist, in die die mittleren Sperrschichten der beiden Teilthyrifitoren auslaufen, bzw. in der diese Sperrschichten freiliegen. Das zum Ansteuern des Thyristors eingesetzte optische Auslösesignal wird in die Ausnehmung hinein auf ► deren innere Oberflächen aufgestrahlt. Durch diese Struktur wird ein Bidirektionalphotothyristor geschaffen, der in beiden Tei!thyristoren mit praktisch vollkommen identischer Ansprechempfindlichkeit, also mit gleicher Ansprecheinpfindlichkeit in beiden Schaltrichtungen, eine symmetrische Umschaltung unter optischer Ansteuerung selbst dann gewährleistet,

5098 5 1/0846 ORIGINAL INSPECTED

wenn das optische Triggersignal durch nur eine einzige lichtquelle zur Verfugung gestellt wird. Ein Bidirektionalphotothyristor der Erfindung ist weiterhin dadurch gekennzeichnet, dass zwischen zwei Teilthyristoren entgegengesetzter Polarität ein IsQlatorbereich ausgebildet ist, der die beiden Teilthyristoren elektrisch voneinander isoliert. Auf diese .Weise wird also ein Bidirektionalphotothyristor realisiert, der bei hoher Umschaltgeschwindigkeit eine hohe Spannungsfestigkeit und eine hohe Strombelastbarkeit aufweist.

Die Erfindung ist im folgenden anhand von Ausführungsbeispfelen in Verbindung mit den Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigen;

Fig. 1 in·Draufsieht ein Ausführungsbeispiel

des Photothyristors der Erfindung;

Fig. 2 einen Schnitt nach H-II in Fig. 1 ;

Fig. 3 im Schnitt ein zweites Ausführungsbeispiel der Erfindung;

Fig. 4 im Schnitt ein drittes Ausführungsbeispiel der Erfindung;

Fig. 5 in Draufsicht ein viertes Ausführungsbeispiel der Erfindung;

Fig. 6 einen Schnitt nach Vl-VI in Fig. 5;

Fig. 7 in Draufsicht ein fünftes Ausführungsbeispiel der Erfindung;

Fig. 8 einen Schnitt nach VIII-VIII in Fig.

und

Fig. 9 im Schnitt ein sechstes Ausführungs-

509851 /0846

OBlGiNAL INSrECTED

bei spiel der Erfindung.

In den Figuren 1 und 2 ist ein erstes Ausf ührungsbeispie-1 des Bidirektionalphotothyristors der Erfindung gezeigt. Das Halbleitersubstrat 1 weist ein Paar einander gegenüberliegende Hauptoberflächen 11 und 12 auf, die durch Seitenkant enoberf lachen 13 überbrückt werden bzw. miteinander in Verbindung stehen. Zwischen den beiden Hauptoberflächen sind übereinanderliegend vier Dotierungsschichten NE1, PB1, NB1 und PE1 mit jeweils abwechselndem Leitungstyp angeordnet. Zwischen den aneinandergrenzenden Dotierungsschichten sind pn-Übergä'nge ausgebildet. In gleicher Weise ist ein zweiter Halbleitersubstratbereich 2 zwischen einen Paar einander gegenüberliegender Hauptoberflächen 21 und 22 mit einer diese überbrückenden Seitenkantenoberflache 23 ausgebildet. Zwischen den beiden Hauptoberflächen dieses Bereiches sind die vier Dotierungsschichten NE2, PB2, NB2 und PE2 übereinanderliegend unter Bildung einer zusammenhängenden Schichtstruktur angeordnet. Die Dotierungsschichten weisen voneinander alternierend verschiedene Leitungstypen auf, so dass zwischen jeweils aneinandergrenzenden Schichten pn-Übergänge ausgebildet sind. Die eine der beiden Hauptelektroden, die Anode 3, bildet einen ohmschen Kontakt auf der Schicht PE1 in einer der beiden Hauptoberflächen des ersten Halbleitersubstratbereiches 1. Eine Kathode 4 bildet einen ohmschen Kontakt zu den,Dotierungsschichten NE1 und PB1 auf der gegenüberliegenden Hauptoberflache des Halbleitersubstratbereiches 1. In gleicher Weise ist eine Anode unter Herstellung eines ohmschen Kontaktes zur .Schicht PE2 auf einer der beiden Hauptoberf lachen, des zweiten Halbleitersubstratbereiches 2 aufgebracht. Die Kathode 6 stellt einen ohmschen Kontakt zu den Dotierungsschichten NE2 und PB2 auf der gegenüberliegenden Hauptoberfläche des Halbleitersubstratbereiches 2 her.

Die Kathode 4 und die Anode 5 sind, was in der Figur aus

509851 /0846

Übersichtlichkeitsgründen nicht dargestellt ist, elektrisch leitend miteinander verbunden. Der erste Halblextersubstratberexch und der zweite Halblextersubstratberexch sind in unmittelbarer Nachbarschaft und mit einander entgegengesetzter Polarität auf einem Hilfsträger 7 aufgebracht. ."Mit einander entgegengesetzter Polarität" bedeutet, dass die Anode 3 am Fuss des ersten Halbleiterbereiches 1 strukturell der Kathode 6 am Fuss des zweiten Halbleiterbereiches 2 entspricht. Der Seitenkantenoberflächenbereich des ersten Halbleitersubstratteilbereiches ist gegen die Ebene der Hauptfläche in der Weise geneigt, dass die Hauptoberfläche 11, die die Anode 3 trägt, eine grössere Fläche als die gegenüberliegende Hauptoberfläche 12, die die Kathode 4 trägt, aufweist. In entsprechender Weise ist die Seitenkantenoberflache 23 des zweiten Halbleitersubstratbereiches 2 in der Weise gegen die Ebene der Hauptoberflächen geneigt, dass die Hauptoberfläche 22, die auf dem Fuss der Struktur die Kathode 6 trägt, eine grössere Oberfläche als die gegenüberliegende Hauptoberfläche 21, die die Anode trägt, aufweist. Auf diese Weise ist eine V-förmige Einkerbung zwischen dem ersten und dem zweiten Halbleiterbereich (VierSchichtenbereich) ausgebildet. Alle in den Strukturen gebildeten pn-Übergänge liegen mit ihren Kanten in den Oberflächen der V-förmigen Einkerbung 8 frei. Eine Lichtquelle 9 dient der Emission des optischen Triggersignals, das auf die Oberflächen der V-förmigen Kerbe 8 aufgestrahlt wird. Als Lichtquelle 9 dient dabei vorzugsweise ein Licht emittierendes Festkörperelement, beispielsweise eine Leuchtdiode, die in unmittelbarer Nachbarschaft zur Halbleiterstruktur angeordnet ist.Alternativ kann die Lichtquelle 9 auch als Fenster in der Verkapselung des Halbleiterbauelementes ausgebildet sein, durch das Licht einer externen Lichtquelle eingestrahlt wird. Auch kann als Lichtquelle der Ausgang eines faseroptischen Bauelementes dienen. Schutzschichten, die die Wandflächen der V-förmigen Kerbe

509851/0846

bedecken, sind prinzipiell möglich, in der Regel auch wünschenswert, in den Figuren jedoch aus Deutlichkeitsgründen nicht dargestellt.

Ein Bidirektionalphotothyristor der vorgeschlagenen Struktur .kann entweder in der Weise ausgebildet werden, dass man auf ein und demselben Halbleitersubstrat die beiden Vierschichtenbereiche mit der einander entgegengesetzten Polarität ausbildet und erst anschliessend die Nut 8 ausbildet und dadurch die beiden Bereich voneinander trennt, oder kann in der Weise hergestellt werden, dass man den ersten Halbleitersubstratbereich 1 und den zweiten Halbleitersubstratbereich 2 unabhängig voneinander herstellt und erst anschliessend die getrennt voneinander hergestellten Teilthyristoren in Gegenüberstellung zueinander auf dem Hilfsträger aufbringt. Im Hinblick auf die wünschenswerte absolute Identität der Kennlinien der beiden Teilthyristoren und im Hinblick auf einen ausreichenden Herstellungswirkungsgrad wird jedoch vorzugsweise das nachträgliche Anbringen der Kerbe in einer homogen hergestellten Struktur, wird also das zuerst beschriebene Verfahren vorzugsweise eingesetzt.

Es sei angenommen, dass an die Elektrode 4 ein gegenüber der Elektrode 3 negatives Potential angelegt sei. Dadurch wird der erste Teilthyristor so vorgespannt, dass der pn-übergang J11 zwischen den Dotierungsschichten NE1 und PB1 und der pn-übergang J13 zwischen den Dotierungsschichten NB1 und PE1 in Durchlassrichtung vorgespannt ist, während der pn-übergang JI2 zwischen den Schichten PB1 und NB1 in Sperrichtung vorgespannt ist. Bei gleichzeitigem Anlegen dieser Spannung an die Elektroden 5 und 6 nimmt die Elektrode ein gegenüber der Elektrode 6 negatives Potential an, wobei der zweite Teilthyristor in der Weise vorgespannt wird, dass der pn-übergang J22 zwischen den Schichten P32 und NB2 in Durchlassrichtung vorgespannt ist, während die pri-Übergäncfe

509851 /0846

J21 zwischen den Schichten NE2 und PB2 und J23 zwischen den Schichten NB2 und PE2 in Sperrichtung vorgespannt sind. Beim Aufprägen eines optischen Triggersignals mittels der Lichtquelle 9 unter diesen Bedingungen auf das Bauelement, genauer gesagt, in die Ausnehmung 8 wird der erste Teilthyristor, der sich im in Durchlassrichtung vorgespannten Sperrzustand befindet, gezündet.

Dieser Zündvorgang ist im folgenden naher beschrieben.

Durch das Ausstrahlen des Lichtes werden Ladungsträgerpaare erzeugt, die in den Schichten NB1 bzw. PB1 gesammelt werden. Die in der Schicht PB1 gesammelten Defektelektronen bauen das Potential in der Schicht PBl allmählich ab. Die Defektelektronen bewirken weiterhin, dass auf der rechten Seite des pn-Überganges J11 allmählich eine Spannung aufgebaut wird, die grosser als die durch die Struktur vorgegebene "eingebaute" Spannung ist. Dadurch beginnt auf der rechten Seite der Schicht PB1 eine Elektroneninjektion aus der Schicht NEl in die Schicht PB1. Die in die Schicht PB1 injizierten Elektronen diffundieren wiederum über den pn-übergang J12 in die Schicht NB1. Die eindiffundierten Elektronen erhöhen das Potential an der Schicht NBl, was dazu führt, dass eine Injektion von Defektelektronen ausgelöst wird, sobald die sich a ro pn-übergang J13 aufbauende Vorspannung die strukturell vorgegebene, eingebaute Spannung übersteigt. Die Defektelektroneninjektion erfolgt aus der Schicht PE1 in die Schicht NB1. Die aus der Schicht NB1 in die Schicht PB1 eindiffundierten Defektelektronen führen _t zu einer Vorspannung in Durchlassrichtung am pn-übergang J11. Dadurch wird wiederum die Elektroneninjektion aus der Schicht NE1 unterstützt. Dieser Prozess wiederholt sich, bis die Summe der Stromverstärkungsfaktoren apnp + anpn der Bereiche unter Transistorbetrachtung den Wert Eins überschreitet, wobei

509851 /0846

dann der Vier Schichtenbereich 1 mit den Schichten NE1 , PB1 , NB1 und PE1 leitend durchgeschaltet wird.

Wenn dann an die Elektroden 4 und 5 ein positives Potential im Vergleich zu den Elektroden 3 und 6 angelegt wird, wird der zweite Halbleitersubstratbereich (der zweite Teilthyristor) in einen in Durchlassrichtung vorgespannten Sperrzustand überführt. Dabei läuft in den vier Schichten NE2, PB2, NB2 und PE2 der prinzipiell gleiche Vorgang wie zuvor beschrieben ab, so dass dann bein Aufprägen des optischen Triggersignals dieser Teil thyristor gezündet wird.

Der Bidirektionalthyristor der Erfindung weist zwischen den beiden Teilthyristören eine Kerbe auf, in der die mittleren pn-iibergänge J12 und J22 freiliegen. Zur Auslösung des Umschaltvorganges werden, die Oberflächen, in denen diese Übergänge freiliegen, mit dem optischen Triggersignal bestrahlt. Durch diese Ausbildung wird bei einer Beleuchtung in der beschriebenen Weise gewährleistet, dass beide Teilthyristoren praktisch identisches Zündverhalten in beiden Richtungen aufweisen. Ausserdea; sind durch die Kerbe die beiden Teilthyristören elektrisch voneinander isoliert. Dadurch wiederum ist ausserdem gewährleistet, dass keine Fehlzündung durch Restladungsträger irr> Augenblick des Umschaltens eintreten kann. Durch diese Massnahme wird auch eine hohe Durchschlagfestigkeit selbst während des Umschaltvorganges gewährleistet. Die dielektrische Durchschlagfestigkeit .wird durch eine Unterdrückung von Fehlzündungen durch restliche Ladungsträger während des Umschaltens weiterhin in der Weise erhöbt, dass die seitlichen Kantenoberflächen, in die die pn-Üboglinge auslaufen, gegenüber der Ebene der pn-Übergänge abgeschrägt sind. Durch diese Abschrägung der Seitenflächen relativ zu den Ebenen der pn-Übergänge wird die Spannungsfestigkeit der Struktur weiterhin erhöht. Ausserdem wird das optische Triggersignal

509851/0846

auf die seitlichen Oberflächen der Ausnehmung aufgestrahlt, so dass der gesamte Bereich der Hauptoberfläche zur Herstellung der elektrischen Anschlüsse zur Verfügung steht. Auch kann dadurch die gesamte zur Verfugung stehende Halbleiteroberfläche genutzt werden, wodurch die Packungsdichte .für solche Bidirektionalphotothyristoren bei hoher Strombelastbarkeit gewährleistet ist.

Ein zweites Ausführungsbeispiel des Bidirektionalphotothyristors der Erfindung ist in der Fig. 3 gezeigt. Das in Fig.3 gezeigte Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt eine gegenüber der in Fig. 1 beschriebenen Struktur erhöhte Spannungsfestigkeit. In den Figuren sind gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen versehen.

Als eine Massnahme zur Erhöhung der Spannungsfestigkeit von Halbleiterbauelementen ist das Abschrägen der Seitenflächen des Halbleitersubstrats, in das die pn-Übergänge auslaufen, bekannt. Die Abschrägung erfolgt relativ zur Hauptebene der pn-Übergänge. Dabei werden positive und negative Abschrägungen unterschieden. Beim positiven Abschrägen der Seitenflächen sind diese so geneigt, dass der Querschnitt der stärker dotierten Seite des pn-Überganges parallel zur Ebene des pn-Überganges grosser als der Querschnitt auf der gegenüberliegenden Seite ist. Entsprechend wird als negatives Abschrägen eine Abschrägung der Seitenfläche der Halbleiterstruktur bezeichnet, die in umgekehrter Richtung verläuft. Ausserdem ist bekannt, dass zur Erzielung gleicher Spannungsfestigkeiten der Abschrägungswinkel relativ zur Ebene des pn-Überganges bei negativer Abschrägung kleiner sein kann als bei positiver Abschrägung. In dem in Fig. 1 gezeigten Ausführungsbeispiel der Erfindung sind die Seitenflächen gegenüber den pn-Übergängen J12 und J23 mit konstantem Abschrägungswinkel negativ abgeschrägt. Die pn-Übergänge J12 und J23 des ersten Ausführungsbeispiels

509851 /0846

neigen jedoch eher dazu, die Spannungsfestigkeit des Bauelementes zu vermindern. Dagegen ist in dem in Fig. 3 gezeigten zweiten Ausführungsbeispiel die Abschrägung bzv/. der Abschrägungswinkel der Seitenflächen so gewählt, dass er für die pn-Ubergänge J12 und J23 entsprechend einar ne-•gativen Abschrägung kleiner gehalten ist als für die pn-Übergänge J13 und J22 im Hinblick auf eine positive Abschrägung, so dass die Spannungsfestigkeit für die negative Abschrägung der pn-Übergänge näherungsweise gleich der Spannungsfestigkeit der pn-Übergänge für die positive Abschrägung ist. Durch diese Angleichung wird erreicht, dass das Halbleiterbauelement insgesamt verbesserte Hochspannungskenndaten aufweist.

Eine unter diesen Gesichtspunkten ausgebildete Ausnehmung kann durch Sandblasen, vorzugsweise jedoch durch Atzen, erzeugt werden« Nach den Ätzverfahren wird zunächst die flachere Ausnehmung zur Herstellung der negativen Abschrägung hergestellt und wird dann die tiefere Ausnehmung für die positive Abschrägung ausgeätzt. Die Seitenflächen bzw. die Oberflächen der Ausnehmung sind mit elektrisch isolierendem Material 10, vorzugsweise mit Siliconkautschuk oder Glas, belegt.

In der Fig. 4 ist ein drittes Ausführungsbeispiel des Bidirektionalphotothyristors der Erfindung gezeigt. Dieses Ausführungsbeispiel zeichnet sich insbesondere durch einen ausserordentlich raschen Aufbau dv/dt der Gegenspannung aus. Ein weiterer Vorteil des in Fig. 4 gezeigten Ausführungsbeispiels der Erfindunggegenüber dem ersten und zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung ist die Verbesserung der Temperaturkenndaten. In den ersten gezeigten Ausführungsbeispielen sind die pn-Übergänge J11 und J21 in ihren Endbereichen über die Elektroden kurzgeschlossen. Bei dieser Ausbildung kann jedoch der Einfluss der Verschiebungsströme

509851 /0846

7525329

und der Einfluss des RestStroms in Sperrichtung (Fehlzündung) nicht für höchste Ansprüche ausreichend unterdrückt werden. Zur Lösung dieses Problems ist das in Fig. 4 gezeigte Ausführungsbeispiel so ausgebildet, dass die Schichten NE1 und NE2 mit Kurzschlussbrücken 14 zu den Elektroden ausgerüstet sind, die im wesentlichen gleichmässig über die gesamten Oberflächen dieser Schichten verteilt sind. Durch Zwischenräume zwischen den Kurzschlusspfaden 14 erstrecken sich die Schichten PB1 und PB2 so, dass sie in der Hauptoberfläche der Struktur freiliegen. Mit anderen Worten ist der pn-übergang J11 zur Kathode 4 in im wesentlichen gleichen Abständen über die gesamte Oberfläche der Schicht NE1 kurzgeschlossen. Der pn-übergang J21 ist zur Elektrode 6 ebenfalls in im wesentlichen gleichen Abständen über die gesamte Oberfläche der Schicht NE2 kurzgeschlossen. Durch diese Ausbildung wird erreicht, dass der Einfluss eines Verschiebungsstromes und des Reststromes in Sperrichtung vollständig ausgeschaltet werden kann. Durch diese Massnahme wird ein Bidirektionalphotothyristor erhalten, der insbesondere verbesserte dv/dt-Kenndaten und ein verbessertes, insbesondere stabileres Temperaturverhalten aufweist. Auch in der Fig. 4 sind für gleiche Elemente gleiche Bezugszeichen wie in den vorangegangenen Figuren verwendet. Die Ausnehmung 8 kann dabei zusätzlich in der gleichen Weise wie in Fig. 3 (zweites Ausführungsbeispiel) dargestellt ausgebildet sein.

In den Figuren 5 und 6 ist ein viertes Ausführungsbeispiel des bidirektionalen Photothyristors der Erfindung gezeigt. Dieses Ausführungsbeispiel ist insbesondere für die Massenproduktion geeigneter als die vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele. Das vierte Ausführungsbeispiel, das in den Figuren 5 und 6 gezeigt ist, unterscheidet sich von den vorherbeschriebenen ^usführungsbeispielen dadurch, dass die beiden Teilthyristorbereiche einstückig ausgebildet

509851 /0846

sind. In den Figuren ist das Halbleitersubstrat 51 dargestellt, das ein Paar einander gegenüberliegender Hauptoberflächen 511 und 512 und eine seitliche Kantenfläche bes-itzt, die sich zwischen den beiden einander gegenüberliegenden Hauptoberflächen der Struktur erstreckt. Zwischen den beiden Hauptoberflächen sind stapelartig mit alternierenden Leitfähigkeitstypen die fünf Dotierungsschichten N1, P1, N3, P2 und N2 ausgebildet. Jeweils zwei aneinandergrenzende Schichten bilden einen pn-übergang. Die erste Hauptoberfläche 511 besteht aus einer freiliegenden Oberfläche der Schicht P1 und einer freiliegenden Oberfläche der in der Schicht P1 ausgebildeten Schicht N1. Die gegenüberliegende Hauptoberfläche 512 besteht aus einer freiliegenden Oberfläche der Schicht P2 und einer freiliegenden Oberfläche der in dieser Schicht P2 ausgebildeten Schicht N2. Die Schichten N1 und N2, die in den Schichten P1 bzw. P2 ausgebildet sind, sind in einem vorbestimmten Abstand in der V7eise voneinander getrennt angeordnet, dass ihre Projektionen, also die Projektionen der Schichten N1 und N2, in Richtung der Schichtenfolge, also ihre Projektionen in die Ebene der Schichten, sich nicht überlappen. Auf diese Weise ist ein Halbleitersubstrat 51 ausgebildet, das aus einem ersten Vierschichtenbereich 514 mit der Schicht N1 als einer Aussenschicht und ein zweiter Vierschichtenbereich 515 mit der Schicht N2 als einer Aussenschicht besteht. Zwischen diesen beiden Vierschichtenbereichen ist ein aus den Schichten P1, N3 und P2 bestehender Isolatorbereich ausgebildet. Die VierSchichtenbereiche 514 und 515 entsprechen dem ersten und dem zweiten Halbleitersubstratbereiqh in den vorangehenden Ausführungsbeispielen. Ausgehend von den Hauptoberflächen 511 und 512 sind die Ausnehmungen und 517 in dem Isolatorbereich 518 ausgebildet. Die Ausnehmungen 516 und 517 weisen je eine Tiefe auf, die flacher als die Dicke des HalbleiterSubstrats 51 ist, jedoch tiefer

50985 1 /084 6

ist als der halben Stärke des Halbleitersubstrats 51 entspricht. Die Ausnehmungen überschneiden sich teilweise. Im Bereich der Überschneidung beider Ausnehmungen resultiert eine durchgehende Öffnung 519.

• Haftelektroden 52 und 53 bilden einen ohraschen Kontakt zu den Schichten N1 und P1 bzw. N2 und P2. Durch die Ausnehmung 516 wird die Hauptelektrode 52 in zwei Bereiche, unterteilt, die jedoch durch an sich bekannte und in den Figuren nicht dargestellte Mittel elektrisch leitend miteinander verbunden sind. In entsprechender Weise wird die Hauptelektrode 53 durch die Ausnehmung 517 zwar geometrisch in zwei Teile unterteilt, wobei diese beiden Teilbereiche der Elektrode jedoch elektrisch miteinander verbunden sind. Eine Hilfsträgerplatte 54 trägt das Halbleitersubstrat 51. Gegenüber der durchgehenden öffnung 519 ist die Lichtquelle angeordnet, die das optische Triggersignal ausstrahlt. Ein Isolatormaterial hoher optischer Durchlässigkeit füllt die durchgehende Öffnung 519 aus. Als Isolatormaterial mit hoher Transmission wird vorzugsweise ein Epoxidharz verwendet.

In dem in den Figuren 5 und 6 gezeigten Ausführungsbeispiel des Bidirektionalphotothyristors der Erfindung entsprechen der Isolatorbereich 518, die Ausnehmungen 516 und 517 sowie die durchgehende Öffnung 519 gemeinsam und zusammenwirkend der Ausnehmung 8 in den zuvor beschriebenen Ausführungsbeispielen. Das Zusammenwirken der zuvor beschriebenen Elemente bewirkt den gleichen Effekt wie die Ausnehmung 8. Das vierte, zuvor beschriebene Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von den zuvor beschriebenen Ausfhrungsbeispielen darin, dass das Halbleitersubstrat nicht in zwei strukturell voneinander unabhängige Teilstrukturen getrennt ist. Bei der Herstellung solcher Halbleiterbauelemente ist es gebräuchliche Praxis zur Verbesserung des Wirkungsgrades beim Herstellungsverfahren und zur Erzielung gleich-

509851/0846

förmigerer Kenndaten, dass man zunächst ein Halbleiterplättchen mit grosser Oberfläche durch Diffusion dotiert, die dotierte Struktur dann mit Schutzschichten überzieht und schliesslich die Elektroden für die Anschlüsse aufbringt. Anschliessend wird die so hergestellte Struktur in die einzelnen Halbleiterbauelemente zerlegt. Wenn bei diesem Herstellungsverfahren auch die Halbleiterteilbereiche getrennt werden, was nach den ersten Beispielen unvermeidlich' ist, treten bei grossen Fertigungsserien Schwierigkeiten beim Wiederzusammenfügen der Einzelteile auf dem Hilfsträger auf. Die Schwierigkeiten sind^selbst dann beachtlich, wenn die Ausnehmung erst nach dem Aufbringen des ausgeschnittenen Halbleitersubstrats auf den Hilfsträger ausgebildet wird. Im Gegensatz dazu erbringt das vierte Ausführungsbeispiel der Erfindung den Vorteil, dass das Halbleitersubstrat, das funktionell aus den beiden Vierschichtenteilbereichen bestellt, dennoch als einstückiges Substrat gehandhabt und auf den Hilfsträger aufgebracht werden kann. Insbesondere das Vorfertigen in grösseren Chips mit anschliessender Zerlegung in die einzelnen Bauelemente kann als Verfahren bei der Herstellung des Halbleitersubstrats bzw. des Bauelementes nach den Figuren 5 und 6 (viertes Ausführungsbeispiel) eingesetzt werden. Dadurch ist gewährleistet, dass das Ausführungsbeispiel der Erfindung nach den Figuren 5 und 6 auch der Massenproduktion zugänglich ist. Vorzugsweise wird die durchgehende öffnung 519 rait lichtdurchlässiger Isolatormasse ausgefüllt. Dadurch kann nicht nur die optische Empfindlichkeit weiter verbessert werden, sondern werden auch die freiliegenden Bereiche der pn-üborgänge geschützt und dadurch stabilisiert. Das zuvor beschriebene vierte Ausführungsbeispiel der Erfindung kann selbstverständlich in der zuvor beschriebenen Weise auch so modifiziert werden, dass seine dv/dt-Kenndaten und seine Temperaturkenndaten verbessert werden.

509851 /0846

2525323

In den Figuren 7 und 8 ist ein fünftes Ausführungsbeispiel des Bidirektionalphotothyristors der Erfindung beschrieben. Dieses Ausführungsbeispiel zeichnet sich insbesondere durch eine ausserordentlich hohe Spannungsfestigkeit und gleichzeitige Eignung für die Massenproduktion aus. Eine tiefe Ausnehmung (Figuren 7 und 8) ist in einer der Haupt ob er flächen ausgebildet. Diese Ausnehmung ist bis über einen pn-übergang J2 hinaus niedergebracht und umgibt zwei Vierschichtenbereiche 514 und 515. In entsprechender Weise ist eine tiefe Ausnehmung 582 in der gegenüberliegenden Hauptoberfläche angebracht, deren Sohle bis über den pn-übergang J3 hinaus niedergebracht ist. Die Ausnehmung 582 umgibt die beiden Vierschichtenstrukturen 514 und 515 ebenfalls vollständig. Im Mittelast dieser Ausnehmungen ist zwischen den beiden Vierschichtenbereichen 514 und 515 eine durchgehende öffnung 519 angebracht. Diese Öffnung sowie die Ausnehmungen 581 und 582 sind mit optisch durchsichtigem und elektrisch isolierendem Material ausgefüllt. Bei dieser Ausbildung sind die freiliegenden Kanten der pn-Übergänge J2 und J3 in der Weise abgeschrägt, dass ein einstückiges Halbleitersubstrat mit grosser Oberfläche und Abschrägungen auf beiden Seiten der Hauptoberflächen erhalten wird. Eine solche Struktur ist ein Bidirektionalphotothyristor, der eine ausserordentlich hohe Spannungsfestigkeit aufweist und gleichzeitig der Massenproduktion zugänglich ist. Es sei darauf hingewiesen, dass auch dieses Ausführungsbeispiel entsprechend dem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung modifizierbar ist.

Wenn auch in dem zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiel der , Erfindung die zuvor hergestellte grosse Halbleiterscheibe so geschnitten wird, dass beim Ausschneiden der einzelnen Bauelemente die Nut erhalten bleibt, so dass sie mit dem Isolatormaterial 59 ausgefüllt werden kann, steht dem jedoch nicht im Wege, dass dieses Ausschneiden auch in der Nut selbst erfolgen kann.

509851 /0846

In der Fig. 9 schliesslich ist ein sechstes Ausführungsbeispiel des Bidirektionalphotothyristors der Erfindung gezeigt, in dem das Halbleiterbauelement nach dem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung in einem Gehäuse eingebaut ist. Die Basis des Gehäuses 61 besteht aus einer Grundplatte 611, die das Halbleitersubstrat 60 trägt. Ein mit einem Schraubengewinde versehener Vorsprung 612 kann beispielsweise dazu dienen, das Bauelement auf einem Kühlrippensystem zu verschrauben. Eine aus elektrisch isolierendem Material bestehende becherförmige Kappe 62 schliesst den Innenraum des Gehäuses, in dem das Halbleiterbauelement untergebracht ist, luftdicht gegen die Grundplatte 611 ab. Auf dem Halbleitersubstrat 60 liegt eine Elektrodenplatte 63 auf, die eine durchgehende Bohrung 631 aufweist. Die durchgehende Bohrung 631 in der Elektrodenplatte 63 ist so angeordnet, dass sie über der Ausnehmung 8 im Halbleitersubstrat 60 liegt. In der Bohrung 631 ist der Kopf der Lichtquelle 64 gehaltert. Die Halterung erfolgt vorzugsweise durch Vergiessen mit einem elektrisch isolierenden Material 632. Die Vorrichtung ist weiterhin mit Zuleitungen 65 für die Elektrodenplatte 63 und 66 für die Lichtquelle 64 ausgerüstet.

In der in Fig. 3 gezeigten Ausbildung wird zu Testzwecken ein Bidirektionalphotdhyristor hergestellt, der für Nennspannungen von 800 V und für Nennströme von 100 A ausgelegt ist. Der Durchmesser des Halbleitersubstrate beträgt 1,6 cm. Das Substrat ist 350 ,um dick. In der oberen Hauptoberfläche ist die Ausnehmung 2,2 mm breit. Das optische Triggersignal wird mit einer Leistungsaufnahme von 0,1 W bei einer optischen Ausgangsleistung von 10 mW aufgebracht. Die kritische Umschaltgeschwindigkeit dieses Bauelementes ist durch einen kritischen Spannungsanstieg am Teilthyristor im gesperrten Zustand von dv/dt )■ 100 V/,us und durch einen kritischen Stromanstieg am durchgeschalteten Teilthyristor von di/dt =

5098 5 1/0846

100 A//Us bestimmt.

Auf der anderen Seite erfordert ein Bidirektionalphotothyristor für den Betrieb bei einer Nennspannung von 200 V und einem Nennstrom von 3 A bei Verwendung eines elektrischen •Steuersystems eine Steuer leistung von 3,5 V χ 300 mA zur Durchführung des Urnschaltvorganges- Bei augenblicklicher Umschaltung beträgt die kritische Umschaltgeschwindigkeit dieses Bauelementes nach dem Stand der Technik am gesperrten Teilthyristor für den Spannungsanstieg dv/dt = 20 V/ Ais und für den kritischen Stromanstieg am durchgeschalteten Teilthyristor di/dt = 1 A/,us. Die Vergleichsstruktur ist zusätzlich mit einer etwa 1 mm breiten Isolatorschicht zwischen den beiden Teilthyristoren ausgestattet.

5098 5 1/08 A6

Claims (5)

1. Patentansprüche

   \ 1.j Bidirektionaler Photothyristor mit einem zwei einander gegenüberliegende Hauptoberflächen und an diese anschliessende Seitenkantenoberflachen aufweisenden Halbleitersubstrat, mit zwischen den Hauptoberflächen liegender erster, zweiter und dritter halbleitender Dotierungsschicht, von denen die erste Dotierungsschicht einen ersten Leitungstyp aufweist und in einer der beiden Hauptoberflächen freiliegt, von denen die zweite Dotierungsschicht einen zum Leitungstyp der ersten Dotierungsschicht entgegengesetzten Leitungstyp aufweist und unter Bildung eines ersten pn-Überganges zur ersten Dotierungsschicht parallel zu dieser und angrenzend an diese liegt, und von denen die dritte Dotierungsschicht den gleichen Leitungstyp wie die erste Dotierungsschicht aufweist und unter Bildung eines zweiten pn-Überganges zur zweiten Dotierungsschicht parallel zu dieser und angrenzend an diese liegt, wobei der erste und der zweite pn-übergang in den Seitenkantenoberflächen freiliegen, mit einer vierten halbleitenden Dotierungsschicht, die den gleichen Leitungstyp wie die zweite Dotierungsschicht aufweist und in der ersten Dotierungsschicht so ausgebildet ist, dass sie sich unter Bildung eines dritten pn-Überganges an den Grenzflächen zwischen der ersten und der vierten Dotierungsschicht von der einen bis zur anderen Hauptoberfläche erstreckt, mit einer fünften halbleitenden Dotie-

   509851/0846

   rungsschicht, die den Leitungstyp der zweiten Dotierungsschicht aufweist und in der dritten Dotierungsschicht so ausgebildet ist, dass sie sich unter Bildung eines vierten pn-Überganges an den Grenzflächen zwischen der dritten und fünften Dotierungsschicht ebenfalls von einer zur anderen Hauptoberfläche erstreckt, wobei sich die Projektionen der vierten und der fünften Dotierusigsschicht in Richtung der Schichtenfolge nicht überlappen, so dass zwischen den Hauptoberflächen zwei einander gegenüberliegende Vi er Schichtenbereiche ausgebildet sind, von denen der erste VierSchichtenbereich die vierte Dotierungsschicht als eine seiner beiden Aussenschichten und der zweite VierSchichtenbereich die fünfte Dotierungsschicht als

   eine seiner beiden nüssenschichten enthält, mit einer ersten Hauptelektrode, die einen ohnischen Kontakt zur ersten und vierten Dotierungsschicht auf der einen Hauptoberflache herstellt, mit einer zweiten Hauptelektrode, die einen ohmschen Kontakt im wesentlichen zum gesamten Oberflächenbereich der anderen Hauptoberfläche herstellt, und mit Mitteln zum Aufprägen eines optischen Triggersignals zur Auslösung der Schaltvorgänge in den beiden Vierschichtenbereichen, gekennzeichnet durch eine Ausnehmung zwischen den beiden Vier schicht enber eichen, die 'sich in die erste Hauptoberfläche öffnet und in der der erste und der zweite pn-übergang freiliegen und die so ausgebildet ist, dass das optische Triggersignal auf ihre Oberfläche aufstrahlbar ist.

   509851/08 4 6

   7525329
2. 2. Bidirektionaler Photothyristor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , dass sich die Ausnehmung entlang der Grenzfläche zwischen dem ersten und dem zweiten VierSchichtenbereich erstreckt und dass der erste und der zweite Vierschichtenbereich auf der Seite der ersten Hauptoberfläche elektrisch voneinander isoliert sind.
3. 3. Bidirektionaler Photothyristor nach einem der Ansprüche

   1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , dass die Flächen der Ausnehmung und die Seitenkantenoberflächen gegenüber der Ebene des ersten und des zweiten pn-Überganges in der Weise abgeschrägt sind, dass sich der Querschnitt des Halbleitersubstrats in der Schichtenebene zwischen der Seitenfläche der Ausnehmung und der Seitenkantenoberflache in Richtung auf die erste Hauptoberflache des Substrats zu verkleinert.
4. 4. Bidirektionaler Photothyristor nach einem der Ansprüche bis 3, dadurch gekennzeichnet ,dass die Oberfläche der Ausnehmung und die Seitenkantenoberfläche den ersten pn-übergang unter einem kleineren Winkel als den zweiten pn-übergang schneiden.
5. 5. Bidirektionaler Photothyristor nach einem der Ansprüche bis 4, dadurch gekennzeichnet , dass die Mittel zum Aufprägen des optischen Auslösesignals ein Licht emittierendes Halbleiterbauelement enthalten, das

   5098 B 1/08/, 6

   in unmittelbarer Nähe oder unmittelbar am Halbleitersubstrat des Photothyristors angebracht ist.

   509851/0846