DE2653432A1

DE2653432A1 - Halbleiterelement

Info

Publication number: DE2653432A1
Application number: DE19762653432
Authority: DE
Inventors: Masahiko Akamatsu
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1976-02-12
Filing date: 1976-11-24
Publication date: 1977-08-25
Also published as: FR2341204B1; JPS5297684A; FR2341204A1; SE7613161L; SE7710046L; SE431697B; US4338617A; DE2659909C2; GB1578760A; GB1578759A; CH612795A5; CA1068411A; DE2659909A1; GB1578758A

Description

Die Erfindung "betrifft eine Leistungs-Halbleiterschaltereinrichtung.

Es ist bekannt, einen Thyristor oder einen über die Steuerelektrode löschbaren Thyristor oder einen Transistor als Leistungs-Halbleiterschalteinrichtung zu verwenden. Ein Thyristor hat keine Eigenlöschfunktion oder Selbstlöschfunktion. Der über die Steuerelektrode löschbare Thyristor wird durch die Löschschaltleistung leicht zerstört, so daß es schwierig ist, einen solchen Thyristor für große Kapazität zu verwirklichen. Andererseits ist es schwierig, einen Transistor für eine hohe Spannung und einen hohen Strom herzustellen, da die Zunahme der Durchbruchspannung und die Erhöhung des Stromverstärkungsfaktors in einem gegensätzlichen Verhältnis stehen.

Es wurde bereits vorgeschlagen, eine komplexe Schaltvorrichtung zu verwenden, bei der ein über die Steuerelektrode löschbarer Thyristor zwischen Basis und Kollektor des Transistors geschaltet ist, so daß der Transistor ausgeschaltet wird, wenn der Thyristor über die Steuerelektrode gelöscht wird.

Die Figuren 16a, b zeigen einen Schnitt eines herkömmlichen Aufbaus einer Verbindung eines über die Steuerelektrode löschbaren Thyristors GTO und eines Transistors TR sowie das zugehörige Schaltdiagramm. Bei dieser herkömmlichen Einrichtung ist ein aus drei Schichten bestehender Transistorteil TR und ein aus vier Schichten bestehender über die Steuerelektrode löschbarer Thyristor GTO vorgesehen und der über die Steuer-.elektrode löschbare Thyristor schaltet den Basisetrom I_B des Transistors ein und aus. Da das Löschen des Thyristors über die Steuerelektrode schwierig ist, ist es erforderlich, den Stromverstärkungsfaktor h^g des Transistors TR zu erhöhen und den erforderlichen Basisstrom Lg zur Vermittlung des Abschaltzustandes zu verringern, da der Strom, welcher über die Steuerelektrode des Thyristors GTO abschaltbar ist, d. h. der ausschaltbare Strom pro Flächeneinheit der Halbleiterscheibe (Stromdichte) um eine Größenordnung kleiner ist als der Strom

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eines Thyristors ohne Ausschaltbefähigung und um eine bis mehrere Größenordnungen kleiner als der Strom des Transistors. Daher ist die Fläche der Halbleiterscheibe für den GTO-Thyristor zu groß, es sei denn, der durch den GTO-Thyristor fließende Strom würde gesenkt und der erforderliche Basisstrom I_B des Transistors würde gesenkt. Zur Erhöhung des Stromverstärkungsfaktors hj,_E des Transistors TR ist es erforderlich, der Basisschicht 13b des Transistorsbereichs TR eine geringere Dicke zu erteilen wenn man einen Halbleiter gleicher Störstellendichte verwendet. Andererseits sollte die Dicke der Steuerelektrodenschicht 13a des aus vier Schichten bestehenden GTO-Thyristorbereichs wegen der erforderlichen Ausschaltbarkeit und wegen der Vierschichtstruktur groß sein. Wenn beide die gleiche Dicke haben, so sollten die Steuerelektrodenschicht 13a des GTO-Bereichs und die Basisschicht 13b des TR-Bereichs verschiedene Störstellenstrukturen haben. Diese Gegensätze zwischen dem aus drei Schichten bestehenden TR-Bereich und dem aus vier Schichten bestehenden GTO-Bereich führen zu Schwierigkeiten hinsichtlich der anderen Halbleiterschichten 12, 14, 14a, 14b. Daher ist die Herstellung eines herkömmlichen Halbleiterelementes gemäß Fig. 16 schwierig. Darüber hinaus ist es bei dem herkömmlichen Halbleiterelement gemäß Fig. 16 schwierig, die Durchbruchspannung des aus drei Schichten bestehenden TR-Bereichs zu erhöhen. Um den Stromverstärkungsfaktor hjrg zu verbessern, ist es erforderlich, den Diffusionsabstand der Basisschicht 13b zu erhöhen oder eine geringere Dicke vorzusehen oder den Basiskontakt mit feinen vorspringenden Bereichen zu versehen. Diese Strukturen bewirken, eine Senkung der Durohbruchspannung und der aufrechterhaltbaren Kollektorspannung V^g (sustaining) welche für die Löschstufe oder Ausschaltstufe erforderlich ist und sie bewirken ferner eine stärkere üngleiohförmigkeit in der Schicht sowie eine Erhöhung der Aueschußrate bei der Herstellung. Wenn die Durchbruchspannung erhöht wird (V(Tg₀C₈₁₁₈) ^ 600), so kommt es zu einer beträchtlichen Senkung der Stromdichte pro Flächeneinheit. Somit ist die Herstellung eines solchen Halbleiterelementes für hohe Spannung und hohen Strom sehr un-

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wirtschaftlich im Vergleich mit einem einfachen Hochgeschwindigkeitsthyristor. Daher wurden diese Hochspannungs-Halbleiterelemente praktisch nur als Halbleiterelemente für geringe Stromstärke (mehrere Amp£re) eingesetzt. Der Bereich eines sicheren Betriebs ist eng, da die aufrechterhaltbare Kollektorspannung niedrig ist und da die Dicke der Basisschicht gering ist, so daß eine Ungleichförmigkeit bewirkt wird (hoher Kollektorverlust und Neigung zur örtlichen Konzentrierung der Schaltleistung). Daher hat die Ausführungsform gemäß Fig. 16 die Nachteile der üblichen Transistoren.

Wie oben ausgeführt, beruhen die Nachteile der Ausführungsform gemäß Pig. 16 auf der Tatsache, daß der aus vier Schichten bestehende GTO-Bereich lediglich über die Steuerelektrode gelöscht wird. Der aus drei Schichten bestehende TR-Bereich trägt im wesentlichen nicht zur Qualität des Löschvorgangs bei sondern trägt nur quantitativ zur Verstärkung bei. Daher ist es bei einer Senkung des Stromverstärkungsfaktors des aus drei Schichten bestehenden TR-Bereichs schwierig, das Halbleiterschaltelement Über die Steuerelektrode des aus vier Schichten bestehenden GTO-Bereichs auszuschalten oder zu löschen.

Bei der Ausführungsform gemäß Pig. 16 wird der Strom des TR-Bereichs gesenkt wenn der Strom des GTO-Bereichs in der Stufe des Löschens des GTO gesenkt wird, so daß der Spannungsabfall liber die Hauptelektroden 4-1 und 42 erhöht wird. Somit kommt es bei einer Senkung des Stroms zu einem Spannungsanstieg. Die dem GTO zugeführte Ausschaltleistung wird im Vergleich zur alleinigen Verwendung eines GTO bei gleicher Stromdichte (alleinige Verwendung eines GTO mit einem Strom des gleichen Wertes wie der durch das GTO-Teil gemäß Pig. 16 fließende Strom) für den GTO-Teil selbst nicht verbessert und es erfolgt lediglich eine Verstärkung durch den TR-Teil. Als Hochleistungsschalteinrichtung hat eine solche Einrichtung jedoch den fatalen Nachteil, daß die Ausschaltleistung örtlich konzentriert ist wenn der Halbleiterschalter über die Steuerelektrode ausgeschaltet oder gelöscht wird. Wenn z. B. in der Löschstufe die

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Gate-Rückwärtsvorspannung angelegt wird, so wird der Ausschaltübergangs st rom i(off) auf den Bereich der Pfeillinie gemäß Fig. 16a konzentriert, welcher von der Steuerelektrode entfernt ist und zwar etwa während der Zeitspanne, welche in der Nähe der maximalen Schaltleistung vor und nach dem Löschen liegt, d. h. während der Zeitspanne der Zufuhr der Schaltenergie.

Die Ausführungsform gemäß Fig. 16 hat ferner die Nachteile des herkömmlichen über die Steuerelektrode löschbaren Thyristors GTO. Wie bereits oben erwähnt, ist der zur Ausschaltung oder Löschung befähigte Basisstrom äußerst beschränkt, auch wenn die Verstärkung durch den Transistor TR verbessert wird. Dies beruht auf der Punktion des Thyristors GTO. Daher sollte ein großer Strom durch Verbesserung des Stromverstärkungsfaktors des Transistors TR verwirklicht werden.

Es ist Aufgabe der Erfindung, die genannten Nachteile des herkömmlichen Halbleiterschaltelementes zu vermeiden und ein Halbleiterelement mit einer Selbstlöschfunktion zu schaffen. Ferner ist es Aufgabe der Erfindung, ein Halbleiterelement für hohe Spannung und hohen Strom zu schaffen. Schließlich ist es Aufgabe der Erfindung, ein Halbleiterelement zu schaffen, bei dem die Ausschaltleistung nicht örtlich konzentriert wird, so daß das Halbleiterelement innerhalb eines weiten Betriebsbereiches sicher betrieben werden kann.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Halbleiterelement gelöst, welches eine erste, eine zweite, eine dritte und eine vierte Halbleiterschicht umfaßt, wobei die freiliegende Oberfläche der dritten Halbleiterschicht 13 einen freiliegenden Oberflächenteil umfaßt, welcher im wesentlichen der freiliegenden Fläche der zweiten Halbleiterschicht gegenüberliegt und in Ohm'schem Kontakt mit dem dritten B-Kontakt steht und wobei die freiliegende Oberfläche der vierten Halbleiterschicht einen ersten Teil umfaßt, welcher der ersten Halbleiterschicht gegenüberliegt und in Ohm¹ schein Kontakt mit dem dritten A-Kon-

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takt steht sowie einen zweiten Teil, welcher der freiliegenden Fläche der zweiten Halbleiterschicht gegenüberliegt und in Ohm'schem Kontakt mit dem zweiten Kontakt steht.

Im folgenden wird die Erfindung anhand von Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 und Figuren 3 bis 7 schematische Darstellungen verschiedener AusfUhrungsformen des erfindungsgemäßen Halbleiterelementes;

Fig. 2 eine schematische Ansicht zur Veranschaulichung der durch das erfindungsgemäße Halbleiterelement bewirkten Verbesserung;

Fig. 8 bis 11 Schaltdiagramme zur Veranschaulichung der Anwendungen des erfindungsgemäßen Halbleiterelementes;

Fig.12 und 13 schematische Darstellungen weiterer AusfUhrungsformen des erfindungsgemäßen Halbleiterelementes;

Fig.14 ein symbolisches Sehaltdiagramm der AusfUhrungsformen gemäß den Figuren 12 und 13;

Fig.15 eine schematische Ansicht und ein symbolisches Schaltdiagramm einer weiteren vereinfachten AuBfUhrungsform und

Fig.16a und b eine schematische Ansicht bzw. ein Schaltbild einer herkömmlichen Verbindung eines Transistors und eines Über die Steuerelektrode löschbaren Thyristors.

In den Zeichnungen werden gleich oder sich entsprechende Bauteile durch gleiche Bezugszeichen bezeichnet. Die Figuren 1a und b zeigen eine Draufsicht und einen Schnitt einer AusfUhrungsform des erfindungsgemäßen Halbleiterelementes. In dem jeweils linken Bereich sind die Kontakte 22 bis 12 weggelassen während sie in dem jeweils rechten Bereich gezeigt sind. Bei der AusfUhrungsform gemäß Fig. 1 handelt es sich um ein Halbleiterelement vom PNPN-Typ, wobei die erste Halbleiterschicht 11, die zweite Halbleiterschicht 12, die dritte Halbleiterschicht 13 und die vierte Halbleiterschicht 14 jeweils Halbleiterschichten vom P-, N-, P- und N-Typ sind.

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Die erste Halbleiterschicht 11 hat eine freiliegende Fläche an der ersten Oberfläche, welche in Ohm'schem Kontakt mit dem ersten Kontakt 21 steht und den zentralen Bereich der Halbleiterscheibe 1 an der ersten Oberfläche bildet. Die zweite Halbleiterschicht 12 bildet den ersten PN-Übergang J. mit der ersten Halbleiterschicht 11 und hat eine freiliegende Fläche auf der ersten Oberfläche der Halbleiterscheibe wo sie in Ohm'schem Kontakt mit dem ersten Kontakt 21 steht. Dabei kann es sich um einen Kontakt handeln, welcher von dem die erste Halbleiterschicht berührenden Kontakt getrennt ist und mit diesem Kontakt lediglich elektrisch verbunden ist. Die freiliegende Fläche der zweiten Halbleiterschicht 12 bildet den peripheren Bereich der ersten Hauptflache der Halbleiterscheibe 1.

Die dritte Halbleiterschicht 13 bildet den zweiten Übergang J„ mit der zweiten Halbleiterschicht 12 und besitzt eine freiliegende Oberfläche in der zweiten Hauptfläche der Halbleiterscheibe 1. Die freiliegende Oberfläche der dritten Halbleiterschicht 13 umfaßt die Oberfläche der Steuerelektrodenschicht oder G-ate-Schicht 13a, welche in Ohm'schem Kontakt mit dem vierten Kontakt 24 steht. Ferner bildet diese freiliegende Fläche der Schicht 13 auch die Oberfläche für die Basis 13b, welche in Ohm'schem Kontakt mit dem dritten B-Kontakt 23b steht (mit einem Teilbereich des dritten Bereichs 23). Die freiliegende Fläche für die Steuerelektrodenschicht 13a (P_&) ist derart angeordnet, daß sie im wesentlichen der ersten Halbleiterschicht 11 gegenüber liegt, wobei jedoch eine Diskrepanz um etwa eine Dicke mit der Halbleiterscheibe in der Gegenüberläge zulässig ist. Bei der Ausfiihrungsform gemäß Fig. bildet die Oberfläche der Steuerelektrodenschicht 13a den mittleren Bereich der Halbleiterscheibe 1 auf der zweiten Oberfläche und liegt der ersten Halbleiterschicht 11 gegenüber. Andererseits liegt die freiliegende Fläche der Basis 13b der dritten Halbleiterschieht 13 im wesentlichen gegenüber mindestens der freiliegenden Fläche der zweiten Halbleiterschicht 12. Bei dieser Ausflihrungsform liegt die Oberfläche der

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Basis 13b der freiliegenden Fläche der zweiten Halbleiterschicht 12 gegenüber und besitzt eine gemusterte Fläche, welche sich in die Ringflache (zweite Fläche) der Halbleiterscheibe hinein erstreckt (als Vorspannungsgrenzlinie) (Bias Shoreline). Die vierte Halbleiterschicht 14 bildet den dritten übergang J^ mit der dritten Halbleiterschicht 13 und besitzt eine freiliegende Fläche auf der zweiten Hauptfläche. Die freiliegende Fläche der vierten Halbleiterschicht umfaßt einen ersten Bereich 14a, welcher in Ohm'schem Kontakt mit dem dritten Α-Kontakt 23a (eines Teils des dritten Kontakts 23) steht, sowie einen zweiten Bereich 14b, welcher in Ohm'schem Kontakt mit dem zweiten Kontakt 22 steht. Der erste Bereich 14a liegt der ersten Halbleiterschicht 11 gegenüber und der zweite Bereich 14b liegt der freiliegenden Fläche der zweiten Halbleiterschicht 12 gegenüber. Der erste Bereich 14a und der zweite Bereich 14b bilden die freiliegenden Flächen der Kathodenschicht 14a (N, ) bzw. der Emitterschicht 14b (N₀). Der dritte Α-Kontakt ist elektrisch verbunden mit dem dritten B-Kontakt. Bei dieser Ausführungsform sind sie durch den dritten Kontakt 23 verbunden, welcher im wesentlichen aus dem gleichen Material besteht, so daß die Herstellung einfach ist.

In Fig. 1a zeigt die linke Hälfte das Muster der zweiten Hauptfläche welche die Fläche der Steuerelektrodenschicht 13a der dritten Halbleiterschicht 13 zeigt sowie die Fläche des ersten Bereichs 14a der vierten Halbleiterschicht 14 sowie die Fläche der Basis 13b der dritten Halbleiterschicht 13, sowie die Fläche des zweiten Bereiche 14b der vierten Halbleiterschicht 14 und schließlich auch die Fläche des peripheren freien Bereichs 13c (P₀) der dritten Halbleiterschicht 13. Bei dieser AusfUhrungsform nimmt die Fläche 13a einen zentralen kleinen kreisförmigen Bereich ein und die Fläche 14a nimmt einen großen zentralen ringförmigen Bereich ein. Die Fläche 13b weist fingerförmige Vorsprünge auf, welche sich von dem ringförmigen Bereich nach außen erstrecken und die Fläche 14b weist fingerförmige Vorsprünge- auf, welche sich von dem ringförmigen Bereich nach innen erstrecken.

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Das Oberflächenmuster der freiliegenden Fläche der ersten Hauptfläche ist nicht gezeigt. Die Oberfläche der ersten Halbleiterschicht 11 (P ) nimmt einen zentralen großen kreisförmigen Bereich ein und die Oberfläche der zweiten Halbleiter schicht 12 (N" ) nimmt den äußeren ringförmigen Bereich ein. Die Halbleiterscheibe 1 ist auf einem Substrat 30 befestigt, welches aus Molybdän oder Wolfram besteht oder im Falle eines kleinen Halbleiterelementes aus Kupfer oder aus mit Silber beschichtetem Eisen. Auf diese Weise wird die Halbleiterscheibe erhalten. Der erste, zweite, dritte und vierte Kontakt 21 bis 24 werden jeweils herausgeführt und mit den Außenelektroden oder Anschlüssen 4-1 (CA), 42 (E), 43 (KB) und 44 (G) verbunden.

Ein Halbleiterelement mit der beschriebenen Struktur kann nach herkömmlichen Diffusionsverfahren, nach Epitaxialverfahren oder nach Legierungsverfahren hergestellt werden. Die äußeren Anschlüsse und Heraus führungen der Anschlüssen können in herkömmlicher Weise wie bei üblichen Transistoren und Thyristoren angebracht werden.

Das Schaltdiagramm des Halbleiterelementes obiger Ausführungsform ist in den Figuren 8 und 10 durch ausgezogene Linien dargestellt. Der Vierschichtbereich bestehend aus der ersten bis vierten Halbleiterschicht (zentraler großer kreisförmiger Bereich) wirkt als Thyristor CR und der Dreischichtbereich aus der zweiten bis vierten. Halbleiterschicht (äußerer ringförmiger Bereich) wirkt als Tranaistor TR. Die Anode und die Kathode des Thyristors sind über den Kollektor und die Basis des Transistors miteinander verbunden. Das erste Merkmal der Erfindung besteht darin, die dritte Elektrode 43 (KB) welche dem Basisanschluß des Transistorsanschlußes TR und dem Kathodenanschluß des Thyristors CR entspricht, herauszuführen. Die Funktion dieser dritten Elektrode 43 soll im folgenden anhand der Figuren 8 bis 10 erläutert werden. Das Löschen oder Ausschalten des Vierschichtbereichs kann auf einfache Weise erzielt werden, indem man den gewünschten Impulsstrom

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zwischen Basis und Emitter des Dreischichtbereichs einspeist. Die Impulsbreite ist dabei die Löschzeit oder Ausschaltzeit des Vierschichtbereichs. Die erforderliche Impulsspannung ist der Spannungsabfall über die B_asis-Emitter-Strecke. Es ist einfach, einen Impuls mit größerer Stromstärke einzuspeisen, wenn die zulässige Leistung die gleiche ist. Daher kann die Stromverstärkung des aus drei Schichten bestehenden Transistorbereichs geringer sein und z. B. kleiner als 1 sein, und die Dicke der Basissicht P_x, des aus drei Schichten bestehenden Transistorbereichs kann größer sein als bei einem herkömmlichen Transistor. Es ist ferner möglich, die Dicke des Kollektorbereichs N zu erhöhen und ferner die Dicke der i-Schicht mit hohem spezifischen Widerstand (v-Schicht in Fig. 1) zu erhöhen. Daher kann die Durchbruchspannung leicht verbessert werden.

Herkömmliche Thyristoren sind gegen hohe Spannungen widerstandsfähiger als herkömmliche Transistoren. Daher dienen

Thyristoren bei Anwendungen mit hohen Spannungen. Der Grund liegt in der Ausnutzung der gegenseitigen positiven Rlickkopplungsfunktion der beiden Transistoren(PNP und NPN), welche einen geringeren Stromverstärkungsfaktor haben als ein einfacher Transistor. Daher ist die Dicke der Steuerelektrodenschicht P_& des herkömmlichen Thyristors größer als die Dicke der Basisschicht P_ß des herkömmlichen Transistors.

Somit kann der aus den drei Schichten bestehende Transistorbereich der erfindungsgemäßen Vorrichtung in gleicher Weise aufgebaut sein wie der zweite Transistor des aus vier Schichten bestehenden Thyristorbereichs (die zweite, dritte und vierte Halbleiterschicht 12, 13, 14). Somit können die Basissehicht P_ß und die Steuerelektrodenschicht P« nach dem gleichen Verfahren mit der gleichen Dicke und der gleichen Störstellendichte ausgeführt werden. Die Emitterschicht Ng und die Kathodenschicht N_K können ebenfalls im gleichen Verfahren mit gleicher Dicke und gleicher Störstellendichte ausgeführt werden. Auch die Kollektorschicht N₀ und die N-seitige Basissehicht N_fi des Vierschichtbereichs können im gleichen Verfahren ausgebildet

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- yi-

werden.

Wie bereits erwähnt, kann bei dem erfindungsgemäßen Halbleiterelement das Löschen des VierSchichtenbereichs leicht dadurch erfolgen, daß man den Basiskontakt 23b des Dreischichtenbereichs zu dem Außenanschluß herausführt. Nähere Einzelheiten werden weiter unten erläutert. Die Durchbruchspannung des Dreischichtbereichs kann leicht auf diejenige des Vierschichtbereichs erhöht werden. Der Stromverstärkungsfaktor des Dreischichtbereichs kann leicht gesenkt werden, so daß die Charakteristika hinsichtlich des sekundären Durchbruchs oder des Standhaltens gegen eine hohe Spannung im Dreischichtbereich verbessert werden können, so daß der Bereich innerhalb dessen ein sicherer Betrieb möglich ist (ASO) wesentlich verbessert wird.

Anhand der Fig. 1 soll im folgenden eine weitere Verbesserung der Herstellung erläutert werden. Gemäß Fig. 1 wird eine Halbleiterscheibe vom schwachen N-Typ mit geringer Störstellendicke (v-Typ) oder vom schwachen P-Typ ( It -Typ) (als i-Typ bezeichnet) als Region 12a mit geringer Störstellendichte der zweiten Halbleiterschicht 12 verwendet. Sodann werden die erste Halbleiterschicht 11 vom P-Typ (oder N-Typ) und die dritte Halbleiterschicht 13 gleichzeitig nach dem Diffusionsverfahren oder nach dem Epitaxialaufwachsverfahren hergestellt. Man erhält dabei Schichten gleicher Störstellendichte und gleicher Dicke. Sodann wird die vierte Halbleiterschicht 14 vom N-Typ (n+-Typ) oder vom P-Typ (p+-Typ) ausgebildet sowie die Region hoher Störeteilendichte 12b der zweiten Halbleiterschicht 12 und zwar gleichzeitig nach dem Diffusionsverfahren oder dem Expitaxialverfahren oder dem Legierungsverfahren. Auf diese Weise kann man den Vierschichtenbereich und den Dreischichtenbereieh nach einem einfachen Verfahren herstellen. Bei einem anderen Verfahren geht man folgendermaßen vor: Nach Bildung der ersten und dritten Halbleiterschichten wird die Dicke der ersten Halbleiterschicht durch Läppen der ersten Hauptfläche (der Fläche der ersten Halbleiterschicht) herabgesetzt und es wird die Schicht 12b hoher Störstellendichte der zweiten Halbleiterschicht und die vierte Halbleiter-

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schicht 14 ausgebildet. In diesem Falle kann die Dicke der Schicht 12b hoher Störstellendichte gleich sein wie oder größer als die Dicke der ersten Halbleiterschicht 11 (Dicke nach dem Läppen). Die dabei resultierende Beziehung zwischen der Dicke der Schicht 12b hoher Störstellendichte (gestrichelte Linie) und cfer Dicke der ersten Halbleiterschicht 11 ist in Fig. 3a gezeigt. Wie oben erwähnt, kann das erfindungsgemäße Halbleiterelement nach einem ebenso einfachen Verfahren hergestellt werden, wie ein herkömmlicher Thyristor, wenn es die Struktur J+^Ϋ'- P-N oder ^+>-^-N-P hat.

Die folgenden Funktionen und Effekte können erreicht werden wenn man eine Schicht 12b mit geringer spezifischer Leitfähigkeit auf der Seite der freiliegenden Fläche der zweiten Halbleitersehicht 12 ausbildet. Fig. 2 zeigt eine schematische Ansicht des erfindungsgemäßen Halbleiterelementes im endgültigen Zustand kurz vor Beendigung des Löschvorgangs, d. h. in dem Zustand zwischen den Zeitpunkten t,- bis tg der Betriebswellenform gemäß Fig. 9. In der schematischen Darstellung der Fig. 2 bildet die Seite der ersten Halbleitersehicht der Fig. 1b die Oberseite. Wenn die Erholungslöschung des Dreischichtenbereichs durchgeführt wird aufgrund der Löschung des Vierschichtenbereichs und der Ausschaltung (oder der Sperrpolarität) des Basisstroms des Dreischichtenbereichs im erfindungsgemäßen Halbleiterelement, so fließt der Ausschaltübergangs strom i(off) gemäß der ausgezogenen Pfeillinie in Fig. 2. Zu diesem Zeitpunkt kommt es in der zweiten Halbleitersehicht 12 zu einem Spannungsabfall und zu einer geringfügigen Ladungsträgerdiffusion, wobei der erste PN-Übergang J\ an der Grenzfläche der freiliegenden Oberfläche auf der ersten Oberseite oder Hauptfläche über die erste Halbleitersehicht 11 und die zweite Halbleitersehicht 12 in Vorwärtsrichtung oder Durchlaßrichtung beaufschlagt wird, so daß es zu einer Fehlzündung des Vierschichtenbereichs kommt, d. h. zu einem Fehlvernalten beim Ausschalten.

Demgegenüber kann der Spannungsabfall V.py herabgesetzt werden,

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um eine Fehlzündung oder fehlerhafte Einschaltung zu verhindern, indem man die Schicht hoher Störstellendichte 12b ausbildet. Die Diffusion der Ladungsträger kann durch Zugabe von Störstoffen durch Golddiffusion oder dgl. inhibiert werden, so daß eine ungewollte Zündung verhindert wird.

Mit dem Aufbau der Ausführungsform gemäß Fig. 1 werden die folgenden Funktionen und Effekte dadurch erzielt, daß man eine freiliegende Fläche der dritten Halbleiterschicht ausbildet (die freiliegende Fläche der Basisschicht P-g, d. h. die partielle Basisfläche, oder die freiliegende Fläche der Steuerelektrodenschicht P„, d. h. die partielle Steuerelektrodenfläche, und die erste gemäß Figuren 1 und 2) und zwar in der Nähe der Grenze zwischen der freiliegenden Fläche der ersten Halbleiterschicht 11 und der freiliegenden Fläche der zweiten Halbleiterschicht 12, d. h. der Grenzregion zwischen dem Vierschichtenbereich und dem Dreischichtenbereich (unterhalb der Grenzlinie in der schematischen Darstellung der Fig. 2).

In der schematischen Darstellung der Fig. 2 wird die Sperrspannung (^) ν _BE (oder O^ ^ O^gk^ ^{an die} ⁵^^τβ0^^β KB-E angelegt (oder an die Strecke G-KB oder G-E) und zwar zur Zeit der Beendigung des Ausschaltens oder sie werden durch eine niedrige Impedanz verbunden oder zumindest der Basisflächenbereich der freiliegenden Fläche der dritten Halbleiterschicht und die Oberfläche der vierten Halbleiterschicht 14 auf der ersten Hauptfläche oder ersten Oberflächenseite bilden den Kurzschluß (der dritte B-Kontakt 23b ist verbunden mit dem dritten Α-Kontakt 23a an der Stirnflächenposition in der Fähe der Grenzlinie). Der Strom (die gestrichelte Pfeillinie) welcher in die vierte Halbleiterschicht (N, ) des Vierschichtenbereichs fließt, und zwar unter Diffusion des Übergangslöschstroms i(off) des Dreischichtenbereichs, kann durch eine der oben beschriebenen Methoden verhindert werden. Dies bedeutet, daß die Emission der Ladungsträger von der vierten Halbleiterschicht des Vierschichtenbereichs zur Basisschicht des Dreischichtenbereichs verhindert wird und eine fehlerhafte

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oder ungewollte Zündung des Vierschichtenbereichs bei Beendigung des Abschaltens kann verhindert werden.

Das erfindungsgemäße Halbleiterelement muß keine Sperrdurchbruchspannung aufweisen, so daß die Abschrägung BV nur eine positive Abschrägung sein kann. Daher ist der Abschrägungswinkel groß und die Flächeneffizienz der Halbleiterscheibe hoch.

Fig. 3a zeigt einen schematischen Schnitt durch eine weitere Ausführungsform der Erfindung. Die zweite Oberflächenseite kann das gleiche Muster aufweisen wie in Fig. 1a oder in Fig. 5. Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 3 liegt die auf der zweiten Oberflächenseite freiliegende Fläche der dritten Halbleiterschicht 13 gegenüber der freiliegenden Fläche der ersten Halbleiterschicht 11 auf der ersten Oberflächenseite und ein Bereich P (13c) der freiliegenden Fläche (der äußere periphere Bereich des äußeren ringförmigen Teils in der Ausführungsform gemäß Fig. 3) steht in Ohm'schem Kontakt mit dem zweiten Kontakt 22. Auf diese Weise wird die Zweischichten-PN-Übergangsregion X. gebildet (Teil des zweiten Übergangs J₂). Das Schaltbild dieses Halbleiterelementes ist in Fig. 3b gezeigt. Es entspricht einer umgekehrt parallelen Verknüpfung des Diodenbereichs D mit dem aus drei Schichten bestehenden Transistorbereich. Bei der erfindungsgemäßen AusfUhrungsform kann ein Sperrspannungsdurchbruch des Dreischichtenbereichs wegen der niedrigen Sperrspannung verhindert werden. Darüber hinaus ist es möglich, eine optimale Konstruktion zu erzielen, wobei die Halbleiterschichten nur im Hinblick auf die Durchlaß-Blockierspannung und die Durchlaßstromcharakteristik angeordnet werden, so daß die Durchlaß-Biockierspannung und der Spannungsabfall verbessert werden. Es ist ferner möglich, den Diodenbereich auszunutzen, indem man den Strom über den Diodenbereich führt.

Die Figuren 4a und b zeigen schematische Darstellungen weiterer Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Halbleiterelementes

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mit negativer Abschrägung. Pig. 4a zeigt die Ausführungsform eines zusammengesetzten Halbleiterelementes mit einem Dreischichtenbereich und einem Vierschichtentiereich und Pig. 4b zeigt die Ausführungsform eines zusammengesetzten Halbleiterelementes mit einem Zweischichtenbereich, einem Dreischichtenbereich und einem Vierschichtenbereich, welches den Zweischichtenbereich X. umfaßt. In Pig. 4b ist nur etwa die Hälfte des Schnittes gezeigt. Die zweite Oberflächenseite oder Hauptfläche der Pig. 4 kann das Muster gemäß Fig. 1a oder gemäß Pig. 5a haben.

Wie in den Figuren 1 und 4a gezeigt, wird die freiliegende Fläche 13c der dritten Halbleiterschicht im peripheren Bereich im Zuge des Verfahrens zur Ausbildung der dritten Halbleiterschicht P (n in der Struktur _+^>fti-N-P) welche an der zweiten Oberflächenseite des peripheren Bereichs der Halbleiterscheibe freiliegt ausgebildet oder im Zuge des Verfahrens der Ausbildung der dritten Halbleiterschicht P₀ (N, in der Struktur

N^-' SS

"+ \ n, -Ii-P) (siehe Fig. 7) welche an der zweiten Oberflächenseite des peripheren Bereichs der Halbleiterscheibe freiliegt zur Bildung eines Kurzschlusses mit dem zweiten Kontakt 22 oder dem dritten Α-Kontakt 23a oder im Zuge des Verfahrens der Ausbildung der dritten Halbleiterschicht, welche an der zweiten Oberflächenseite des peripheren Bereichs der Halbleiterscheibe, welche in K_ontakt mit dem dritten B-Kontakt (nicht gezeigt) als Basisfläche gebracht wird oder mit dem vierten Kontakt als Gate-Schichtfläche (Steuerelektrodenschichtfläche) (siehe Pig. 6), wobei der Leckstrom und der Isolierungsdurchbruch in der Fähe des peripheren Bereichs der dritten Halbleiterschicht 13 mit kurzem Abstand auf der peripheren Fläche leicht verhindert werden kann. Dies bedeutet, daß die Isolierung der peripheren Bereiche des zweiten Übergangs J. und des dritten Übergangs J, leicht verbessert werden kann. Insbesondere kann der Isolierungsdurchbruch und die Beeinträchtigung der Isolierung zwischen der zweiten Halbleiterschicht und der vierten Halbleiterschicht durch die an den zweiten Übergang J₂ angelegte Durchlaßspannung oder Vorwärtsspannung verhindert werden.

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Pig. 5 zeigt eine Draufsicht einer weiteren Ausfiihrungsform des auf der zweiten Oberflächenseite des erfindungsgemäßen Halbleiterelementes ausgebildeten Musters. Die linke Seite der Fig. 5a zeigt das Muster der freiliegenden Oberfläche der Halbleiterscheibe ohne Kontakte und die rechte Hälfte zeigt dieses Muster mit Kontakten. Fig. 5b zeigt eine vergrößerte Teilansicht des Musters mit Kontakten.

Diese Aus fiihrungs form weist ein Muster auf, bei dem die Oberfläche 13a des Gate-Teils P_& (Ν_β in der Struktur N-^-N-P) der dritten Halbleiterschicht 13 und die Oberfläche des ersten Teils 14a (¹O(Pa in der Struktur N-Γ-N-P) der vierten Halbleiterschicht 14 in einander vorstehen. Demgemäß befindet sich der vierte Kontakt 24 auf der dem Gate-Teil zugeordneten Oberfläche und der dritte Α-Kontakt 23a befindet sich auf der Oberfläche des ersten Teils und sie erstrecken sich ineinander. Dies bedeutet, daß das Steuerelektrodenmuster des Vierschichtenbereichs ein fingerartiges Muster mit vorspringenden Fingern ist, wodurch die Ausschaltcharakteristik des Halbleiterelementes verbessert werden kann. Insbesondere kann das Bezugsphänomen (Referring-Phänomen) des Vierschiehtenbereichs zur Zeit der Beendigung des Ausschaltens verhindert werden, so daß die Sperrspannungszeit tq und der Basisimpulsstrom welche für das Ausschalten erforderlich sind (ig und tq in Fig. 9) gesenkt werden. Im folgenden soll diese Funktion beschrieben werden. In der schematischen Darstellung der Fig. 2 neigt der Strom dazu, von der ersten Halbleiterschicht 11 zum dritten A-Kontakt 23a zu fließen, und zwar aufgrund der Diffusion der Ladungsträger, welche durch den Ausschaltübergangs strom i(off) (bei, vor oder nach der Initiierung und dem Verlauf des Anstiegs der Vorwärtsspannung über CA-E), welcher durch den Vierschichtenbereich fließt, wie durch die ausgezogene Linie angedeutet, verursacht werden, sowie der Restladungsträger im Vierschichtenbereich. Dies bedeutet, daß sowohl der Vorwärtserholungsstrom im Vierschiehtenbereich des zweiten Übergangs J„ und einüeil des Vorwärtserholungsstroms im Dreischichtenbereich dazu neigen, zum Vierschiehtenbereich zu

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fließen. In diesem Falle wird die Steuerelektroden-Sperrspannung (^) vge über G-E angelegt oder über G-KB (über G-AB in der Struktur N-a"-N-P)" (siehe Fig. 7), wobei der Vorwärtserholungsstrom im Viersehichtenteil über den vierten Kontakt 24 als i~ ausfließt,wodurch es verhindert wird, daß der Strom die vierte Halbleiterschicht 14a erreicht. Dieser Effekt, durch den es verhindert wird, daß der Strom die vierte Halbleiterschicht 14a erreicht, kann durch durch das Muster der Steuerelektrode mit fingerförmigen Vorsprängen erzielt werden.

Die Struktur des Vierschichtenbereichs mit der dieser Effekt erzielt werden kann, ist ähnlich derjenigen eines über die Steuerelektrode löschbaren Thyristors. Die Ausschaltung oder Löschung erfolgt jedoch nicht zwangsmäßig über eine Steuerelektrode und es ist lediglich ein Steuerelektroden-Hilfslöschsystem vorgesehen, zur Verhinderung des Ausfalls der Ausschaltung durch den Hilfseffekt der Steuerelektrodensperrspannung zur Zeit des Anstiegs der Durchlaßspannung. Die zulässige Stromdichte im Vierschichtenbereich ist bemerkenswert groß im Vergleich mit einem herkömmlichen System unter Verwendung eines über die Steuerelektrode löschbaren Thyristors.

Mit der Struktur des Vierschichtenbereichs, welcher als über die Steuerelektrode löschbarer Thyristor konstruiert ist, kann der Strom für den Vierschichtenbereich, welcher durch Zufuhr des BasisimpulsStroms zum Dreischichtenbereich ausgeschaltet oder gelöscht werden kann, beträchtlich verbessert werden, und eine Beschädigung des Vierschichtenbereichs durch die Schaltleistung oder durch die örtliche Verteilung derselben kann verhindert werden. Wenn der gleiche Strom für den Vierschichtenbereich, welcher gelöscht werden kann, zugeführt wird, so kann das Steuerelektrodenmuster einfach sein und die Vorsprünge können grob sein, oder ungenau und der Besetzungsfaktor der Oberfläche des ersten Teils kann verbessert werden, so daß es sich um eine kleinere Fläche der Halbleiterscheibe handelt.

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l'ig. 6 zeigt eine weitere Ausführungsform der Erfindung, wobei die erste Halbleiterschicht 11 und der erste Teil 14a der vierten Halbleiterschicht und der Gate-Teil 13a der dritten Halbleiterschicht in dem äußeren ringförmigen Bereich untergebracht sind (der Vierschichtenbereich ist im äußeren ringförmigen Bereich untergebracht) und wobei die freiliegende Fläche der zweiten Halbleiterschicht, der zweite Teil 14b der vierten Halbleiterschicht und der Basisteil 13b der dritten Halbleiterschicht in dem inneren kreisförmigen Teil untergebracht sind (der Dreischichtenbereich ist im inneren kreisförmigen Bereich untergebracht). Fig. 6a zeigt ein Muster der· freiliegenden Oberfläche (halbe Oberfläche) der zweiten Oberflächenseite, wobei die Kontakte weggelassen sind. Fig. 6b zeigt einen Schnitt des Halbleiterelementes und Fig. 6c zeigt das Muster der freiliegenden Fläche (halbe Fläche) der ersten Oberflächenseite, wobei der Kontakt weggelassen ist. Anstelle des Musters gemäß Fig. 6a können verschiedene andere Muster mit Vorsprüngen vorgesehen sein.

Gemäß Fig. 6 nimmt der Vierschichtenbereich den äußeren ringförmigen Bereich ein, so daß hierfür auf einfache Weise ein großer Flächenbereich vorgesehen sein kann, obgleich die Breite K13a des zweiten Teils 13b der vierten Halbleitersehicht 13 schmal ist. Somit kann man die Funktionen und Effekte der Ausführungsform gemäß Fig. 5 erzielen (die Verhinderung eines Einflusses durch die Gate-Sperrspannung zur Zeit des Wiederanlegens der Durchlaßspannung unmittelbar nach dem Löschen) ohne daß das komplizierte gefingerte oder gefiederte Muster der Steuerelektrodenfläche im Falle eines Halbleiterelementes mit relativ geringer Kapazität ausgebildet werden muß. Es ist ferner möglich, einen solchen Einfluß durch geringfügige Vorsprünge zu verhindern, wie sie in Fig. 6a durch die gestrichelte Linie FG angedeutet sind, selbst wenn es sich um ein Halbleiterelement für relativ große Ströme handelt. Somit hat die Ausführungsform gemäß Fig. 6 das Merkmal, daß der Gate-Sperrspannungseffekt des Vierschichtenbereichs leicht verwirklicht werden kann.

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1'¹Jg. 7 zeigt eine weitere Ausführungsforin der F.rfindung. Fig. 7a e.igl einen schemata sehen Schnitt durch ein element

IJ —1' ν
vom J^. N-P-Typ . Fig. 7b zeigt ein Schaltdiagramm desselben. Diese AusfUhrungsform kann auf der zweiten Oberflächenseite das Muster gemäß Fig. 1 oder Fig. 5a aufweisen. Es ist ferner möglich, den Vierschichtenbereich im äußeren ringförmigen Bereich unterzubringen. Darüber hinaus ist es möglich, die Zweischichtendiode X. (Dx₁) gemäß Fig. 3 vorzusehen. Bei der Ausfiihrungsform gemäß Fig. 7 können die in Sperrichtung oder Rtickwärtsrichtung leitfähige Schicht (i) niedriger Störstellendichte 12b ( '^-Typ gemäß der Zeichnung) und die Schicht hoher Störstellendichte (P -Typ gemäß der Zeichnung) ausgebildet werden, so daß man ein Element des Typs -u+^. JZ -Ν-Γ erhält. Wie Fig. 7 zeigt, können die Ausführungsformen gemäß Figuren 1 bis 6 derart modifiziert werden, daß man Halbleiterelemente mit der in Riickwärtsrichtung oder Sperrichtung leitfähigen Halbleiterschicht erhält.

Gemäß Fig. 8 ist der aus drei Schichten bestehende Transistorbereich TR das Hauptstromfiihrungselement und der aus vier Schichten bestehende Thyristorbereich CR dient als Element zur Zufuhr des Basisstroms und als Nebensehlußelement für einen Teil des Hauptstroms. Gemäß Fig. 8 umfaßt die Hauptschaltung 100 eine Stromquelle 101 und eine Last 102. Wenn das Halbleiterelement gemäß vorliegender Erfindung gelöscht werden soll, so wird der anfängliche Steuerelektrodenstrom i gi der Steuerelektrode (über G-E oder über G-KB) des Vierschichtenbereichs CR zugeführt und nachfolgend wird der Steuerelektrodenstrom i Φ oder der sich wiederholende Steuerelektrodenimpulszug i ' gegeben. Die Wellenform des Stroms während dieses Betriebs ist in Fig. 9b gezeigt. Dieser Strom wird durch die Steuerelektroden-Steuereinrichtung 200 bereitgestellt.

Andererseits wird der Nebenstrom i_ßR des Hauptstroms als Basisstrom dem Dreischichtenbereich zugeführt, so daß der Kollektorstrom imc fließen kann und der Strom i, = (i_CR + im_R) dem Emitter zugeführt wird. Es ist ferner möglich, den anfänglichen

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der Löschung oder Ausschaltung dienenden Impulsbasisstrom i_Bi (die gestrichelte Linie in Pig. 9a) von der Basissteuereinrichtung 300 her dem Dreisehichtenbereich bei der Initiierung des Löschens oder Ausschaltens zuzuführen. In diesem Falle wird der zulässige Stromanstieg di^/dt des Hauptstroms i,-erhöht.

Wenn, der anfängliche Ausschaltbaisstrom i_B, allmählich gesenkt wird, was in Pig. 9a durch die gestrichelte Linie dargestellt ist, so kann die Ausbreitungsgeschwindigkeit des Zlindbereichs im Vierschichtenteil GR harmonisiert werden, so daß der Ausschaltübergangsspannungsabfall am Vierschichtenbereich gesenkt werden kann.

Es ist ferner möglich, den normalen Basisstrom I^ (gemäß der gestrichelten Linie in Pig. 9a) während des Normalzustandes durch die Basissteuereinrichtung 300 zuzuführen.Dies hat die Wirkung, daß der Kollektorspannungsabfall gesenkt wird, wenn ein relativ kleiner Laststrom fließt, wobei der den Kurzschluß des Basisstroms während der Zeit der Zufuhr eines großen Laststroms kompensierende Strom über den Vierschichtenbereich CR fließt. Eine Selbstzufuhr des TransformierungsStroms für den Hauptstrom L^ mit Hilfe eines Stromtransformators als Quelle der Basissteuereinrichtungen 300 zur Zufuhr des Basisstroms Ig im normalen Zustand ist möglich.

Wenn das erfindungsgemäße Halbleiterelement ausgeschaltet wird, so kann der Ausschaltbasisimpulsstrom-I-g-Impuls in Durchlaßrichtung mit Hilfe der Basissteuereinrichtung 300 zugeführt werden. Dies ist in Pig. 9a durch den mit einer ausgezogenen Linie dargestellten I_B-Impuls angedeutet. Durch den Ausschaltbasisimpulsstrom wird der Spannungsabfall V™ über die Basis-Emitter-Strecke (KB-E) des Dreischichtenbereichs erhöht, während der Spannungsabfall ν_βΕ über die Kollektor-Emitter-Strecke (CA-E) des Dreischichtenbereichs gesenkt wird. Dies bedeutet, daß der Vierschichtenbereich CR sich in Sperrichtung erholt aufgrund der Sperrspannung ν_βΕ <. V^.

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Obgleich der Strom-Ig-Impuls relativ klein ist (V₍₁g < V^.), so wird doch der Pfad des Hauptstroms i,- durch den Dreischichtenbereich aufrechterhalten. Wenn der Viei'schiehtenbereich die Struktur eines über die Steuerelektrode löschbaren Thyristors (Fig. 5) hat, so wird er leicht ausgeschaltet und zwar durch die Gate-Sperrspannung (i¹^, V in den Figuren 9b, c) Dies bedeutet, daß die Ausschaltung des Viersohichtenbereichs über die Steuerelektrode unter Bedingungen erfolgt, welche den Durchlaßstromanstieg des Dreischichtenbereichs TR inhibieren. Daher gelingt das Ausschalten über die Steuerelektrode leicht. Der Impulsbasisstrom-1-r.-Impuls für das Ausschalten oder Löschen kann nur während der Ausschaltzeit tq zugeführt werden.

Zur Verkürzung der Ausschaltzeit des Vierschichtenbereichs kann die Lebensdauer der Ladungsträger in den Halbleiterschichten (insbesondere in der zweiten und dritten Halbleiterschicht) durch Golddiffusion in das Halbleiterelement verkürzt werden. Darüber hinaus kann die Abschaltzeit tq erheblich verkürzt werden, indem man hilfsweise die Sperrspannung an die Steuerelektrode anlegt. Demzufolge kann die Ausschaltzeit oder Löschzeit tq auf einen Bereich von 3 μ sec bis etwa mehrere 10 μ sec verkürzt werden.

Somit kann bei Durchführung des Einschaltens und Ausschaltens während einer Zeitdauer, welche genügend langer ist als die Ausschaltzeit tq (unter normalen Bedingungen) der Leistungs-P„-Impuls für den Strom-I_B-Impuls aus folgenden Gleichungen erhalten werden: ,

P-g-Impuls = Vgg. Lg-Inipuls . ψ^

= v , * is. d)

v/obei ν™, den Spannungsabfall über die Basis-Emitter-Strecke

durch den Strom-I-g-Impuls bedeutet und wobei T die EIN-AUS-Periode bedeutet und wobei hpg den Stromverstärkungsfaktor des Dreischichtenbereichs TR bedeutet und wobei

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I den auszuschaltenden Laststrom bezeichnet.

Zum Vergleich ergibt sich die Leistung des Kommutierungsimpulses, welcher bei einem herkömmlichen Thyristor erforderlich ist, um eine Löschung über die Anodensperrspannung herbeizuführen, aus der folgenden Gleichung:

P_G '= E . I . J! (2)

wobei E die Durchlaßspannung des zu löschenden Thyristors bedeutet. Für das Verhältnis der Gleichungen (1) zu (2) ergibt sich die folgende Beziehung:

P-3-Impuls

Obgleich h™ = 1 gilt, so kann doch die Impulsleistung (Vgg/E = 1/mehrere 10 bis mehrere 100) bei dem erfindungsgemäßen Halbleiterelement sein.

In der Basissteuereinrichtung 300 für die Impulsleistung wird das Ausgangssignal der Sekundärwicklung Np mit Hilfe eines Impulstransformators (Impulsstromtransformator) über die Basis-Emitterstrecke angelegt und die Impulsstromquelle wird mit der Primärwicklung Ii₁ verbunden und das Windungsverhältnis liegt in der Größenordnung von N₂ ^ Vg_E , wobei der Impulsstrom der Impulsstromquelle NT ^T E nur 1/mehrere 10 bis 1/mehrere 100 des auszuschaltenden Hauptstroms sein kann. Wie man klar aus diesem Beispiel erkennt, kann die Basissteuereinrichtung 300 für das Löschen des Halbleiterelementes gemäß vorliegender Erfindung im Vergleich zu einem herkömmlichen Thyristor wesentlich vereinfacht sein. Wenn man andererseits nur einen Dreischichtentransistor verwendet, so ist es schwierig der Basis des Transistors mit einem Stromverstärkungsfaktor von Iw, k 1 während der EIN-Periode kontinuierlich den Basisstrom zuzuführen und der Basisverlust ist hoch.

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Bei der Ausführungsform des Halbleiterelementes gemäß Fig. wird der Basisstrom im Halbleiterelement selbst zugeführt, und zwar über den Vierschichtenbereich CR und es handelt sich bei diesem Basisstrom um einen Teil des Laststroms i_T , so daß hierdurch ein Teil des' Hauptstroms übernommen wird. Somit kann man leicht eine hohe Durchbruchspannung von z. B. 1200 bis 2500 Volt erzielen. Man erkennt aus obiger Beschreibung klar, daß das erfindungsgemäße Halbleiterelement störungsfrei verwendet werden kann, auch wenn der Stromverstärkungsfaktor des Dreischichtenbereichs TR erheblich herabgesetzt wird.

Fig. 9c zeigt die Wellenform der Gate-Spannung V welche dem Strom ionn ^^er Steuerelektroden-Steuereinrichtung 200 gemäß

Fig. 9b bei der Ausführungsform gemäß Fig. 8 entspricht. Fig. 9d zeigt die Wellenformen des Laststroms i-, des Stroms i„_R des Vierschichtenbereichs und des Stroms i„_R des Dreischichtenbereichs. Diese Wellenformen werden ausgebildet durch Zufuhr des anfänglichen Einschaltbasisstroms i^. gemäß der gestrichelten Linie in Fig. 9a im anfänglichen Stadium des Einschaltens. In diesem Falle steigt zunächst der Strom ^^rei^scni^cn*^en^^erei^ch^{s an un}d danach steigt der Strom

des Vierschichtenbereichs i_nD an. Das Ausschalten oder Löschen kann beschelunigt werden, indem man die Basissperrspannung ig während der Zeit der Vervollständigung des Ausschaltens des Dreischichtenbereichs TR zuführt.

Wenn der Laststrom i_T während der normalen EIN-Periode auf Werte

Jj

in der Größenordnung des maximalen Spitzenstroms ansteigt, so wird der Stromverstärkungsfaktor des Dreischichtenbereichs TR gesenkt. Erfindungsgemäß kann jedoch der Strom im Vierschichtenbereich CR erhöht werden, so daß die Beständigkeit des Halbleiterelementes gegen hohe Ströme gut ist. Zum Beispiel ist die Bedingung i_Cr.^ imn zulässig. Dieser Fall ist in Fig.9d durch die konvexe Wellenform während der Periode t, bis t. gezeigt. In der Ausführungsform gemäß Fig. 8 bilden die erste Elektrode 41 und die zweite Elektrode 42 die Hauptelektroden und die dritte Elektrode 43 und die vierte Elektrode 44 dienen als Steuerelektro'den.

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Pig. 10 zeigt ein Schaltdiagramm einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Halbleiterelementes. Tn dieser Ausführungsform sind die erste Elektrode 41 und die dritte Elektrode 43 (insbesondere der Anschluß für hohe Stromstärken auf der Seite des 3A-Kontakts des ersten Bereichs 14a der vierten Halbleitersehicht 14) die Hauptelektroden. Der Vierschichtenbereich CR ist der Hauptleitungsteil. Gemäß Fig. 10a ist eine Basissteuereinrichtung für das Halbleiterelement vorgesehen, wobei die Sekundärwicklung N- des Impulsstromtrans forroators 302 zwischen der dritten Elektrode 43 und der zweiten Elektrode 42 liegt und wobei die Primärwicklung N₁ mit der Impulsstromquelle 301 verbunden ist. Die erste Elektrode 41 und die dritte Elektrode 43 liegen in Reihe mit dem Hauptstrompfad des Hauptlaststroms i*.

Fig. 10b zeigt die Wellenformen des Hauptstroms ij, des Stroms 1q_R durch den Vierschichtenbereich und des Strom i,™ durch die dritte Elektrode und des Stroms I_n durch die vierte Elektrode (im wesentlichen proportional dem Strom i_w1 der Primärwicklung des Stromtransformators 302) der Ausführungsform der Fig. 10a. Der Strom L_fi durch den Dreischichtenbereich und der Strom ig sind durch gestrichelte Linie dargestellt. Bei dieser Ausführungsform wird der Gate-Strom oder Steuerelektrodenstrom dem Vierschichtenbereich CR zugeführt, so daß der Hauptstrom über den Vierschichtenbereich fließt. Wenn dieses Halbleiterelement abgeschaltet oder gelöscht werden soll, so wird der Strom ig der zweiten Elektrode durch die Basissteuereinrichtung 300 zugeführt, d. h. das Potential zwischen der zweiten Elektrode 42 und der dritten Elektrode 43 wird geändert, so daß die Durchlaß- oder Vorwärtsspannung am Dreischichtenbereich TR anliegt. Dies bedeutet, daß der Basisstrom i-g zugeführt wird und der Hauptstrom i_L auf den Dreischichtenbereich TR kommutiert wird. Das Potential des Emitters ist z. B. niedriger als das Potential der Basis-Kathode (KB), und zwar um den Wert V^-g^, während das Potential der Kathode K höher ist als das Potential des Emitters E, und zwar um den Wert V^-dj;· Demgemäß wird das Potential der

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Kollektor-Anode CA je nach der Senkung des Potentials des Emitters gesenkt. Der Vierschichtenbereich CR wird durch die Sperrspannung (oder geringe Spannung, kleiner Strom) gelöscht.

Es ist möglich, das Löschen oder Abschalten des Vierschichtenbereichs zu beschleunigen, indem man die Steuerelektroden-Sperrvorspannung über die Diode D an den Vierschichtenbereich CR anlegt, indem man die dritte Wicklung N^ des Stromtransformators hiermit verbindet. Wenn die Impulsspannung (oder der Impulsstrom) der Basissteuerungseinrichtung 300 zusammenbricht oder wenn die Impulsspannung mit der umgekehrten Polarität angelegt wird, so wird nach der Zeit tq der Dreischichtenbereich abgeschaltet, wodurch der Abschaltvorgang des Halbleiterelementes gemäß vorliegender Erfindung beendet wird. Wenn die Steuerelektrodensperrvorspannung während der Periode t[-g der Beendigung des Abschaltens an den Vierschichtenteil angelegt wird, so kann die Zeitdauer tq für die Abschaltung selbst bei dieser Ausführungsform verkürzt werden. Es ist klar, daß die Struktur der Ausführungsform gemäß Fig. 10 auch bei

N-P \

einem Element vom Typ ρ J^ H-P angewandt werden kann.

Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 10 ist der Steuerimpulsstrom für die Abschaltung nachteiligerweise hoch. Der Spannungsabfall und der Verlust können jedoch kleiner sein als bei der Ausführungsform gemäß Fig. 8, da der Spannungsabfall im Normalzustand nur der Spannungsabfall über den Vierschichtenbereich ist.

Fig. 11a, b zeigen Schaltbilder weiterer Ausführungsformen, wobei die vierte Elektrode 44 (Steuerelektrode G-) mit der zweiten Elektrode 42 (Emitterelektrode E) verbunden ist, und wobei die Steuerungseinrichtung 400 zwischen dem zweiten Kontakt 42 und der dritten Elektrode 43 (Basiselektrode KB) liegt.

Fig. 11a zeigt eine Schaltung, bei der der Hauptstrom i_T über die erste Elektrode 41 und die zweite Elektrode 4 des Dreischichtenbereiches TR fließt. Fig. 11b zeigt den

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Pall, bei dem der Haupstrom i^ über die erste Elektrode 41 und die dritte Elektrode 43 des Vierschichtenbereichs CH fließt. Wenn gemäß Fig. 11a die Steuerspannung V.,.„ mit positiver Polarität gemäß der Pfeillinie im Falle der Einschaltung durch die Steuereinrichtung 400 angelegt wird, so fließt der Einschaltstrom i über die Strecke 400-42-44-CR-43-400

on

zur Steuerelektrode des Vierschichtenbereichs CR, wodurch dieser eingeschaltet wird. Der Zustand des Stroms nach dem Einschalten ist ähnlich wie bei der Ausführungsform gemäß Fig. 8. Wenn die Steuerspannung V._Q0 mit negativer Polarität durch die Steuereinrichtung 400 zum Zwecke des Abschaltens oder Löschens angelegt wird, so fließt ein Vorwärts-Impulsstrom i ~~ über die Strecke 400-43-TR-42-400 zur Basis des

Oll

Dreischichtenbereichs TR, wodurch der Vierschichtenbereich CR abgeschaltet wird. Der Abschaltvorgang ist ähnlich demjenigen der Fig. 8. Somit liegt die Gate-Rückwärtsvorspannung über 4OO-43-CR-44-42-4ÖO am Vierschichtenbereich CR an und zwar aufgrund des Impulsstroms i _ff, so daß die Abschaltung des Vierschichtenbereichs CR durch den Strom i ~~ gefördert wird.

Der Einschaltvorgang im Falle der Fig. 11b ist ähnlich demjenigen des Falles der Fig. 11a. Somit erfolgt die Abschaltung in ähnlicher Weise wie bei der Ausführungsform gemäß Fig. 10 während der EIN-Periode. Das Potential am Anschluß 42 wird beim Ausschalten gesenkt, so daß der Basisstrom zum Dreischichtenbereich TR fließt und der -Hauptstrom i^ über TR fließt. In diesem Falle liegt die S teuerelektroden-Riickwärts vor spannung über 4OO-43-CR-44-42-4OO am Vierschichtenbereich CR an.

Es ist klar, daß die Ausführungsform gemäß Fig. 11 auch auf ein Element vom Typ ~p^ N-P angewandt werden kann (Fig. 7 usw.) Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 11 kann ein Paar Steuereinrichtungen vorgesehen sein und durch die Steuerung über zwei Anschlüsse vereinfacht sein. Die Ausführungsform gemäß Fig. zeigt den Fall der Verringerung der Anzahl der Außenzuleitungselektroden des erfindungsgemäßen Halbleiterelementes.

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Figuren 12 bis 15 zeigen weiteren Ausführungsformen des erfindTingsgemäßcn Halbleiterelementes mit einer herabgesetzten Anzahl von Außenelektrodenzuführungen. Der Aufbau der Halbleiterschichten der Halbleiterscheibe 1 gemäß den Figuren 12 und 13 ist ähnlich denjenigen gemäß den Figuren 1 bis 7- Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 12 liegt der Gate-Teil 13a der dritten Halbleiterschicht 14 in dem Bereich frei, welcher vom ersten Teil 14a der vierten Halbleiterschicht 14 umgeben oder gehalten ist und der vierte Kontakt 24 steht in ühm'schem Kontakt mit der freiliegenden Fläche und verbindet diese mit dem zweiten Kontakt 22. Die Verbindung kann erfolgen durch Herstellung eines im wesentlichen einstückigen Kontaktes in Form eines ebenen Kontaktmusters auf der zweiten Oberflächenseite oder durch eine Verbindungsleitung. Die erstere Ausführungsform eines ebenen Kontaktmusters ist in Fig. 12b gezeigt, worin die linke Hälfte das Muster der freiliegenden Oberfläche ohne Kontakte zeigt und wobei die rechte Hälfte das Kontaktmuster zeigt. Gemäß Fig. 11b bezeichnet W einen Kontakt für die Verbindung des vierten Kontaktes 24 mit dem zweiten Kontakt 22 und der Verbindungskontakt W steht in Berührung mit der freiliegenden Fläche der dritten Halbleiterschicht 13. Zu diesem Zweck ist die freiliegende Fläche des ersten Bereichs 14a der vierten Halbleiterschicht 14 im Bereich der Verbindungsleitung W ausgespart. Der Basisteil 13b der dritten Halbleiterschicht 13 liegt in der Zone frei, welche durch den ersten Bereich 14a und den zweiten Bereich 14b der vierten Halbleiterschicht 14 umgeben oder gehalten ist und die freiliegende Fläche steht in Ohm'schem Kontakt mit dem dritten B-Kontakt 23b. Andererseits steht der dritte Α-Kontakt 23a in Ohm'schem Kontakt mit dem ersten Teil 14a der vierten Halbleiterschicht 14 und ist mit dem dritten B-Kontakt 23b verbunden, wodurch ein im wesentlichen gemeinsamer dritter Kontakt 23 gebildet wird. Der zweite 14b der vierten Halbleiterschicht 14 steht in Ohm'schem Kontakt mit dem zweiten Kontakt 22. Der erste Kontakt ist ähnlich wie bei den Figuren 1 bis 7. Somit sind der erste Kontakt 21, der zweite Kontakt 22 und der dritte Kontakt 23 als erste Elektrode 41 bzw. zweite Elektrode 42 bzw. dritte

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Elektrode 43 aus dem Gehäuse des Halbleiterelementes herausgeführt.

Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 13 liegt der Gate-Teil 13a der dritten Halbleiterschicht 13 in der Region frei, welche durch den ersten Teil 14a und den zweiten Teil 14b der vierten Halbleiterschieht umgeben oder gehalten ist und steht in Ohm' schein Kontakt mit dem vierten Kontakt 24 und der zweite Kontakt 22 steht in Ohm'schem Kontakt mit der freiliegenden Fläche des zweiten Teils 14b der vierten Halbleiterschieht 14. Der vierte Kontakt 24 und der benachbarte zweite Kontakt 22 sind durch den im wesentlichen gemeinsamen Kontakt (24,22) verbunden und der gemeinsame Kontakt ist als zweite Elektrode 42 herausgeführt. Andererseits ist der Basisteil 13b der dritten Halbleiterschieht 13 an der Oberfläche freigelegt, welche der freigelegten Oberfläche des zweiten Teils 14b der vierten Halbleiterschieht 14b benachbart ist und welche ferner der freiliegenden Fläche des Gate-Teils 13a auf der anderen Seite benachbart ist. Der Basisteil 13b steht in Ohm'schem Kontakt mit dem dritten B-Kontakt 23b. Der dritte B-Kontakt 23b ist mit dem dritten Α-Kontakt 23a verbunden, welcher in Ohm¹ schem Kontakt mit der freiliegenden Oberfläche des ersten Teils 14a der vierten Halbleiterscücht 14- steht und als dritte Elektrode 43 herausgeführt ist. Die Verbindung kann durch das Kontaktmuster an sich hergestellt werden oder durch eine Verbindungsleitung in dem Muster der zweiten

Fig. 13b zeigt die Verbindung des ebenen Musters. Dabei handelt es .sich um die Aus führungs form mit einem Muster der freiliegenden Oberflächen, bei dem der Gate-Teil 13a und der erste Teil 14a ineinander vorspringen. Dieser Aufbau der Ausführungsformen gemäß den Figuren 12 und 13 kann durch die Schaltbilder gemäß Figuren 14a oder b wiedergegeben werden. Die Ausführungsform gemäß Fig. 14a hat die Struktur

P-Tf ^

_n J> P-N und die Ausführungsform gemäß Fig. 14b hat die Struk-

W-P ^
tür vom Typ p> N-P.

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Fi,j;. 1i>a ."«-igt einen schematischen Schnitt einer weiteren Ausführungsform, wobei der erste Teil 14a und der zweite Teil 14b der vierten Halbleiterschicht 14 gemäß der ausgezogenen Linie miteinander verbunden sind oder gemäß der gestrichelten Linie durch den freiliegenden Teil 13c der dritten Halbleiterschicht 15 getrennt sind. Der Basisteil 13b der dritten Halbleiterschicht hat eine freiliegende Fläche und steht damit in ülini¹ schein Kontakt mit dem dritten "B-Kontakt 23b und wird zusammen mit dem 3A-Kontakt 23a, welcher mit der freiliegenden Fläche des ersten Teils 14a der vierten Halbleiterschicht in Berührung steht, über die dritte Elektrode 43 aus dem Gehäuse herausgeführt. Der Gate-Teil 13a der dritten Halbleiterschicht 13 ist nicht herausgeführt. Die Durchbruchspannung des dritten Übergangs J~ zwischen 23b und 14b ist vorzugsweise niedrig. Dies bedeutet, daß die Dichte der Störstellen vorzugsweise hoch ist und die vierte Halbleiterschicht 14 vorzugsweise nach dem Epitaxialaufwachsverfahren ausgebildet wird. Der zweite Teil 14b der vierten Halbleiterschicht ist über den zweiten Kontakt 22 zum zweien Anschluß 43 herausgeführt. Diese Ausführungsformen können durch die Schaltdiagramme gemäß den Figuren 15b und 15c wiedergegeben werden. Fig. 15b zeigt den Fall einer Struktur vom Typ "_w^^x P-N" und Fig. 15c zeigt den Fall einer Struktur vom Typ p-> N-P. In den Figuren 15b und 15c bezeichnen die Bezugszeichen

R₁ und R einen Schichtwiderstand zwischen dem dritten A-Konke ae

takt 23a der vierten Halbleiterschicht 14 und dem zweiten Kontakt 22. Der Schichtwiderstand (Sheet-Widerstand) kann erhöht werden durch Trennung derselben durch Ausbildung eines freiliegenden Bereichs der dritten Halbleiterschicht 13c. Das Bezugszeichen R , bezeichnet einen Schichtwiderstand zwischen dem ersten Teil 13a und dem zweiten Teil 13b der dritten Halbleiterschicht.

Bei diesem Halbleiterelement wird die Steuerspannung in Rückwärtsrichtung oder Sperrichtung über den zweiten Anschluß 42 und den dritten Anschluß 43 angelegt, d. h. an die Basis-Emitter-Strecke des Dreischichtenbereichs TR (zwischen 13b-14b)

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und der Vierschichtenbereich CR v/ird über den Schichtwiderstand R (zwischen 15b und 13a) durch einen darüber hinweg stattfindenden Durchbruch getriggert oder gezündet, wodurch der Vierschichtenbereich gezündet wird. Somit sind diese Ausführungsformen im wesentlichen hinsichtlich ihrer Wirkung gleich den Ausführungsformen der Figuren 12 und 13.

Wie oben erwähnt, können die erfindungsgemäßen Halbleiterelemente gemäß den Figuren 12 bis 15 mit Verbindungen gemäß den Figuren 11a und 11b ausgeführt werden. Der Vierschichtenbereich kann leicht durch Kommutierung auf den Dreischichtenbereich TR gelöscht werden oder ausgeschaltet werden, und zwar ähnlich wie bei den Ausführungsformen der Figuren 1 bis 7. Somit sind diese Ausführungsformen praktisch verwendbar, obgleich der Stromverstärkungsfaktor des Dreischichtenbereichs 'I¹R gering ist. Somit kann man auf einfache Weise ein Halbleiterelement für hohe Spannung und hohe Leistung verwirklichen und der Bereich innerhalb dessen ein sicherer Betrieb möglich ist, kann auf einfache Weise sehr erweitert werden. Darüber hinaus kann der Dreischichtenbereich leicht ausgebildet werden, was die Dicken der Halbleiterschichten oder die Verteilung der Störstellendichten anbelangt.

Bei obigen Ausführungsformen sind der dritte Α-Kontakt und der dritte B-Kontakt als jeweils ein Anschluß herausgeführt. Es ist somit möglich, eine getrennte Herausführung zu der anderen Elektrode vorzusehen. Wie oben im einzelnen ausgeführt wurde, kann man Löschvorgänge verschiedener Qualitäten erzielen, indem man die Basisschicht 13b des Dreischichtenbereichs in der beschriebenen Weise herausführt. Die erfindungs gemäßen Halbleiterelemente umfassen einen Dreischichtenbereich TR und einen Vierschichtenbereich CR. Die Leitfähigkeit des Dreischichtenberei.chs wird während der Ausschalt-oder Löschübergangsperiode des VierSchichtenbereichs aufrechterhalten, da die Basisschicht 13b des Dreischichtenbereichs zu dem Außenanschluß herausgeführt ist.

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Claims

PATENTANSPRÜCHE

Halbleiterelement mit einem Dreischichtentransistorbereich und einem Vierschichten-Thyristorbereich, welcher zwischen Basis und Kollektor des Dreischichten-Transistorbereichs angeschlossen ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Basis des Transistorbereichs zu einer Außenelektrode herausgeführt ist.
2. Halbleiterelement nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine erste Halbleiterschicht (11) vom ersten Leitungstyp, welche eine freiliegende Oberfläche auf der Seite der ersten Ilauptfläche hat, welche mit dem ersten Kontakt (21) in Berührung steht; sowie eine zweite Halbleiterschicht (12) vom zweiten Leitungstyp, welche mit der ersten Halbleiterschicht

(11) einen ersten PN-Übergang (J₁) bildet und eine freiliegende Fläche auf der Seite der ersten Hauptfläche aufweist,

• welche mit dem ersten Kontakt (21) in Berührung steht; sowie eine dritte Halbleiterschicht (13) des ersten Leitungstyps, welche mit der zweiten Halbleiterschicht (12) den zweiten PN-Übergang (Jp) bildet und eine freiliegende Fläche auf der Seite der zweiten Hauptfläche aufweist; sowie eine vierte Halbleiterschicht (14), welche mit der dritten Halbleiterschicht (13) den dritten PN-Übergang (J^) bildet und eine freiliegende Fläche auf der Seite der zweiten Ilauptfläche hat;

wobei die freiliegende Fläche der dritten Halbleiterschicht (13) einen freiliegenden Flächenteil umfaßt, der im wesentlichen der freiliegenden Fläche der zweiten Halbleiterschicht

(12) gegenüberliegt und in Ohm'schem Kontakt mit dem dritten B-Kontakt (23b) steht und wobei die freiliegende Fläche der vierten Halbleiterschicht (14) einen ersten Teil (14a) umfaßt, welcher dex* ersten Halbleiterschicht (11) gegenüberliegt und in Ohm'schem Kontakt mit dem dritten Α-Kontakt (23a) steht_F sowie einen zweiten Teil (14b), welcher der freiliegenden Fläche der zweiten Halbleiterschicht (12) gegenüberliegt und in Ohm'schem Kontakt mit dem zweiten Kontakt (22) steht und wobei der erste Kontakt (21), der zweite Kontakt

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(22), der dritte Α-Kontakt (23a) und der dritte B-Kontakt (23b) herausgeführt sind.
3. Halbleiterelement nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der dritte Α-Kontakt (23a) und der dritte B-Kontakt (23b) zu einem gemeinsamen Anschluß(43) herausgeführt sind.
4. Halbleiterelement nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch eine erste Halbleiterschicht (11) vom ersten Leitungstyp, welche eine freiliegende Fläche auf der Seite der ersten Hauptfläche aufweist, die in Berührung mit dem ersten Kontakt (21) steht;

sowie durch eine zweite Halbleiterschicht (12) vom zweiten Leitungstyp, welche mit der ersten Halbleiterschicht (11) den ersten PN-Übergang(J..) bildet und eine freiliegende Fläche auf der Seite der ersten Hauptfläche aufweist, die in Berührung mit dem ersten Kontakt (21) steht; sowie durch eine dritte Halbleiterschicht (13) vom ersten Leitungstyp, welche mit der zweiten Halbleiterschicht (12) den zweiten PN-Übergang (Jp) bildet und eine freiliegende Fläche auf der Seite der zweiten Hauptfläche aufweist und durch eine vierte Halbleiterschicht (14), welche mit der dritten Halbleiterschicht (13) den dritten PN-Übergang (J,) bildet und eine freiliegende Fläche auf der Seite der zweiten Hauptfläche aufweist;

wobei die freiliegende Fläche der dritten Halbleiterschicht (13) die Fläche für die Gate-Schicht (13a) umfaßt, welche im wesentlichen der ersten Halbleiterschicht gegenüberliegt und mit dem vierten Kontakt (24) in Berührung steht sowie die Fläche für die Basis (13b), welche der freiliegenden Fläche der zweiten Halbleiterschicht (12) gegenüberliegt und mit dem dritten B-Kontakt (23b) in Berührung steht; und wobei die freiliegende Fläche der vierten Halbleiterschicht (14) den ersten Teil (14a) umfaßt, welcher der ersten Halbleiterschicht (11) gegenüberliegt und mit dem dritten Α-Kontakt (23a) in Berührung steht sowie den zweiten Teil (14b), welcher der freiliegenden Fläche der zweiten HaIb-

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lederschicht gegenüberliegt und den zweiten Kontakt (22) berührt;

und wobei der erste Kontakt (21) und der zweite Kontakt (22) über die erste Elektrode (41) bzw. über die zweite Elektrode (42) herausgeführt sind und wobei der dritte Α-Kontakt und der dritte B-Kontakt über die dritte Elektrode (43) herausgeführt sind und wobei der vierte Kontakt (24) mit dem zweiten Kontakt (22) oder mit der zweiten Elektrode (42) verbunden ist oder zu einer vierten Elektrode (44) herausgeführt ist.
5. Halbleiterelement nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Störstellendichte der zweiten Halbleiterschicht (12) in dem der freiliegenden Oberfläche zugewandten Bereich höher ist als die Störstellendichte der zweiten Halbleiterschicht (12) in dem dem zweiten Übergang (Jp) zugewandten Bereich.
6. Halbleiterelement nach einem der Ansprüche 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß der vierte Kontakt (24) und der zweite Kontakt (22) leitungsmäßig verbunden sind.
7. Halbleiterelement nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberfläche des Gates (13a) der dritten Halbleiterschicht (13) und die Oberfläche des ersten Teils (14a) der vierten Halbleiterschicht (14) sich gegenseitig ineinander erstreckende Muster aufweisen.
8. Halbleiterelement nach einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die freiliegende Fläche der dritten Halbleiterschicht (13) einen Oberflächenbereich für einen in Rückwärtsrichtung leitfähigen Teil (Xj) umfaßt, welcher dem freiliegenden Bereich der zweiten Halbleiterschicht gegenüberliegt und mit dem zweiten Kontakt (22) in Berührung steht.
9. Halbleiterelement nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß

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eine Diskrepanz besteht zwischen der Gegenüberläge der Oberfläche des in Rückwärtsrichtung leitfähigen Bereichs (X.) und der freiliegenden Fläche der ersten Halbleitersehicht (11).
10. Halbleiterelement nach einem der Ansprüche 2 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die erste, zweite, dritte nnd vierte Halbleiterschicht die P-i-P-N-Struktur haben.
11. Halbleiterelement nach einem der Anspräche 2 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daf3 die erste, zweite, dritte und vierte Halbleiterschicht die N-i-N-P-Struktur haben.
12. Halbleiterelement nach einem der Ansprüche 2 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Halbleiterschicht im zentralen Bereich der ersten Hauptfläche angeordnet ist und daß der Gate-Teil der dritten Halbleiterschicht im zentralen Bereich der zweiten Hauptfläche angeordnet ist.
15. Halbleiterelement nach einem der Ansprüche 4 bis 12, dadui"ch gekennzeichnet, daß die erste Halbleiterschicht ringförmig in der Nähe des peripheren Bereichs der ersten Hauptfläche angeordnet ist und daß die Oberfläche des Gate-Teils(i3a) der dritten Halbleiterschicht bzw. die Oberfläche des ersten Teils (Ha) der vierten Halbleiterschicht ringförmig und in Kontakt zueinander im peripheren Bereich der zweiten Hauptfläche ausgebildet sind.
14. Halbleiterelement nach einem der Ansprüche 2 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß der dritte Α-Kontakt (23a) und der dritte B-Kontakt (23b) durch das Kontaktmuster miteinander verbunden sind.

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