DE2659909A1

DE2659909A1 - Halbleiterschalter

Info

Publication number: DE2659909A1
Application number: DE19762659909
Authority: DE
Inventors: Spaeter Genannt Werden Wird
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1976-02-12
Filing date: 1976-11-24
Publication date: 1977-11-03
Also published as: SE7710046L; FR2341204B1; CH612795A5; JPS5297684A; SE7613161L; FR2341204A1; SE431697B; GB1578758A; GB1578759A; DE2659909C2; DE2653432A1; CA1068411A; GB1578760A; US4338617A

Description

ME-310 (F-1477) + '^VgiöU

MITSUBISHI DENKI KABUSHIKI KAISHA To k y ο , Japan

Halbleiterschalter

Die Erfindung betrifft einen Halbleiterschalter.

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 »«retort, so UaA 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 Stromveratärkungsfaktors in einem gegensätzlichen Verhältnis stehen.

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£8 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 liber die Steuerelektrode gelöscht wird.

Di· Figuren 16a, b aeigen einen Schnitt ein·· herkömmlichen Aufbaus einer Verbindung eines Über die Steuerelektrode löschbaren Thyristors GTO und eines Transistors TR sowie das zugehörige Schaltdiagramn. Bei dieser herköamliehen Einrichtung ist ein aus drei Schichten bestehender Traneistorteil TR und ein aus vier Schichten bestehender liber die Steuerelektrode Itiaehbarer Thyri·tor GfO vorgesehen und dtr über die Steuerelektrode löschbare Thyristor schaltet den Basisstrom Ig des Transistors ein lind aus· Sa das löschen des Thyristors Über die Steuerelektrode schwierig ist/ ist es erforderlich, den Stromverstärkungsfaktor hyg des Transistors TR zu erhöhen und dta erforderlichen Baeisetroa Ig zur Veraittlüng des Abschalt- «ustandes «ti verringern, ta der Stroa, welcher Über die Steuerelektrode des Thyristors GTO abschaltbar ist, d. h. der aus-•ohaltbare Stroa pro Flacheneinheit der Halbleiterscheibe (Stromdichte) us eine Gröflenordmmg kleiner ist ale der Stroa

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eines Thyristors ohne Ausschalfbefähigung 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 wiirde gesenkt und der erforderliche B_asisstront I_B des Transistors würde gesenkt„ Zur Erhöhung des Stromverstärkungsfaktors h_pE des Tranaistors TR ist es erforderlich, der Basisschicht 13b des Transistorabersichs TR eine geringere Dicke zu erteilen wenn man einen Halbleiter gleicher Störstellendichte verwendete Andererseits sollte die Dicke der Steuerelektrodenschicht 13a ä®& au® vier Schichten bestehenden GTO-Thyristorbereichs wagen der erforderlichen Ausschaltbarkeit und wegen der Yierschichtstruktur groß sein« Wenn beide die gleiche Dicke haben₉ ao sollten die Steuerelektroden-r schicht 13a des GTO-B^reiehs und die Basisschicht 13b des TR-Bereichs verschiedene Störstellenstrukturen haben. Diese Gegensätze zwischen dem au® 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. Darliber hinaus ist es bei dem herkömmlichen Halbleiterelement gemäß Figo 16 schwierig, die Durchbruchspannung des aus drei Schichten bestehenden TR-Bereichs zu erhöhen. Um den Stromverstärkungsfaktor hp_E 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 Durchbruchspannung und der aufrechterhaltbaren Kollektor spannung V^g (sustaining) welche flir die Löschstufe oder Ausschaltstufe erforderlich ist und sie bewirken ferner eine stärkere Ungleichförmigkeit in der Schicht sowie eine Erhöhung der Ausschußrate bei der Herstellung. Wenn die Durchbruchspannung erhöht wird (^vr<Eofs a) 60Q), 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 Hochgeschwindigkeitethyristor, Daher wurden diese Hochspannungs-Halbleiteralemente praktisch nur als Halbleiterelemente für geringe Stromstärke (mehrere Ampere) 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 Ausfuhrungsform gemäß Fig. 16 die Nachteile der üblichen Transistoren.

Wie oben ausgeführt, beruhen die Nachteile der AusfUhrungsform 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 Löse' /organgs bei sondern trägt nur quantitativ zur Verstärkung bei. Daher ist es bei einer Senkung des Stromveretärkungsfaktors des aus drei Schichten bestehenden TR-Bereiche schwierig, das Halbleiterschaltelement Über die Steuerelektrode des aus vier Schichten bestehenden GTO-Bereichs auszuschalten oder zu löschen.

Bei der AusfUhrungsform gemäß Pig. 16 wird der Strom des TR-Bereiche gesenkt wenn der Strom des GTO-Bereichs in der Stufe des Löschens des GTO gesenkt wird, so daß der Spannungsabfall über die Hauptelektroden 41 und 42 erhöht wird. Somit kommt es bei einer Senkung des Strome 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 Fig. 16 fließende Strom) für den GTO-Teil selbst nicht verbessert und es erfolgt Lediglich eine Verstärkung durch den TR-Teil. Als Hochleistungsscha!teinrichtung hat eine solche Einrichtung jedoch den fatalen Nachteil, daß die Ausschaltleietung örtlich konzentriert ist wenn der Halbleiterschalter über die Steuerelektrode auegeschaltet oder gelöscht wird. Wenn z. B. in, der Löschstufe die

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Gate-Rückwärtsvorspannung angelegt wird, so wird der Ausschaltübergangs strom 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.

DieAusfahrungsform gemäß Pig« 16 hat ferner die Nachteile des herkömmlichen über die Steuerelektrode löechbaren Thyristor» GTO. Wie. bereits oben erwähnt, let der zur Aueschaltung oder Löschung befähigte Baelsstroffl äußeret beschränkt, auch wenn die Verstärkung durch den Transistor TR verbessert wird. Dies beruht auf der Punktion 4®e Thyristors GTO. Daher sollte ein großer Strom durch Verbesserung des Stromverstärkungsfaktors des Transistors TR verwirklicht werden»

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Es ist daher Aufgabe der Erfindung, die genannten Nachteile der herkömmlichen Halbleiterschalter zu vermeiden und einen Halbleiterschalter mit Selbstlöschfunktion für hohe Spannungen und hohen Strom zu schaffen, bei dem die Ausschaltleistung nicht örtlich konzentriert wird und der innerhalb eines weiten Betriebsbereichs sicher betrieben werden kann.

Erfindungsgemäß ist der Thyristor mit dem Kollektor und der Basis des Transistors verbunden und die Basis des Transistors wird mit einem Impulsbasisstrom beaufschlagt, so daß der Thyristor leicht gelöscht werden kann. Ferner wird erfindungsgemäß die Löschcharakteristik des Transistors dadurch verbessert, daß die Steuerelektrode des Thyristors mit einer Vorspannung in Sperrichtung beaufschlagt wird.

Der erfindungsgemäße Halbleiterschalter ist gekennzeichnet durch einen Transistor mit einem Kollektor, einem Emitter und einer Basis; mit einem Thyristor mit zwei Hauptelektroden und einer Steuerelektrode, wobei die Hauptelektroden in Durchlaßrichtung mit dem Kollektor und der Basis des Transistors verbunden sind; durch eine Steuereinrichtung zur Beaufschlagung der Steuerelektrode des Thyristors mit einem Steuersignal; durch eine Einrichtung zur Beaufschlagung der Basis des Transistors in Durchlaßrichtung mit einem Impulsstrom, wobei der Durchlaßimpulsstrom der Basis zuführbar i^t, wenn der Thyristor gelöscht wird, so daß zwischen deu beiden Hauptelektroden des Thyristors eine Sperrvorspannung gebildet wird.

Bei einer alternativen Ausführungsform ist der erfindungsgemäße Halbleiterschalter gekennzeichnet durch einen Transistor mit einem Kollektor, einem Emitter und

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einer Basis; einem Thyristor mit zwei Hauptelektroden und einer Steuerelektrode, wobei die Hauptelektroden in Durchlaßrichtung mit dem Kollektor und der Basis des Transistors verbunden sind; durch eine Einrichtung zur Steuerung der Steuerelektrode des Thyristors; durch eine Einrichtung zur Zufuhr eines Basisstroms zur Basis des Transistors in Durchlaßrichtung, wobei der Basisstrom in Durchlaßrichtung der Basis des Transistors durch die Basisstromzufuhreinrichtung zugeführt wird, wenn der Thyristor unter Beaufschlagung der Steuerelektrode des Thyristors in Sperrichtung mit einer Vorspannung durch die Einrichtung zur Steuerung der Steuerelektrode des Thyristors gelöscht wird.

Im folgenden wird die Erfindung anhand von Zeichnungen näher erläutert.

Es zeigen:

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Pig. 1 ν.ηά Figuren 3 bis 7 schematische Darstellungen verschiedener Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Halbleiterelementes;

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

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

Pig. 12 und 13 schematische Darstellungen weiterer Ausf'ührungsformen des erfindungsgemäßen Halbleiterelementes;

Pig.14 ein symbolisches Sehaltdiagramm der Ausführungsformen gemäß den Figuren 12 und 13;

Pig.15 eine schematische Ansicht und ein symbolisches Schaltdiagramm einer weiteren vereinfachten Ausführungsform 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 Ii 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 Ausführungsform 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 Halbleiterschient 11 hat eine freiliegende Fläche an der ersten Oberflache, welche in Ohm'schem Kontakt mit dem ersten Kontakt 21 st©ht und den zentralen Bereich der Halbleiterscheibe 1 an der ersten Oberfläche bildet. Die zweite Halbleitersehicht 12 bildet den ersten PN-Übergang J₁ 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 Pläche der zweiten Halbleiterschicht 12 bildet den peripheren Bereich der ersten Hauptfläche der Halbleiterscheibe 1..

Die dritte-Halbleiterschicht 13 "bildet den zweiten Übergang J„ mit der zweiten Halbleitersehicht 12 und besitzt eine freiliegende Oberfläche in der zweiten Hauptfläche der Halbleiterscheibe 1„ Die freiliegende Oberfläche der dritten Halbleitersehicht 13 umfaßt die Oberfläche der Steuerelektrodenschicht oder Gate-Schicht I3a„ 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 ä®m dritten B-Kontakt 23b steht (mit einem Teilbereich des dritten Bereichs 23)« Die freiliegende Fläche für dl© Stsuarelektrodenschieht 13a (Pg.) ist derart angeordnet„ daß sie im wesentlichen der ersten Halbleiterschicht 11 gegenüber liegt_s wobei jedoch eine Diskrepanz um etwa eine Dicke mit der Halbleiterscheibe in der Gegenüberlage zulässig ist«, Bei &©r Ausflihrungsform gemäß Fig. bildet die Oberfläche der Steutrtlektrodenschicht 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 Halbleiterschicht 13 im wesentlichen gegenüber mindestens der freiliegenden Fläche der zweiten Halbleiterschicht 12. Bei dieser Ausführungsform liegt die Oberfläche der

Basis 13b der freiliegenden Fläche der zweiten Halbleiterschicht 12 gegenüber und besitzt eine gemusterte Fläche, welche sich in die Ringfläche (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 (NjJ bzw. der Emitterschicht 14b (N ). 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 dee zweiten Bereichs 14b der rierten Halbleiterschicht 14 und schließlich auch die Fläche des peripheren freien Bereichs 13c (P₀) der dritten Halbleiterschicht 13. Bei dieser Ausführungsform 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 kreis-

förmigen Bereich ein und die Oberfläche der zweiten Halbleiterschicht 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 Außenelek- troden oder Anschlüssen 41 (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 Herausführungen der Anschlüssen können in herkömmlicher Weise wie bei üblichen Transistoren und Thyristoren angebracht werden.

Das Sehaltdiagramm des Halbleiterelementes obiger Ausführungsform ist in den Figuren 8 und 10 durch ausgezogene Linien dargestellt. Der Vierschichtbereich bestehend aus der ersten bis vierten Halbleiterschieht (zentraler großer kreisförmiger Bereich) wirkt als Thyristor CR und der Dreischichtbereich aus der zweiten bis vierten Haitieiterechicht (äußerer ringförmiger Bereich) wirkt als Transistor 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 Vierechichtbereichs kann auf einfache · Weise erzielt werden, indem mail den gewünschten Impulsstrom

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zwischen Basis und Emitter des Dreischichtbereichs einspeist. Die Impulsbreite ist dabei die Löschzeit oder Ausschaltzeit des Vierschxelitbereicha. Die erforderliche Impuls spannung ist der S^^iirongsabfall über die Basis-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-p des aus drei Schichten bestehenden Transistorbereichs kann größer sein als bei einem herkömmlichen Transistor. Es ist ferner möglich, die Dicke des Kollektorbereichs N zu erhöhtn 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 Riickkopplungefunktion der beiden Transistoren(PNP und NPN), welche einen geringeren Stromverstärkungsfaktor haben als ein einfacher Transistor. Daher ist die Dicke der Steuerelektrodenschicht P_& dea herkömmlichen Thyrietors 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 Thyrietorbereiche (die zweite, dritte und vierte Halbleiterschicht 12, 13, H). Somit können die Basisschicht P_B und die Steuerelektrodenschicht Pg nach dem gleichen Verfahren mit der gleichen Dicke und der gleichen Störstellendichte ausgeführt werden. Die Emitterschicht Ng und die Kathodenschicht Ng können ebenfalls im gleichen Verfahren mit gleicher Dicke und gleicher Störeteilendichte ausgeführt werden. Auch die Kollektorschicht N₀ und die N-seitige Basisschicht N_B des Vierschichtbereichs können im gleichen Verfahren ausgebildet

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werden.

Wie bereits-erwähnt, kann "bei eiern erfindungsgemäßen Halbleiterelement das Löschen des Yierschlehtenber©iehs leicht dadurch erfolgen, daß man den Basislcontalct 23b des BreischichtenbereichB zu dem Außenanschluß herausfuhrt, Mähers Einzelheiten werden weiter unten erläutert. Die Dürchbruchspannung des Dreischiehtbereichs kann leicht auf diejenige des Yierschichtbereichs erhöht werden. Der Stromverstärlrangsfaktor des Dreiechichtbereichs kann leicht gesenkt werden ₉ so daß die Charakteristika hinsichtlich des sekundären Durchbruchs oder des Standhaltens gegen eine hohe Spannung im Dreigchichtbereieh verbessert werden können, so daß der Bereich innerhalb dess,en ein sicherer Betrieb möglich ist (ISO) 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-Syp 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-fTyp (oder N-Typ) und die dritte Halbleiterschicht 13 gleichseitig nach dem Diffusionsverfahren oder nach dem Ipitarialauf wachsverfahren hergestellt. Man erhält dabei Schichten gleicher Störstellendichte und gleicher Dicke. Sodana wird die vierte Halbleiterschicht 14 vom N-Typ (n+-Iyp) oder vom P-3?yp (p+-Typ) ausgebildet sowie die Region hoher Störetellendichte 12b der zweiten Halbleiterschicht 12 und zwar gleichseitig nach dem Diffusionsverfahren oder dem Expitaxialverf&hren oder dem Legierungsverfahren. Auf diese Weis© kann man den Vierschichtenbereieh und den Dreischichtenbereich 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 Halbleiterschieht durch Läppen der ersten Hauptfläche (der Fläche der ersten Halbleiterschieht) herabgesetzt und es wird die Schicht 12b hoher Störstellendichte der zweiten Hal^leiterschicMÄünd die vierte Halbleiter-

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;-.·■·nicht 14 ausgebildet- In diesem Falle kann die Dicke der Schlicht 12b hoher Störstellendichte gleich sein wie oder größer als die Dicke der ersten Halbleiterschicht 11 (Dicke na -h de0i Läppen). Die dafrei resultierende Beziehung zwischen der I'xcke der Schicht 12b hoher Störstellendichte (gestrichelte Linie) und dsr Dicke der ersten Halbleitersehicht 11 ist in Ρ_(:ζ- 3a gezeigt. Wie oben erwähnt, kann das erfindungsgemäße Halbleiterelement nach einem ebenso einfachen Verfahren hergestellt werden, wie ein herköraralicher Thyristor, wenn

P N"

es die Struktur „+^y- P-N oder ρ+> ;_u -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 t,- der Betriebswellenform gemäß Fig. 9. In der schematisehen 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 Basisetroms des Dreischichtenbereichs im erfindungsgemäßen Halbleiterelement, so fließt der Ausschalt-Ubergangsstrom 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 Fehlverhalten beim Ausschalten.

Demgegenüber kann der Spannungsabfall V₁₂V herabgesetzt werden,

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

Mit dem Aufbau der Ausführungsforra gemäß Pig. 1 werden die folgenden Punktionen und Effekte dadurch erzielt, daß man eine freiliegende Fläche der dritten Halbleiterschicht ausbildet (diu freiliegende Fläche der Basisschicht 1\,, d. h. die partielle Basisfläche, oder die freiliegende Fläche der Steuerelektrodenschicht Pp, d. h. die partielle S.teuerelektrodenflache, und die erste gemäß Figuren 1 und 2) und zwar in der i-Jähe der Grenze zwischen der freiliegenden Fläche der ersten Halbleiterschicht 11 und der freiliegenden Fläche der zweiten rfalbleiterschicht 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 (2) ν _BE (oder O^v _e ¹^ Ο^ν#ν) ^{an die} ^s^^rec^-^e KB-B angelegt (oder an die Strecke G-KB oder G-E) und zwar zur Zeit der Beendigung des Ausachaltens 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 Nähe der Grenzlinie). Der Strom (die gestrichelte Pfeillinie) welcher in die vierte Halbleiterschicht (N, ) des Vierschich-

-■nbereichs fließt, und zwar unter Diffusion des Übergangsiösehatronis j (off) des Dreischichtenbereichs, kann durch eine der oben beschriebenen Methoden verhindert werden. Dies bedeutet, daß die Emission der Ladungsträger von der vierten lialbleitersc:iicht des Vierschichtenbereichs zur Basisschicht des Dreischiuhtenbex'eichs verhindert wird und eine fehlerhafte

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oder ungewollte Zündung des VierschichtenLereichs bei Beendigung des Aböchalteris kann verhindert werden.

Das erfindungsgemäße Halbleiterelement raui3 keine Sperrdurchbruchs parmu ng aufweisen, so daß die Abschrägung BV nur eine positive Abschrägung sein kann. Daher ist der Abschrägungsv/inkel groß und die Flücheneffiziens der Halbleiterscheibe hoch.

Pig. 3a zeigt einen schematischen Schnitt durch eine weitere AuwfUhrungsform der Erfindung. Die zweite Oberflächenseite kann das gleiche Muster aufweisen wie in Fig. 1a oder in Pig. 5. Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 3 liegt die auf der zweiten Oberflächenseite freiliegende Fläche der dritten Halbleiterschicht 13 gegenüber der freiliegenden Fläche der t,rsten 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 Ohm¹ schein Kontakt mit dem zweiten Kontakt 22. Auf diese Weise v/ird die Zweischichten-PN-Übergangsregion X. gebildet (Teil des zweiten Übergangs Jp). 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 Ausführungsform 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 schematiache Darstellungen weiterer Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Halbleiterelementes

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„negativer Abschrägung» Pig. -4a. zeigt die Ausführungsform eines }zusaifliaengeseit2^en Halbleiterelement es mit einem Dreisßhi cht« ^bereich und einem Vierschichtenbereich und Fig. 4b ■zeiget die Ausfiihrungsfform eines .zusammengesetzten Halbleiterelemerites mit einem Zweischicht.enberei.ch, einem Dreischichtenbereich und einem Vierschichtenbereich,welches den Zweieohiehtenbereich X₁ umfaßt. In Fig.. 4b ist nur etwa die Hälfte des Schnittes gezeigt. Die zweite Oberf Innenseite oder Haupt fläche der Fig. 4 kann das Muster gemäß Fig. ta oder g«raä(3 Fig. 5a haben.

Wie in den Figiw-en 1 und -Aa .gezeigt, wird die freiliegende Fläche 15c der dritten Halbleiterschicht im peripheren Bereich im Zuge des Verfahrens zur Ausbildung der dritten Halbleiterschicht P (n in der Struktur τ>+}>£-N-P) welche an der zweiten Überflächenseite des peripheren Bereichs der Halbleiterscheibe freiliegt ausgebildet oder im 2uge des Verfahrens der Ausbildung der dritten Halbleiterschicht P (N in der Struktur p^y' /T -N-P)^Xsiehe 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; Halblßiiterschicht, 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 Fig. 6), wobei der Leckstrom und der Isolierungsdurchbruch in der Nähe 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 durcli die an den zweiten Übergang J₂ angelegte Durchlaßspannung oder Vorwärtsspannung yerhindert werden. ,09844/0603

• ■ ■ ■ '·■ ν. Ü f

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

Diese Ausflihrungsform weist ein Muster auf, bei dem die Oberfläche 13a des Gate-Teils P_& (N_& in der Struktur Ν-Γ-Ν-Ρ) der dritten Halbleiterschicht 13 und die Oberfläche des ersten Teils 14a (¹O(Pa ^{in der} Struktur Ν-Γ-Ν-Ρ) 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 (Heferring-Phänomen) des Vierschichtenbereichs 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 Punktion beschrieben werden. In der schematischen Darstellung der Pig. 2 neigt der Strom dazu, von der ersten Halbleiterschicht 11 zum dritten Α-Kontakt 23a zu fließen, und zwar aufgrund der Diffusion der ladungsträger, welche durch den Ausschaltübergangsstrom 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 Vierschichtenbereich des zweiten Übergangs J₂ und ein Seil des Vorwärtserholungsstroms im Dreischichtenbereich dazu neigen, zum Vierschichtenbereich 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-Λ-N-P) (siehe Fig. 7), wobei der Vorwärtserholungsstrom im Vierschichtenteil 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 Vorsprüngen 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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Ι·¹ ig· 6 zeigt eine weitere Ausfiihrungsform dex· Erfindung, wobei die erste Halbleiterschieht 11 und der erste Teil 14a der vierten Halbleiterschieht und der Gate-Teil 13a der dritten Halbleitersehicht in dem äußeren ringförmigen Bereich untergebracht sind (der Vitirschichtenbereich ist im äußeren ringförmigen Bereich untergebracht) und wobei die freiliegende Fläche der zweiten Halbleiterschieht, der zweite Teil 14b der vierten xialbleiterschicht und der Basisteil 13b der dritten Hai bleitersch'.eht in dem inneren kreisförmigen Teil untergebracht sind (der Dreischichtenbereich ist im inneren kreisförmigen Bereich untergebracht). Pig. 6a zeigt ein Muster, der freiliegenden Oberfläche (halbe Oberfläche) der zweiten uberflächenseite, 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. .'nstelle des Musters gemäß Fig. 6a können verschiedene at ere Muster mit Vorsprängen vorgesehen sein.

Gemäß Fig. 6 nimmt der Vierstihichtenbereich den äußeren ringförmigen Bereich ein, so daß hierfür auf einfache Weise ein großer Flächenbereich vorgesehen sein kann, obgleich die Breite i\,13a des zweiten Teils 13b der vierten Halbleiterschicht 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 Steuere! ekti'odenflache im Falle eines Halbleiterelementes mit relativ geringer Kapazität ausgebildet werden muß. Es ist ferner möglich, einen solchen Einfluß durch geringfügige Vor Sprünge zu verhindern, wie sie in i'ig. 6a durch die gestrichelte Linie FG angedeutet sind, selbst v/enn es sich um ein Halbleiterelement für relativ große Ströme handelt. Somit hat die AusfUhrungeform gemäß Fig. 6 das Merkmal, daß der Gate-Sperrspannungseffekt des Vierschichtenbereichs leicht verwirklicht werden kann.

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Pig. "7 zeigt eine weitere Ausführungsform der Erfindung. Fig. 7a eigt einen schematischen Schnitt durch ein Element vom γ j^ N-P-Typ . Fig. 7b zeigt ein Schaltdiagramm desselben« Diese Ausführungsform kann auf der zweiten Oberflächenseite das Muster gemäß Fig. 1 oder Fig. 5a aufweisen. Es ist feiner möglich, den Vierschichtenbereich im äußeren ringförmigen Bereich unterzubringen,. Darüber hinaus ist es möglich, die Zweischichtendiode X^ (Dx₁) gemäß Fig. 3 vorzusehen. Bei der Ausfuhrungsform gemäß Fig. 7 können die in Sperrichtung oder Rückwär'tsriehtung 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 p+^. /Γ -Ϊί-Γ erhält. Wie Fig. 7 zeigt_s können die AusfUhrungsformen gemäß Figuren 1 bis 6 derart modifiziert werden, daß man Halbleiterelemente mit der in Rückwärtsrichtung oder Sperrichtung leitfähigen Halbleiterschicht erhält«,

Gemäß Fig. 8 ist der aus drei Schichten bestehende Transistorbereich TR das Hauptstromfilhrungselement und der aus vier Schichten bestehende Thyristorbereich ,CR dient ala Element zur Zufuhr des Basisstroms und als Nebenschlußelement für einen Teil des Hauptstroms. Gemäß Fig_e 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_CR des Hauptstroms als Basisstrom dem Dreischichtenbereich zugeführt, so daß der Kollektor-Strom imft fließen kann und der Strom i-r = (i_GR + im«) dem Emitter zugeführt wird. Es ist ferner möglich, den anfänglichen

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der Löschung oder Ausschaltung dienenden Impulsbasisstrom in. (die gestrichelte Linie in Fig. 9a) von der Basissteuereinrichtung 300 her dem Dreischichtenbereich bei der Initiierung des Löschens oder Ausschaltens zuzuführen. In diesem Falle wird der zulässige Stroraanstieg di-r/dt des Hauptstroms i erhöht.

Wenn der anfängliche Ausschaltbaisstrum i_ß. allmählich gesenkt wird, was in Fig. 9a durch die gestrichelte Linie dargestellt ist, so kann die Ausbreitungsgeschwindigkeit des Ziindbereichs im Vierschichtenteil CR harmonisiert werden, so daß der Ausschalt Übergangsspannungsabfall am Vierschichtenbereich gesenkt werden kann.

Es ist ferner möglich, den normalen Basisstrom I_B (gemäß der gestrichelten Linie in Fig. 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 Basisstx'oms während der Zeit der Zufuhr eines großen Laststroms kompensierende Strom über den Vierschichtenbereich CR fließt. Eine Selbstzufuhr des Transformierungsstroms für den Hauptstrom i,- mit Hilfe eines Stromtransformators als Quelle der Baeissteuereinrichtungen 300 zur Zufuhr des Basisstroms I-o im normalen Zustand ist möglich.

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

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obgleich del' S trom-ϊη--Impuls relativ klein ist (V,,j,. < V^₁,-K so wird doch der Pfad des Hauptstroma i^ durch den Dreiychich nbereich aufrechterhalten» Wenn der Vierschichtenbereich üie Struktur eines über die Steuerelektrode löschbaren Thyristors (Pig. y) hat, so wird er leicht ausgeschaltet und zwar durch die G?·. -.e-Sperrspannung (i , V ' in den Figuren 9b, c) ^:'JKi:. bedeutet, daß uie Ausschaltung des Vierschichtenbereichs über die Steuerelektrode unter Bedingungen erfolgt, welche den Durchlaßstromanstieg des Dreiachichtenbereichs TU inhibieren, aher gelingt das Ausschalten über die Steuerelektrode reicht. Der lmpulsbasisstrom-I-j.-Impuls für das Ausschalten oder Löschen kann nur während der Ausschaltzeit tq zugeführt werden.

Zur Verkürzung der Ausschaltzeit des Vierachichtenbereichs 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 L-öschzeit tq auf einen Bereich von 3 μ see 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 Ausschaltze.it tq (unter normalen Bedingungen) der Leistungs-Pn-lmpuls für den Stroin-I„-Impuls aus folgenden Gleichungen erhalten, werden:

P_B-Impuls = V_ßE.I_ß-Impuls . ^

"^{e 7}BE · IT" * ^ C)

PE

wobei V. ., den Spannungsabfall über die Basis-l-Jmitter-Strecke

durch den Strom-Ig-Impuls bedeutet und wobei T die KIN-AUS-l'eriode bedeutet und wobei h,,p den Stromverstärkungsfaktor des Dreischichtenbereichs Tl\ bedeutet und wobei

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I den auszuschaltenden Laststrum bezeichnet.

Zum Vergleich ergibt sich die Leistung des Konimutierungsimpulses, welcher bei einem herkömmlichen Thyristor erforderlich ist, um eine L-.schung über die Anodensperrspannung herbei zuführen, aus der folgenden Gleichung:

ν > κ τ 13.

v/übei i .-'je Jüurchlaf3spannung des zu löschenden Thyristors bedeutet, i-'iir das Verhältnis der Gleichungen (1) zu (2) ei_od.bt sich die folgende Beziehung:

P_B-Impuls _s V_BR _j_

¹ c ^{L η}ίΈ

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

In der Basissteuereinrichtung 300 für die ImpulsIeistung wird das Ausgangssignal der Sekundärwicklung N_? mit Hilfe einea Impulstransformators (Impulsstromtransformator) über die Basis-Kmitterstrecke angelegt und die Impulsstromquelle wird mit der Primärwicklung U.verbunden und das Windungsverhältnis liegt in der Größenordnung von Np ^nw ♦ wobei der Impulsstrom der Impulsstromquelle FT ~ E nur 1/mehrere 10 bis l/mehrere 100 des auszuschaltenden Hauptstroms sein kann. W · ti 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. V/enn man andererseits nur einen Dreischichtentransietor verwendet, so ist es schwierig der Basis des Transistors mit einem Stromverstärkungsfaktor von iw, ^ 1 während der EIN-Periode kontinuierlich den Basisstrom zuzuführen und der Basisverlust ist hoch.

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üei der Ausführungsform des Halblei tei'elementes gemäß Fig. wird der Basisstrom im Halbleiterelement selbst zugeführt, und zwar Über den Vierschiehtenbereich CR und es handelt sich bei diesem Basisntrom um einen Teil des Laststroms i-, , so daß hierdurch ein Teil des Hauptstroms übernommen wird. Somit kann man leicht eine hohe Durchbruchspannung von z. B. 1200 bis 2500 Volt erzielen. Plikn. 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 ip₀₀ der Steuerelektroden-Steuereinrichtung 200 gemäß Fig. SI ;i der Ausführungsform gemäß Fig. 8 entspricht. Fig. 9d zeigt die Wellenformen des Laststroms i-, des Stroms L~„ des V^; erschichtenbereichs und des Stroms L.. des Dreischichtenbereichs. Diese Wellenformen werden ausgebildet durch Zufuhr, des anfänglichen Einschaltbasisstroms i-g. gemäß der gestrichelten Linie in Fig. 9a im anfänglichen Stadium des Einschaltens. In diesem Falle steigt zunächst der Strom imj, des Dreischichtenbereichs an und danach steigt der Strom des Vierschichtenbereichs ί~_η an. Das Ausschalten oder Löschen kann besehe!unigt werden, indem man die Basissperrspannung ΓΪ? 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 Vierschiehtenbereich CR erhöht werden, so daß die Beständigkeit des Halbleitere]ementes gegen hohe Ströme gut ist. Zum Beispiel ist die Bedingung i_Cf,) ίφη zulässig.-Dieser Fall ist in Fig.9d durch die konvexe Wellenform während der Periode t^ bis t, gezeigt. In der AusfUhrungsform 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 Steuerelektroden.

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Fig. 10 zeigt ein Schaltdiagramm einer weiteren Ausführungslorm des erfindungsgemäßen Halbleiterelementes. In dieser AusfIihrungsform sind die erste Elektrode 41 und die dritte Elektx'ode 43 (insbesondere der Anschluß fü'r hohe Stromstärken auf der Seite des 3A-Kontakts des ersten Bereichs 14a der vierten Halbleiterschicht 14) die Hauptelektroden. Der Vierschichtenbereich CR ist der Hauptleitungsteil. Gemäß Fig. 10a ist eine Easissteuereinrichtung für das Halbleiterelement vorgesehen, wobei die Sekundärwicklung Np des Impulsstrorntransformators 302 zwischen der dritten Elektrode 4 3 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 Haupts tr ompf ad des Hauptlaststroms i-, .

Fig. 10b zeigt die Wellenformen des Hauptstroms i^, des Stroms JUr durch den Vierschichtenbereich. und des Strom i^ durch die dritte Elektrode und des Stroms i-p durch die vierte Elektrode (im wesentlichen proportional dem Strom i_N1 der Primärwicklung des Stromtransformators 302) der Ausführungsform der Fig. 10a. Der Strom i_TK durch den Dreischichtenbereich und der Strom i^ sind durch gestrichelte'Linie dargestellt. Bei dieser Ausf Iihrungsform 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 I_n 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_B 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 Baßls-Kathode (KB), und zwar um den Wert V_KB#_g, während das Potential der Kathode K höher ist als das Potential des Emitters E, und zwar um den Wert ^ν _ΚΒ__Ε· Demgemäß wird das Potential der

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Kollektoi'-Anode CA je nach der Senkung des Potentials des Emitters gesenkt. Der Vierschichtenbereich OR 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 tng der 13 send igung 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 Ausführungaform gemäß Fig. 10 auch bei einem Element vom Typ p~ -^" N-P angewandt werden kann.

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

Fig. 11a, b zeigen Schaltbilder weiterer AusfUhrungsformen, 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.

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

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Fall, bei dem der Haupstrom i_T über die erste Elektrode 41 und die dritte Elektrode 43 des Vierschichtenbereichs CK i 'ießt. 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_Qn über die Strecke 4OO-42-44-CR-43-400 zur Steuerelektrode de3 Vierschichtenbereichs CR, wodurch dieser eingeschaltet wird. Der Zustand des Stroms nach dem Einschalten ist ähnlich wie bei der Ausführungsform gemäß Pig. Ü. hierin die Steuerspannung Vaqq mit negativer Polarität durch die Steuereinrichtung 400 zum Zwecke des Abschaltens oder Löschens angelegt wird, so fließt ein Vorwärts-Impulsstrom i_off über die Strecke 400-43-TR-42-4OO zur Basis des Dreischichtenbereichs TR, wodurch der Vierschichtenbereich CR abgeschaltet wird. Der Absehaltvorgang ist ähnlich demjenigen der Fig. 8. Somit liegt die Gate-Rückwärtsvorspannung über 4OO-43-OR-44-42-4OO am Vierschichtenbereich CR an und zwar aufgrund des Impulsstroms i -«, 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 AusfUhrungsform gemäß Fig. 10 während der EIN-Periode. Das Potential am Anschluß 42 wird beim Ausachalten gesenkt, so daß der Basisstrom zum Dreischichtenbereich TR fließt und der Hauptstrom iy über TR fließt. In diesem Falle liegt die Steuerelektroden-RUckwärtsvorspannung 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^ W-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 erfindungsgemäßen Halbleiterelementes mit einer herabgesetzten Anzahl von Außenelektrodenzufiihrungen. Der Aufbau der Halbleiterschichten der Halbleiterscheibe 1 gemäß den Figuren 12 und 13 ist ähnlich denjenigen gemäß den Figuren 1 bis 7. Bei der Ausfübrungsform gemäß Pig. 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 Ohm'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 Ausflihrungsform 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 231). 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 Ohm¹schem 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 45 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 Halbleiterschicht umgeben oder gehalten ist und steht in Ohm'schem 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 Halbleiterschicht 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 Halbleiterschicht 13 an der Oberfläche freigelegt, welche der freigelegten Oberfläche des zweiten Teils 14b der vierten Halblei terse>iicht 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 Ohm' 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 Ausflihrungsform mit einem Muster der frei liegenden 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 J^> P-K und die Ausführungsform gemäß Fig. 14b hat die Struk-

tür vom Typ p> W-P.

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Pi^·. 15a sidgt einen schematischen Schnitt einer weiteren Ausführungsform, wobei der erste Teil 14a. und der zweite Teil 141) der vierten Halbleiterschicht 14 gemäß der avisgezogenen Linie miteinander verbunden sind oder gemäß der gestrichelten Linie durch den freiliegenden Teil 13c der di'itten Halbleiterschicht 13 getrennt sind. Der Basisteil 13b der dritten Halbleiterschicht hat eine freiliegende Fläche und steht damit in Ohm'-schem 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 MM »Iß π Fi/',iif'nπ 15b und 15§ ^)f?(jti(·#«>/'*-<t/fcn vr.niwi. \?\y_it f51?

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I" I . Ll

zeigt den Fall einer Mir^ktur vom Typ JJ^ l'-N und b'lg. 1i>c zeigt den Fall einer Struktur vom Typ * ^N~p—■" Α-Γ. In den Figuren 15b und 15c bezeichnen die Bezugszeichen R_fee und R_ae einen Schichtwiderstand zwischen dem dritten A-Kontakt 23a der vierten Halbleiteraohioht 14 und dem zweiten Kontakt 22. Der Schichtwiderstand (Sheet-V/iderstand) kann erhöht werden durch Trennung derselben durch Ausbildung eines freiliegenden Bereichs der dritten Halbleiterschicht 13o. Das Bezugszeichen R- bezeichnet einen Schichtwiderstand zwischen dem ersten Teil 13a und dem zweiten Teil 13b der dritten Halbleitersehicht.

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-Emit ter-S tr ecke des Dreisohiehtenbereiohe !ER (zwischen 13b-14b)

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und der Vierschichtenbereich GR wird über den Schichtwiderstand R (zwischen 13b 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 gwiiäi3 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 dt.·ν Stromverstärkungsfaktor des Dreischichtenbereichs TR 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 anbelang-t.

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 Löechvorgänge verschiedener Qualitäten erzielen, indem man die Basisschicht 13b des Dreischichtenbereichs in der beschriebenen Weise herausführt. Die erfindungsgemäßen Halbleiterelemente umfassen einen Dreischichtenbereich TR und einen Viers.chichtenbereich CR. Die leitfähigkeit des Dreischichtenbei'eichs 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

PATENTANSP RU CHE

1. Halbleiterschalter, gekennzeichnet durch einen Transistor (TR) mit einem Kollektor, einem Emitter und einer Basis;

mit einem Thyristor (CR) mit zwei Hauptelektroden und einer Steuerelektrode, wobei die Hauptelektroden in Durchlaßrichtung mit dem Kollektor und der Basis des Transistors verbunden sind;

durch eine Steuereinrichtung (200) zur Beaufschlagung der Steuerelektrode des Thyristors (CR) mit einem Steuersignal;

durch eine Einrichtung (300) zur Beaufschlagung der Basis des Transistors (TR) in Durchlaßrichtung mit einem Impulsstrom, wobei der Durchlaßimpulsstrom der Basis zuführbar ist, wenn der Thyristor (CR) gelöscht wird, so daß zwischen den beiden Hauptelektroden des Thyristors (CR) eine Sperrvorspannung gebildet wird.

2. Halbleiterschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Transistor (TR) und der Thyristor (CR) einstückig in einer ,imeinsamen Halbleiterscheibe ausgebildet sind.

3. Halbleiterschalter, insbesondere nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen Transistor (TR) mit einem Kollektor, einem Emitter und einer Basis;

einem Thyristor (CR) mit zwei Hauptelektroden und einer Steuerelektrode, wobei die Häuptelektroden in Durchlaßrichtung mit dem Kollektor und der Basis des Transistors (TR) verbunden sind;

durch eine Einrichtung (400) zur Steuerung der Steuerelektrode des Thyristors (CR);

durch eine Einrichtung (400) zur Zufuhr eines Basisstroms zur Basis des Transistors in Durchlaßrichtung, wobei

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der Basisstrom in Durchlaßrichtung der Basis des Transistors durch die Basisstromzufuhreinrichtung zugeführt wird, wenn der Thyristor unter Beaufschlagung der Steuerelektrode des Thyristors in Sperrichtung mit einer Vorspannung durch die Einrichtung zur Steuerung der Steuerelektrode des Thyristors gelöscht wird.

4. Halbleiterschalter nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Transistors und der Thyristor einstückig in einer gemeinsamen Halbleiterscheibe ausgebildet sind.

5. Halbleiterschalter nach einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch einen Dreischichtentransistorbereich und einen Vierschichten-Thyristorbereich, welcher zwischen Basis und Kollektor des Dreischichten-Transistorbereichs angeschlossen ist, wobei die Basis des Transistorbereichs zu einer Außenelektrode herausgeführt ist.

6. Halbleiterschalter nach Anspruch 5, gekennzeichnet durch eine erste Halbleiterschicht (11) vom ersten Leitungstyp, welche eine freiliegende Oberfläche auf der Seite der ersten Hauptfläche 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 (J-,) bildet und eine freiliegende Fläche auf der Seite der ersten Hauptflache 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 (J₂) 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 (Jo) bildet und eine freiliegende Fläche auf der Seite der zweiten Hauptfläche hat;

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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'schein Kontakt mit dem dritten B-Kontakt (23b) steht und wobei die freiliegende Fläche der vierten Halbleiterschicht (14) einen ersten Teil (14a) umfaßt, welcher der ersten Halbleiterschicht (11) gegenüberliegt und in Ohm'schein Kontakt mit dem dritten Α-Kontakt (23a) steht, 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 (22) und der dritte B-Kontakt (23b) herausgeführt sind.

7. Halbleiterschalter nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der dritte Α-Kontakt (23a) und der dritte B-Kontakt (23b) zu einem gemeinsamen Anschluß (43) herausgeführt sind.

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8. Halblei teischal t er nach einem der Ansprüche 5 bis 7, 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 Halbleiterechicht (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 (Jg) bildet und eine freiliegende Fläche auf der Seite der zweiten Hauptfläche .aufweist und durch eine vierte Halbleiterechicht (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 rierten Halbleitereohicht (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 (4?.) 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) verbündt.,, ist oder zu einer vierten Elektrode (44) herausgeführt ist.

9. Halbleiter schal ternach einem der Ansprüche 6 bis 8 , 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 (J₂) zugewandten Bereich.

10. Halbleiteteehalter nach einem der Ansprüche 8 oder 9 , dadurch gekennzeichnet, daß der vierte Kontakt (24) und der zweite Kontakt. (22) leitungsmäßig verbunden sind.

11. Halbleiterachalter nach einem der Ansprüche 7 bis 10, 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.

12. Halbleiterschalter nach einem der Ansprüche 6 bis H, dadurch gekennzeichnet, daß die freiliegende Fläche der dritten Halbleiterschicht (13) einen Oberflächenbereich für einen in Rückwärtsrichtung leitfähigen Teil (X₁) umfaßt, welcher dem freiliegenden Bereich der zweiten Halbleiterschicht gegenüberliegt und mit dem zweiten Kontakt (22) in Berührung steht.

13.Halbleiterschalter nach Anspruchl2, 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 Halbleiterschicht (11).

14. Halbleiteis chatter nach einem der Ansprüche 6 bis 13, dadurch gekennaeichnet, daß die erste, zweite, dritte und vierte Halbleiterschicht die P-i-P-N-Struktur haben.

15. Halbleiterschalter nach einem der Ansprüche 6. bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die erste, zweite, dritte und vierte Halbleiterschicht die N-i-N-P-Struktur haben.

16. Halbleiterschalter nach einem der Ansprüche 6- bis 15 , dadurch gekennzeif:)met, 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.

17.Halbleiterachalter nach einem der Anspruches bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Halbleiterschicht ringförmig in der Nähe des peripheren Bereichs der ersten Hauptfläche angeordnet ist und daß die Oberfläche des Gate-Teils(13a) der dritten Halbleiterschicht bzw. die Oberfläche des ersten Teils (14a) der vierten Halbleiterschicht ringförmig und in Kontakt zueinander im peripheren Bereich der zweiten Hauptfläche ausgebildet sind.

18.Halbleiterschalter nach einem der Ansprüche 6 bis 17 ₁ dadurch gekennzeichnet, daß der dritte Α-Kontakt (23a) und der dritte B-Kontakt (23b) durch das Kontaktmuster miteinander verbunden sind.

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