DE2923693C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Gate-Abschalt-Thyristor gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Ein Gate-Abschalt-Thyristor dieser Art, der nachfolgend kurz als GTO-Thryristor bezeichnet wird, ist in der US 39 14 781 beschrieben. Dieser bekannte GTO-Thyristor weist einen er­ sten Basisbereich des einen Leitungstyps (z. B. p) auf, dessen Oberfläche mit einer Gateelektrode in Kontakt steht. Innerhalb des ersten Basisbereichs ist eine in Form eines Kamms ausgebildeter Kathodenbereich des anderen Lei­ tungstyps vorgesehen, dessen Oberfläche mit einer ent­ sprechend kammförmig gestalteten Kathodenelektrode in Kon­ takt steht. Schließlich ist ein an den ersten Basisbereich angrenzender zweiter Basisbereich des anderen Leitungs­ typs vorgesehen, der an einen Anodenbereich des einen Leitungstyps angrenzt, welcher wiederum mit einer Anodenelektrode in Kontakt steht.

Zum Abschluß eines Leitungsdrahtes an die Kathodenelektrode weist diese einen zusätzlichen, relativ großen Anschlußbe­ reich auf; dies hat jedoch zur Folge, daß beim Abschalten die Stromkonzentration unterhalb des Anschlußbereiches we­ sentlich größer ist als unterhalb der kammförmig gestalteten Bereiche. Es besteht daher die Gefahr, daß die unterhalb des Anschlußbereichs befindlichen Regionen beim Abschalten zerstört werden. Zur Lösung dieses Problems wird daher vor­ geschlagen, dieser gefährdeten Region ein anderes Dotie­ rungsprofil und/oder eine andere Dotierungstiefe zu verlei­ hen. Durch diese Maßnahme wird indes der Herstellungsaufwand infolge der zusätzlichen Dotierungsschritte beträchtlich herausgesetzt; zusätzlich wird der Einschaltwiderstand er­ höht.

Ein weiterer Nachteil dieses bekannten GTO-Thyristors liegt darin, daß der zum Abschalten erforderliche Steuerstrom relativ hoch, d. h. der Abschaltwirkungsgrad relativ niedrig ist. Schließlich ist die Stromtragfähigkeit aufgrund des einzigen, vergleichsweise schmalen Verbindungsstegs vom Ka­ thodenkamm zum Anschlußbereich prinzipbedingt begrenzt.

Aus der DE-OS 14 64 982 ist ein GTO-Thyristor bekannt, der keinen kammförmig gestalteten Kathodenbereich aufweist; hierdurch ist der Abschaltwirkungsgrad deutlich niedriger als bei den gattungsgemäßen GTO-Thyristoren. Um gleichwohl einen befriedigenden Abschaltwirkungsgrad zu erreichen, wird vorgeschlagen, den Emitterwirkungsgrad herabzusetzen, indem u. a. der Anodenbereich mit dem angrenzenden zweiten Basisbe­ reich durch die Anodenelektrode kurzgeschlossen wird.

Gegenstand der US 36 19 738, der Literaturstelle "1977 IEEE/IAS International Semiconductor Power Converter Confe­ rence Records" (Seiten 39 bis 49) sowie der nicht vorveröf­ fentlichten DE-OS 29 06 721 sind jeweils GTO-Thyristoren, bei denen der Kathodenbereich aus mehreren, parallel ange­ ordneten Streifen gebildet ist, wobei sich zwischen diesen Streifen ebenfalls streifenförmige Gateelektroden befinden. Die Kathodenstreifen werden durch eine einzige, darüberlie­ gende Elektrodenplatte verbunden, die mittels einer Isolierschicht von den Gateelektroden elektrisch getrennt ist. Obgleich hierdurch relativ gute Abschaltwirkungsgrade und eine hohe Stromtragfähigkeit erzielbar sind, liegt ein Nachteil darin, daß die Herstellungskosten aufgrund der erforderlichen Isolierschicht gegenüber gattungsgemäßen GTO-Thyristoren deutlich höher sind. Aus der vorgenannten Literaturstelle "1977 IEEE/IAS . . ." ist es auch bekannt, die Anodenbereiche lediglich unterhalb der Kathodenbereiche anzuordnen und in deren Mitte eine längs verlaufende, eine den Anodenbereich mit der Basis kurzschließende Aussparung vorzusehen. Hierdurch soll der Emitterwirkungsgrad herabgesetzt und das Abschaltverhalten verbessert werden.

Schließlich ist aus der US 35 04 242 ein Kombinations- Halbleiterelement bekannt, das sich bis zu einer vorgebbaren Stromstärke wie ein Transistor und oberhalb dieses Werts wie ein Thyristor verhält, womit die jeweiligen Vorteile beider Schaltelemente verbunden werden sollen. Dieses Schaltverhalten wird insbesondere dadurch erreicht, daß der zentrale Bereich dieses "Transistor-Thyristors" im wesentlichen die pnpn-Struktur eines Thyristors aufweist, während der ringförmige äußere Bereich die npn-Struktur ei­ nes Transistors besitzt.

Der Erfindung liegt demgegenüber die Aufgabe zugrunde, einen Gate-Abschalt-Thyristor gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 derart weiterzubilden, daß bei verringer­ tem Herstellungsaufwand sowie bei erhöhtem Ein- und Abschaltwirkungs­ grad eine höhere Stromtragfähigkeit erzielbar ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den im Kennzeich­ nungsteil des Patentanspruchs 1 angegebenen Maßnahmen ge­ löst.

Dadurch, daß beim erfindungsgemäßen GTO-Thyristor der Kamm­ rücken des Kathodenbereichs breiter geformt ist als dessen Kammfinger, ist es möglich, längs dieses Kammrückens einen Anschlußdraht anzubringen; hierdurch besteht zu den strom­ führenden Kammfingern eine hinreichend kurze und breite elektrische Verbindung, was im Gegensatz zu dem weitergebil­ deten GTO-Thyristor eine deutlich höhere Stromtragfähigkeit gestattet. Weiterhin wird mit der erfindungsgemäßen Ausbil­ dung der Gateelektrode ein besserer Ein- und Abschaltwirkungsgrad erzielt. Schließlich erlaubt die spezielle Ausgestaltung des Anodenbereichs innerhalb einer in dem zweiten Basisbereich vorgesehenen zweiten Basisschicht den Verzicht auf die im Stand der Technik erforderliche Änderung des Dotierungspro­ fils, wobei schädliche Stromkonzentrationen nicht nur im Kammrücken, sondern auch in der Mitte der Kammfinger vermieden werden. Da diese Gestaltung des Anodenbereichs vergleichsweise weniger Aufwand benötigt, als die bekannte Änderung des Dotierungsprofils, ist der Herstellungsaufwand insgesamt deutlich niedriger.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Die Erfindung wird im folgenden unter Bezugnahme auf die Zeich­ nung näher erläutert. Im einzelnen zeigt

Fig. 1 eine Vorstufe des GTO-Thyristors,

Fig. 2 eine Verbundansicht der Vierschichtstruktur des GTO- Thyristors nach Fig. 1,

Fig. 3 eine graphische Darstellung des Dotierungsprofils der verschiedenen Bereiche des GTO-Thyristors nach Fig. 1,

Fig. 4 eine vergrößerte Schnittansicht eines einzelnen Kathoden­ kammfingers, des damit verbundenen Anoden­ bereiches sowie der dazwischenliegenden Basisbereiche,

Fig. 5 eine Ansicht ähnlich der nach Fig. 1 einer vollständigen Ausführungsform des GTO-Thyristors und

Fig. 6 eine Ansicht des GTO-Thyristors nach Fig. 5 ähnlich der in Fig. 2.

Der in Fig. 1 gezeigte GTO-Thyristor 10, der eine Vorstufe der Erfindung ist, weist vier Halbleiter­ bereiche abwechselnden Leitungstyps auf. Der Anodenbereich 12 hat in dieser Ausführungsform p-Leitfähigkeit und kann hergestellt werden mittels Diffusion durch eine Maske. Es kann jedoch eine der dargestellten Ausführungsform, analoge Struktur geschaffen wer­ den, bei der der Bereich 12 n-Leitfähigkeit hat, wobei dann ent­ sprechende Änderungen in allen anderen Bereichen des GTO-Thyristors vorgenommen werden.

Der Anodenbereich 12 mit p-Leitfähigkeit wird in dem Basisbereich 14 mit n-Leitfähigkeit gebildet, wobei dieser Basisbereich vorzugs­ weise eine relativ gering dotierte obere Basisschicht 16 auf­ weist, die eine Verunreinigungskonzentration von etwa 10¹⁴ Atome/ cm³ aufweisen kann. Der Basisbereich 14 schließt auch eine stär­ ker dotierte untere Basisschicht 18 ein, deren Verunreinigungs­ konzentration bei etwa 10¹⁷ Atome/cm³ liegen kann. Während also der Basisbereich 14, wie bereits erwähnt, n-Leitfähigkeit auf­ weist, und die geringer dotierte Schicht 16 üblicherweise als n-Typ bezeichnet wird, gibt man dem stärker dotierten Abschnitt 18 die Bezeichnung n⁺-Typ.

Durch Schaffen eines Basisbereiches mit einer stärker dotierten Schicht 18 erhält man gewisse Vorteile. Andere Vorteile kann man jedoch mit Elementen erhalten, deren n-Typ-Basisbereich ein Ver­ unreinigungsprofil aufweist, wie es dadurch erhalten wird, daß man eine ursprünglich n-leitende Scheibe benutzt, in welcher die anderen Bereiche gebildet sein, wie dies bereits beschrieben ist bzw. noch mit Bezug auf Fig. 1 beschrieben werden wird.

Der p-leitende Anodenbereich 12 hat eine im wesentlichen rechteckförmige Gestalt mit einer Vielzahl von langgestreckten Aussparungen 38, die sich von den Kanten des Bereiches zum Zentrum des Bereiches 12 hin erstrecken. Der Anodenbereich 12 bildet somit einen zentralen Kammrückenbereich 13 mit einer Vielzahl sich davon er­ streckender Kammfinger 15.

Über dem n-leitenden Basisbereich 14 liegt der p-leitende Basis­ bereich 20. Dieser Bereich 20 kann durch Ein­ diffusion einer geeigneten Verunreinigung, wie Bor, bis zu einer Verunreinigungskonzentration von etwa 10¹⁷ Atome/cm³ ge­ bildet werden.

Zwei unabhängige Kathodenbereiche 22 und 24 sind im Basisbereich 20 gebildet. Der Bereich 22 ist im wesentlichen ein Spiegelbild des Bereiches 24 und schließt eine relativ breite Kammrückenfläche 26, zu der leicht ein Kontakt hergestellt werden kann, und eine Vielzahl fingerartiger Projektionen 28 a, 28 b, 28 c, 28 d und 28 e ein, die sich von der Kammrückenfläche 26 zum Zentrum des GTO-Thyristors hin erstrecken. Jeder der Kammfinger 28 hat geeigneterweise eine Breite von etwa 300 µm, während der Kammrückenbereich 26 eine Breite von 600 µm aufweist, um das Anbringen eines relativ dicken Drahtes oder dergleichen leicht zu ermöglichen, damit der Bereich 26 eine beträchtliche Menge des Stromes tragen kann, z. B. in der Größenordnung von vielen 10 Amp. Die Bereiche 22 und 24 werden in bekannter Weise am besten durch maskierte Diffusion hergestellt. Elektroden 30 und 32 liegen auf den n-leitenden Kathodenbereichen 22 und 24. Die Elektroden 30 und 32 haben all­ gemein die gleiche Gestalt wie die Bereiche 22 und 24, doch sind sie schmaler. Über dem p-leitenden Basisbereich 20 und eingreifend in die Kathodenbereiche 22 und 24 liegt die Gateelek­ trode 34. Vorzugsweise werden die Kathodenelektroden 30 und 32 und die Gateelektrode 34 gleichzeitig aufgebracht, z. B. durch Aufdampfen einer Metallschicht auf die Oberfläche 36 des GTO- Thyristors 10 unter nachfolgender Bearbeitung zur Bildung der drei Elektroden mittels geeignetem photolithographischem Maskie­ ren und Ätzen. Die Gateelektrode 34 hat vorzugsweise einen seitlichen Abstand von den Grenzen der Kathodenbereiche 22 und 24 von etwa 75 µm. Die Gateelektrode 34 schließt eine Vielzahl sich nach außen erstreckender Finger 36 a, 36 b, 36 c, 36 d, 36 e und 36 f ein, die in die Kathodenfinger 28 und die Kathodenelektroden 30 und 32 eingreifen. Weiter schließt die Gateelektrode 34 einen relativ breiten (verglichen mit den Fingern 36) zentralen Kammrücken­ bereich ein, an dem in bequemer Weise ein Draht angebracht werden kann, sowie einen relativ schmalen äußeren Abschnitt, der die Kathodenbereiche 22 und 24 umgibt.

Die Aussparungen 38 sind unter den Zentren der Kathodenfinger 28 ange­ ordnet und bilden mit Bezug darauf einen kurzgeschlossene Anoden­ struktur. Die Aussparungen 38 erstrecken sich vorzugsweise von einer Linie, die die Zentren der Krümmungsradien der Enden der Katho­ denfinger 28 verbindet, zu einer Linie hin, welche die Zentren der Krümmungsradien der Bereiche zwischen den Kathodenfingern 28 verbindet; sie liegen daher im wesentlichen nur unterhalb der zentralen Abschnitte der Kathodenfinger und nicht unterhalb der Fläche 26.

Der GTO-Thyristor 10 bildet eine Vierschichtstruk­ tur, nur in jenen Bereichen, wo die Katho­ denbereiche 22 bzw. 24, die Basis 20, die Basis 14 und der Anodenbereich 12 verti­ kal, d. h. in Stromflußrichtung gesehen, übereinstimmen.

Fig. 2 zeigt eine Außenlinienansicht desjenigen Abschnittes nach Fig. 1, der durch das Zusammenfallen der Kathodenbe­ reiche 28, des ersten und zweiten Basisbereiches 20 und 14 und des Anodenbereichs 12 definiert ist. Fig. 2 veranschaulicht so­ mit den Teil des ganzen GTO-Thyristors, der im leitenden Zustand ein stromtragender Teil ist. Die stromtragenden Teile 40 a-n und 42 a-n können als in Paaren ab, cd, ef usw. auftretend betrachtet werden, wobei jedes der Paare die Gestalt und die Außenabmessungen der darüberliegenden Katho­ denfinger aufweist, wobei ein zentraler kurzgeschlossener Abschnitt weggelassen ist, der die Gestalt und die Abmessungen des Raumes zwischen den Anodenfingern hat. Die vorgenannte Struktur schließt eine Vielzahl diskreter Vierschichtabschnitte ein, deren jedes Paar mit einem einzelnen Kathodenfinger verbunden ist und deren alle Anteil haben an der Anodenelektrode des GTO-Thyristors. Zur Erleichterung des Vergleiches wird die Breite jedes der Fingerabschnitte, die ein Paar bilden, als die Halb­ breite des Anodenbereichs bezeichnet und hierfür die Abkürzung W be­ nutzt. In einem Gateabschaltmodus, d. h. wenn der GTO-Thyristor in Durch­ laßrichtung leitet und ein Signal an den Gateanschluß gelegt ist, der den GTO-Thyristor abschaltet, ist kein Teil der stromleitenden Fläche physisch in einem weiten Abstand von der Gateelektrode. Es ist besonders wichtig, daß der relativ breite­ re Kammrückenabschnitt des Kathodenbereichs nicht ein stromtragen­ der Teil ist auf Grund der Tatsache, daß sich der Anodenbereich 12 nicht über die Basen der Vielzahl von Fingern jedes Kathodenab­ schnittes hinaus erstreckt. Auf diese Weise ist sichergestellt, daß alle Teile durch Anlegen eines geeignet gepol­ ten Signales an die Gateelektrode abgeschaltet werden und daß ein Zusammenquetschen des Stromes mit großer Zunahme der Strom­ dichte weder unter den Zentren der Kathodenfinger noch unter den Kammrückenabschnitten des Kathodenbereichs auftritt.

Fig. 3 zeigt eine graphische Darstellung der Verunreinigungs­ konzentration der verschiedenen Bereiche des in Fig. 1 gezeigten GTO-Thyristors, wie sie entlang einer Linie A-A durch alle vier Schich­ ten zu erwarten wären, d. h. durch den Kathoden­ bereich, die erste und zweite Basis einschließlich des stärker dotierten Abschnittes der zweiten Basis und den Anodenbereich. Der Kathodenbereich 22 hat eine Oberflächenkonzentration von etwa 10²⁰ Atome/cm³ und eine Tiefe von etwa 14 µm. Die erste Basisschicht 20 hat eine Oberflächenkonzentration von etwa 2 × 10¹⁸ Atome/cm³ an der Oberfläche und eine Kon­ zentration von etwa 2 × 10¹⁷ Atome/cm³ unmittelbar benachbart dem Übergang zwischen dieser ersten Basisschicht und dem Katho­ denbereich. Die erste Basisschicht 20 weist eine Minimaldicke von etwa 37 µm auf. Der Kathodenbereich 22 und der erste Basisbereich 20 können wie üblich durch selektive Diffusion ei­ ner geeigneten Verunreinigung in eine n-leitende Halbleiterschei­ be mit einer Verunreinigungskonzentration von etwa 10¹⁴ Atome/cm³ hergestellt werden. Der stärker dotierte Abschnitt des zweiten Basisbereiches 16 hat eine Oberflächenkonzentration von etwa 10¹⁷ Atome/cm³ und eine Spitzenkonzentration benachbart dem Übergang zum Anodenbereich 12 von etwa 10¹⁶ Atome/cm³. Der Anodenbereich 12 ist p-leitend und hat eine Oberflächenkonzentration von etwa 10¹⁹ Atome/cm³ und eine Tiefe von etwa 12 µm, gemessen von der Bodenoberfläche her.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform geht man von einer n-leitenden Scheibe mit einer Verunreinigungskonzentration von 10¹⁴ Atomen/cm³ aus, die den zweiten Basisbereich mit n-Leit­ fähigkeit umfaßt. Der Abschnitt 18 der zweiten Basisschicht 14 mit n⁺-Leitfähigkeit wird erhalten durch Eindiffundieren einer geeig­ neten Verunreinigung, wie z. B. Phosphor, von der Bodenoberfläche aus, wie es in Fig. 1 gezeigt ist, wobei man bis zu einer Oberflächenkonzentration von gerade weniger als etwa 10¹⁷ Atomen/cm³ diffundiert. Danach wird die p-leitende Basis­ schicht 20 durch Diffusion einer geeigneten Akzeptorverunreinigung, wie z. B. Bor, durch die obere Oberfläche bis zu einer Oberflächenkonzentration von etwa 2 × 10¹⁸ Atomen/cm³ gebil­ det. Geeigneterweise werden Kathodenbereiche 22 und 24 zu­ sammen mit dem Annodenbereich 12 gleichzeitig durch maskier­ te Diffusion von Phosphor bzw. Bor in einer einzigen Diffusions­ stufe hergestellt.

Fig. 4 zeigt eine vergrößerte Schnittansicht eines einzelnen Kathodenfingers und des damit verbundenen Anoden­ bereiches zusammen mit den Basisbereichen dazwischen, um die Wir­ kung des kurzgeschlossenen Anodenbereichs 12 und des stärker do­ tierten Abschnittes 18 der zweiten Basisschicht darzustellen.

Bekannte Elemente mit Gateabschaltung haben sich häufig als schwie­ rig abschaltbar erwiesen. Der Abschaltvorgang schloß ein Zusammenquetschen des Stroms gegen das Zentrum des stromtragenden Abschnittes ein. Dieses Zusammen­ quetschen führt zu sehr hohen Stromdichten im Zentrum der strom­ tragenden Fläche, was den zum Abschalten erforderlichen Gate­ strom erhöhte und im schlimmsten Falle zu einer Zerstörung auf Grund zu großer Stromdichte führen konnte. In ei­ nigen Fällen, in denen nur ungenügend Gatestrom zur Verfügung stand, war kein Abschalten möglich.

Wie leicht ersichtlich, verhindert der Kurzschluß des Anoden­ bereichs 12 durch die Anodenelektrode 17 unter dem Zentrum des Kathodenbereichs 24 die Stromleitung durch den zentralen Ab­ schnitt jedes Kammfingers. Wenn daher der Strom gegen das Zentrum der Finger durch Anlegen eines Abschalt­ signales an das Gate zusammengequetscht wird, dann sind die beim Stand der Technik beobachteten außer­ ordentlich hohen Stromdichten am Auftreten gehindert. Da die An­ odenfinger enden, ohne sich unter das Rückgrat des Katho­ denbereichs zu erstrecken, wird außerdem der Strom nicht in den relativ breiteren Bereich geleitet, der die Abschnitte ein­ schließt, die physisch entfernt liegen von der Gateelektrode und die daher schwierig abzuschalten wären.

Der stärker dotierte Bereich 18 des zweiten Basisbereichs 14 er­ gibt weitere Vorteile. Der Hal­ testrom eines GTO-Thyristors ist umgekehrt proportional dem Schichtwiderstand des n⁺-leitenden Abschnittes des zweiten Ba­ sisbereichs 18 und direkt proportional zur Injektionsspannung. Da die Injektionsspannung in der Größenordnung von 0,7 Volt im wesentlichen konstant ist, kann man den Haltestrom dadurch ein­ stellen, daß man den Schichtwiderstand variiert, der seinerseits durch Modifizieren der Verunreinigungskonzentration der n⁺-lei­ tenden Schicht 18 variiert werden kann. Es wurde festgestellt, daß Verunreinigungskonzentrationen im Bereich von 10¹⁶ bis 10¹⁸ Atomen/cm³ einen Bereich des Schichtwiderstandes ergeben, der brauchbar ist. Während der genannte bevorzugte Bereich der Verunreinigungskon­ zentration besonders brauchbar ist, kann man auch etwas außerhalb dieses Bereiches gehen, ohne die Vorteile der hier beschriebenen besonderen Struktur zu ver­ mindern. Im allgemeinen ergibt eine Erhöhung des Schichtwider­ standes eine höhere Geschwindigkeit, ein rascheres und leichteres Abschalten, dies jedoch etwas auf Kosten des Durchlaßspannungs­ abfalles, d. h. der Durchlaßspannungsabfall nimmt ebenso zu wie die Sättigungsspannung und die zum Triggern des Gates erforder­ liche Spannung. Indem man nur den Schichtwiderstand der n⁺-lei­ tenden Schicht 18 variiert, können gemäß der vorliegenden Erfin­ dung GTO-Thyristoren geschaffen werden, deren Eigenschaften für besondere Anwendungen optimal sind, ohne daß bedeutsame Veränderungen in der physischen Struktur erforderlich sind.

In Fig. 5 ist die erfindungsgemäße Ausführungsform des GTO-Thyristors gezeigt, die überbrückende Be­ reiche einschließt, um eine Kupplung zwischen den stromtragenden Bereichen zu schaffen und sicherzustellen, daß für den Fall, bei dem das Anschalten zuerst an einer oder mehreren isolierten Stellen der leitenden Vierschichtstruktur stattfindet, dieses Anschalten sich gleichförmig durch den stromtragenden Ab­ schnitt des Elementes ausbreitet. Zu diesem Zweck erstrecken sich Vorsprünge 52 von den Enden der Finger 15 des Anoden­ bereichs 12 unter die Kammrückenabschnitte der Kathodenbe­ reiche 24 und 26. Die Radien R der vorspringenden Bereiche gemäß der bevorzugten Ausführungsform sind etwas größer als die Krümmungsradien r der Verbindung der Katho­ denfinger 24 und des Kammrückenbereichs 26. Auf diese Weise werden leitende Vierschichtbereiche 56 und 60 gebildet (siehe Fig. 6), die eine Vielzahl von verbundenen stromtragenden Bereichen einschließen, die wirksam sind bei der Ausbreitung des Stroms zwischen den verschiedenen Bereichen für den Fall, daß einer oder mehrere der Bereiche vor den anderen anschaltet.

Gemäß der obigen Ausführungsform sind die Krümmungsradien R der vorspringenden Bereiche 52 so ausge­ wählt, daß sich eine Breite in der leitenden Vierschichtstruktur ergibt, die geringer ist als die Anodenhalbbreite W. Auf diese Weise ist sichergestellt, daß während des Abschaltens solche Abschnitte der stromtragenden Struktur des Elementes, die unter den Kammrückenbereichen der Kathodenemitter 22 und 24 liegen, min­ destens so leicht abgeschaltet werden wie diejenigen stromtragenden Abschnitte, die unter dem Kammfinger liegen.

Es ist ein weiteres Merkmale der überbrückenden Bereiche 54, 58, daß die Diskontinuität der Anschaltcharakteristik, die häufig bei durch Gatesignal abgeschalteten GTO-Thyristoren nach dem Stande der Technik auftreten, beträchtlich vermindert werden. Dies ist das Ergebnis der verschiedenen stromtragenden Bereiche, die bis­ her diskret gewesen sind und nur durch die Anodenelektrode ver­ bunden waren, die bei der vorliegenden Erfindung jedoch durch die überbrückenden Bereiche 54, 58, die stromtragende Vierschicht­ bereiche sind, verbunden sind und dadurch sicherstellen, daß kon­ tinuierliche Anschaltcharakteristika geschaffen werden.

Claims (4)

1. Gate-Abschalt-Thyristor (GTO) mit einem ersten Basisbe­ reich (20) des einen Leitungstyps (p), dessen Oberflä­ che mit einer Gateelektrode (34) in Kontakt steht, einem innerhalb des ersten Basisbereichs in Form eines Kamms aus­ gebildeten Kathodenbereich (22) des anderen Leitungs­ typs (n), dessen Oberfläche mit einer entsprechend kammför­ mig gestalteten Kathodenelektrode (30) in Kontakt steht, sowie mit einem an den ersten Basisbereich (20) angrenzenden zweiten Basisbereich (16, 18) des anderen Leitungstyps (n), der an einen Anodenbereich (12) des einen Leitungs­ typs (p) angrenzt, welcher mit einer Anodenelektrode (17) in Kontakt steht, dadurch gekennzeichnet, daß

• 1. die Gateelektrode (34) in Form eines Kamms ausgebildet ist, dessen Kammfinger berührungsfrei in die entsprechen­ den Kammfinger der Kathodenelektrode (30) eingreifen,
• 2. der Kammrücken (26) des Kathodenbereichs (22) breiter geformt ist als dessen Kammfinger (28),
• 3. der zweite Basisbereich aus zwei übereinanderliegenden Basisschichten (16, 18) gebildet ist, wobei die zweite Ba­ sisschicht (18) eine relativ höhere Leitfähigkeit (n⁺) als die erste Basisschicht (16) aufweist, und daß
  • 4.1. der Anodenbereich (12) innerhalb der zweiten Basis­ schicht (18) in Form eines Kamms ausgebildet ist, wobei
  • 4.2. sein Kammrückenbereich (13) - in Stromflußrichtung ge­ sehen - den Kammrücken der Gateelektrode (34) überlappt,
  • 4.3. während die Länge seiner Kammfinger (15) so bemessen ist, daß die Kammfinger (28 a bis 28 e) des Kathodenbereichs (22) überlappt sind,
  • 4.4. wobei die zwischen den Kammfingern (15) des Anodenbe­ reichs (12) befindlichen Aussparungen (38) in der Mitte des jeweiligen Überlappungsgebiets mit dem Kathodenbereich (22) verlaufen und schmaler als dessen Kammfinger sind,
  • 4.5. wobei die Endbereiche der Kammfinger (15) des Anoden­ bereichs (12) derart geformt sind, daß die jeweils zwei benachbarte Kammfinger (28) verbindenden Kammrückenbereiche (54 a bis 54 e, 58 a bis 58 e) des Kathodenbereichs (22) in ei­ nem geringen, zur Kopplung zwischen den stromtragenden Bereichen ausreichenden Maße überlappt sind,
• 5. und wobei die Anodenelektrode (17) den Anodenbereich an dessen Grenzflächen mit der zweiten Basisschicht (18) kurz­ schließt.

2. Gate-Abschalt-Thyristor nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Kammfinger (28 a bis 28 e) des Kathodenbe­ reichs (22) jeweils in einem Bogen zum Kammrücken (26) hin auslaufen und daß die den Kammrücken überlappenden End­ bereiche der Kammfinger (15) des Anodenbereichs (12) bogen­ förmig derart ausgebildet sind, daß sich halbringförmige Überlappungsbereiche (54 a bis 54 e, 58 a bis 58 e) bilden.

3. Gate-Abschalt-Thyristor nach Anspruch 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Breite der den Kammrücken überlappenden Endbereiche der Kammfinger (15) des Anodenbereichs (12) kleiner gewählt ist als die Breite der jeweils überlappten Hälfte der Kammfinger (28 a bis 28 e) des Kathodenbereichs (22).

4. Gate-Abschalt-Thyristor nach einem der vorangehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Gateelektrode (34) in Form eines Doppelkamms ausgebildet ist, der einen zentralen Kammrücken aufweist, von dem aus sich die Kammfin­ ger in beide Richtungen erstrecken, und daß die Kathoden­ elektrode (30) sowie der von ihr kontaktierte Kathodenbe­ reich (22) aus zwei Kämmen gebildet sind, die jeweils von außen in den zwischen ihnen befindlichen Doppelkamm ein­ greifen.