JP2012244054A - Thyristor - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、サイリスタに関する。 The present invention relates to a thyristor.
一般的なサイリスタの概略構成図を図8に示す。図8において、サイリスタ400は、低不純物濃度のn型半導体基板404の一方の表面近傍に、高不純物濃度のp型半導体領域406が形成されている。p型半導体領域406の表面近傍には、n型半導体基板404より不純物濃度の高いn型半導体領域407−1〜407−3がカソード電極Kと接合して形成され、p型半導体領域406より不純物濃度の高いp型半導体領域410がゲート電極Gと接合して形成されている。
また、n型半導体基板404の他方の表面側にp型半導体領域406と同等の不純物濃度のp型半導体層403が形成され、p型半導体層403の表面近傍には、p型半導体領域403より不純物濃度の高いp型半導体領域402がアノード電極Aと接合して形成されている。また、サイリスタ400の両側には、p型半導体領域410と同等の不純物濃度のp型半導体のアイソレーション405が形成されている(例えば、特許文献1参照)。なお、図8において、左右方向をx軸方向、積層方向をy軸方向とする。
FIG. 8 shows a schematic configuration diagram of a general thyristor. In FIG. 8, a
In addition, a p-
図8に示すように、n型半導体領域407−1〜407−3のx軸方向の各幅は、L411〜L413である。また、n型半導体領域407−1とn型半導体領域407−2とは、互いに距離L421だけ離間して形成されている。n型半導体領域407−2とn型半導体領域407−3とは、互いに距離L422だけ離間して形成されている。
さらに、p型半導体領域410は、p型半導体領域410の表面近傍でゲート電極Gと連続して接するように形成されている。p型半導体領域410のx軸方向の幅は、ゲート電極Gの幅と同じL431である。
As shown in FIG. 8, the widths in the x-axis direction of the n-type semiconductor regions 407-1 to 407-3 are L411 to L413. The n-type semiconductor region 407-1 and the n-type semiconductor region 407-2 are formed to be separated from each other by a distance L421. The n-type semiconductor region 407-2 and the n-type semiconductor region 407-3 are formed to be separated from each other by a distance L422.
Further, the p-
このような構成の一般的なサイリスタ400において、アノード電極Aとカソード電極K間には、電圧源V1と抵抗R1により順方向電圧を印加する。そして、電圧源V2と抵抗R2により、ゲート電極Gに正の雪崩開始電圧以下の電圧を印加すると、サイリスタ400はオフの状態となり、ゲート電極Gに正の雪崩開始電圧以上の電圧を印加すると、サイリスタ400はオンの状態となる。
しかしながら、従来技術によるサイリスタ400をスイッチとして用いる場合、オンオフ状態を制御するゲート電流Igを制御するために、ゲート電極Gとカソード電極K間に印加電圧源V2と、電流制御用の抵抗R2を接続する必要があった。この抵抗R2の値を用途に応じて選択することで、ゲート電流Igを制御していた。
In the
However, when the
本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであって、ゲート電極の接触抵抗の値を制御できるサイリスタを提供することを目的としている。 The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide a thyristor capable of controlling the value of contact resistance of a gate electrode.
上記目的を達成するため、本発明は、第1導電型半導体基板の一方の表面近傍に第1の第2導電型半導体領域が形成され、前記第1の第2導電型半導体領域の表面近傍にカソード電極と接合する第1導電型半導体領域およびゲート電極と接合する第2の第2導電型半導体領域が形成され、前記第1導電型半導体基板の他方の表面近傍にアノード電極と接合する第3の第2導電型半導体基板が形成されたサイリスタにおいて、前記ゲート電極と前記第2の第2導電型半導体領域とが接合してオーミック接触を形成し、前記ゲート電極と前記第1の第2導電型半導体領域とが接合して非オーミック接触を形成することを特徴としている。 In order to achieve the above object, according to the present invention, a first second conductivity type semiconductor region is formed in the vicinity of one surface of a first conductivity type semiconductor substrate, and in the vicinity of the surface of the first second conductivity type semiconductor region. A first conductive type semiconductor region bonded to the cathode electrode and a second second conductive type semiconductor region bonded to the gate electrode are formed, and a third bonded to the anode electrode in the vicinity of the other surface of the first conductive type semiconductor substrate. In the thyristor formed with the second conductivity type semiconductor substrate, the gate electrode and the second second conductivity type semiconductor region are joined to form an ohmic contact, and the gate electrode and the first second conductivity type are formed. A non-ohmic contact is formed by bonding with a type semiconductor region.
また、本発明に係るサイリスタにおいて、前記カソード電極と接合する第1導電型半導体領域は、前記カソード電極の幅と同じ幅に連続して形成されているようにしてもよい。 In the thyristor according to the present invention, the first conductivity type semiconductor region joined to the cathode electrode may be continuously formed in the same width as the width of the cathode electrode.
また、本発明に係るサイリスタにおいて、前記第2の第2導電型半導体領域は、複数の前記オーミック接触する領域が、前記非オーミック接触の領域と交互に形成されているようにしてもよい。 In the thyristor according to the present invention, the second second-conductivity-type semiconductor region may be formed such that a plurality of the ohmic contact regions are alternately formed with the non-ohmic contact regions.
また、本発明に係るサイリスタにおいて、前記第2の第2導電型半導体領域は、等間隔で形成されているようにしてもよい。 In the thyristor according to the present invention, the second second conductivity type semiconductor regions may be formed at equal intervals.
また、本発明に係るサイリスタにおいて、前記第2の第2導電型半導体領域は、前記複数の前記オーミック接触する領域の不純物濃度が等しく形成されているようにしてもよい。 In the thyristor according to the present invention, the second second conductivity type semiconductor region may be formed such that the plurality of regions in ohmic contact have the same impurity concentration.
本発明によれば、ゲート電極と第1の第2導電型半導体領域より不純物濃度が高い第2の第2導電型半導体領域とが接合してオーミック接触が形成される領域と、ゲート電極と第1の第2導電型半導体領域とが接合して非オーミック接触が形成される領域とを設けた。これにより、ゲート電極と第2の第2導電型半導体領域との接合部はオーミック接触が実現され、ゲート電極と第1の第2導電型半導体領域との接合部は非オーミック接触が実現される。このため、オーミック接触が実現されるゲート電極と第2の第2導電型半導体領域との接触面積と、非オーミック接触が実現されるゲート電極と第1の第2導電型半導体領域との接触面積とを調整して形成することで、ゲート電極の接触抵抗の値を制御できる。この結果、従来技術で必要であったゲート電流調整用の抵抗が不要になる。
また、本発明によれば、カソード電極に接合する第1導電型半導体層をカソード電極Kと同じ幅で連続させて形成した。これにより、カソード電極Kからアノード電極へ電荷が移動する面積を大きくでき、カソード電極とアノード電極間の電流が流れやすくなる。この結果、オン抵抗VTを低くすることができる。
According to the present invention, the gate electrode and the second second conductivity type semiconductor region having an impurity concentration higher than that of the first second conductivity type semiconductor region are joined to form an ohmic contact; And a region where a non-ohmic contact is formed by bonding to the first second conductivity type semiconductor region. Thereby, ohmic contact is realized at the junction between the gate electrode and the second second conductivity type semiconductor region, and non-ohmic contact is realized at the junction between the gate electrode and the first second conductivity type semiconductor region. . Therefore, the contact area between the gate electrode and the second second conductivity type semiconductor region where the ohmic contact is realized, and the contact area between the gate electrode and the first second conductivity type semiconductor region where the non-ohmic contact is realized. As a result, the contact resistance value of the gate electrode can be controlled. As a result, the gate current adjusting resistor required in the prior art becomes unnecessary.
In addition, according to the present invention, the first conductive semiconductor layer bonded to the cathode electrode is formed continuously with the same width as the cathode electrode K. As a result, the area in which charges move from the cathode electrode K to the anode electrode can be increased, and the current between the cathode electrode and the anode electrode can easily flow. As a result, the on-resistance VT can be lowered.
以下、図面を用いて本発明の実施形態について詳細に説明する。また、以下の図面においては、各構成をわかりやすくするために、実際の構造と各構造における縮尺等が異なっている。
図1は、本実施形態に係るサイリスタ1の断面構成図である。なお、図1において、左右方向をx軸方向、積層方向をy軸方向とする。
図1において、p型半導体基板12は、不純物濃度が高濃度となるように形成されている。p型半導体基板12の不純物濃度は、例えば、2×1019[cm−3]である。p型半導体基板12の厚みは、例えば、10[μm]である。また、p型半導体基板12は、表面近傍でアノード電極22に接合されている。なお、p型半導体基板12の不純物濃度が高いため、アノード電極22との接触抵抗値が小さい。このため、p型半導体基板12とアノード電極22とは、オーミック接触している。
裏面p型半導体基板13は、不純物濃度が高濃度となるようにp型半導体基板12の一方の表面側に形成されている。裏面p型半導体基板13の不純物濃度は、例えば、1×1018[cm−3]〜1×1020[cm−3]である。裏面p型半導体層13の厚みh1は、例えば、30〜40[μm]である。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. Moreover, in the following drawings, in order to make each structure easy to understand, the actual structure is different from the scale in each structure.
FIG. 1 is a cross-sectional configuration diagram of a
In FIG. 1, the p-
The back surface p-
n型半導体基板14(第1導電型半導体基板)は、裏面p型半導体基板13の一方の表面側に、不純物濃度が低濃度となるように形成されている。n型半導体基板14の不純物濃度は、例えば、1×1013[cm−3]〜1×1016[cm−3]である。n型半導体基板14の表面までの厚みh2は、例えば、160〜170[μm]であり、n型半導体基板14内に形成されているp型半導体領域16までの厚みh3は、例えば、120[μm]である。
The n-type semiconductor substrate 14 (first conductivity type semiconductor substrate) is formed on one surface side of the back surface p-
p型半導体領域16(第1の第2導電型半導体領域)は、n型半導体基板14内の表面近傍に、不純物濃度が高濃度となるように形成され、このp型半導体領域16はアノード電極22と反対の表面と接している。p型半導体領域16の不純物濃度は、例えば、1×1017[cm−3]〜1×1019[cm−3]である。また、p型半導体領域16の厚みh4は、例えば、40[μm]である。
The p-type semiconductor region 16 (first second-conductivity-type semiconductor region) is formed near the surface in the n-
n型半導体領域17(第1導電型半導体領域)は、p型半導体領域16内の表面近傍に、不純物濃度がn型半導体基板14より高濃度となるように形成されている。n型半導体領域17の不純物濃度は、例えば、1×1019[cm−3]〜1×1020[cm−3]である。n型半導体領域17の厚みは、例えば20[μm]である。n型半導体領域17は、p型半導体領域16の表面近傍でカソード電極20に接合されている。また、n型半導体領域17の不純物濃度が高いため、カソード電極20との接触抵抗値が小さい。このため、n型半導体領域17とカソード電極20とは、オーミック接触している。
The n-type semiconductor region 17 (first conductivity type semiconductor region) is formed near the surface in the p-
p型半導体領域18−1〜18−3(第2の第2導電型半導体領域)は、p型半導体領域16内の表面近傍に、不純物濃度がp型半導体領域16より高濃度となるように形成されている。p型半導体領域18−1〜18−3の不純物濃度は、例えば、1×1019[cm−3]〜1×1020[cm−3]である。p型半導体領域18の厚みは、例えば10[μm]である。また、p型半導体領域18−1〜18−3は、互いに離れて形成されている。p型半導体領域18−1〜18−3は、p型半導体領域16の表面近傍でゲート電極21に接合されている。また、p型半導体領域18−1〜18−3の不純物濃度が高いため、ゲート電極21との接触抵抗値が小さい。このため、p型半導体領域18−1〜18−3とゲート電極21とは、オーミック接触している。
また、n型半導体領域17とp型半導体領域18とは、互いに離れて形成されている。なお、以下、p型半導体領域18−1〜18−3を総称して、p型半導体領域18という。
The p-type semiconductor regions 18-1 to 18-3 (second second-conductivity-type semiconductor regions) have an impurity concentration higher than that of the p-
The n-
また、サイリスタ1の両側には、不純物濃度がp型半導体層13より高濃度のp型半導体によるアイソレーション15が形成されている。
Further, on both sides of the
次に、p型半導体領域18−1〜18−3の配置について図2を用いて説明する。図2は、本実施形態に係るp型半導体領域16の断面構成図である。図2において、左右方向をx軸方向、上下方向(半導体層の積層方向)をy軸方向とする。
図2に示すように、p型半導体領域18−1のx軸方向の幅は、L1である。p型半導体領域18−1は、破線丸101で示した領域である表面近傍で、ゲート電極21とオーミック接触が形成されている。
Next, the arrangement of the p-type semiconductor regions 18-1 to 18-3 will be described with reference to FIG. FIG. 2 is a cross-sectional configuration diagram of the p-
As shown in FIG. 2, the width of the p-type semiconductor region 18-1 in the x-axis direction is L1. The p-type semiconductor region 18-1 is in ohmic contact with the
同様に、p型半導体領域18−2のx軸方向の幅は、L2である。p型半導体領域18−2は、破線丸102で示した領域である表面近傍で、ゲート電極21とオーミック接触が形成されている。また、p型半導体領域18−1とp型半導体領域18−2とは、互いに距離L4だけ離間して形成されている。
また、p型半導体領域18−1とp型半導体領域18−2とが離間されている破線丸111で示した領域は、p型半導体領域16とゲート電極21とにより非オーミック接触が形成されている。
Similarly, the width in the x-axis direction of the p-type semiconductor region 18-2 is L2. The p-type semiconductor region 18-2 is in ohmic contact with the
Further, in the region indicated by the broken-
同様に、p型半導体領域18−3のx軸方向の幅は、L3である。p型半導体領域18−3は、破線丸103で示した領域である表面で近傍で、ゲート電極21とオーミック接触が形成されている。また、p型半導体領域18−2とp型半導体領域18−3とは、互いに距離L5だけ離間して形成されている。
また、p型半導体領域18−2とp型半導体領域18−3とが離間されている破線丸112で示した領域は、p型半導体領域16とゲート電極21とにより非オーミック接触が形成されている。
Similarly, the width in the x-axis direction of the p-type semiconductor region 18-3 is L3. The p-type semiconductor region 18-3 is in the vicinity of the surface, which is the region indicated by the dashed
Further, in the region indicated by the broken-
n型半導体領域17のx軸方向の幅は、L7である。n型半導体領域17は、カソード電極Kと同じ幅で連続させて形成されている。このn型半導体領域17とp型半導体領域18−1とは、互いに距離L8だけ離間して形成されている。
The width of the n-
このように、ゲート電極21にオーミック接触している領域と非オーミック接触する領域を形成した場合、従来技術のようにゲート電極に不純物濃度の高いp型半導体領域を連続して形成した場合の接触抵抗値より大きな接触抵抗値となる。この接触抵抗の成分は、p型半導体領域18−1とp型半導体領域18−2との間に形成されている非オーミック接触の幅L4に基づく抵抗値r1と、p型半導体領域18−2とp型半導体領域18−3との間に形成されている非オーミック接触の幅L5に基づく抵抗値r2との並列抵抗であるとみなせる。非オーミック接触による抵抗分は、ゲート電極21とカソード電極20との間に流れる電流に対する抵抗分であるため、従来技術で使用していた電流制御用の抵抗R2(図8)として用いることができる。そして、上述したように、この抵抗分は、p型半導体領域18の数と間隔により、接触抵抗値を調整できる。このため、サイリスタ1の用途に応じて、p型半導体領域18の数と間隔とを予め設計時にシミュレーションや実験により求めて設計することで、ゲート電極21とカソード電極20間に流れる電流制御用の抵抗を制御することができる。
As described above, when the region in ohmic contact with the
また、図2において、p型半導体領域18−1〜18−3の各幅L1〜L3、p型半導体領域18−1と18−2との距離L4、およびp型半導体領域18−2と18−3との距離L5の合計の長さはL6であり、ゲート電極21の幅と同じである。しかしながら、合計の長さL6とゲート電極21の幅は同じでなくともよく、ゲート電極21の幅が、合計の長さL6より長くなるように形成されるようにしてもよい。
また、p型半導体領域18−1〜18−3の各幅L1〜L3は、サイリスタ1の用途に応じて、全て同じ幅でもよく、あるいは、異なる幅でもよい。また、幅L1〜L3を異なるように形成する場合、例えば、幅L1が幅L2より長く、幅L2が幅L3より長く形成するようにしてもよい。あるいは、幅L1が幅L2より長く、幅L3が幅L2より長く形成するようにしてもよい。
同様に、p型半導体領域18−1と18−2との距離L4、およびp型半導体領域18−2と18−3との距離L5もサイリスタ1の用途に応じて、同じ距離でも異なる距離に形成してもよい。
Further, in FIG. 2, the widths L1 to L3 of the p-type semiconductor regions 18-1 to 18-3, the distance L4 between the p-type semiconductor regions 18-1 and 18-2, and the p-type semiconductor regions 18-2 and 18 The total length of the distance L5 from −3 is L6, which is the same as the width of the
Further, the widths L1 to L3 of the p-type semiconductor regions 18-1 to 18-3 may all be the same width or may be different widths depending on the use of the
Similarly, the distance L4 between the p-type semiconductor regions 18-1 and 18-2 and the distance L5 between the p-type semiconductor regions 18-2 and 18-3 are the same or different distances depending on the use of the
ゲート電極21に正の電圧を印加すると、n型半導体基板14とp型半導体層16との間にできる空乏層へ、ゲート電極21と接して形成されているp型半導体領域18からのホールが注入される。例えば、図2のp型半導体領域18−1〜18−3の幅L1〜L3を合計した幅の1つのp型半導体領域18を形成した場合、ゲート電極への正の電圧印加時、p型半導体領域16内に、この1つのp型半導体領域18に対する空乏層が形成される。このため、ゲート電極21と接して形成されている1つのp型半導体領域18からホールが注入される。
一方、p型半導体領域18−1〜18−3を、図2のように、距離L4、L5離間して、オーミック接触と非オーミック接触を交互に形成した場合、p型半導体領域18−1〜18−3は、ゲート電極21のx軸方向に対して分散して形成されている。この場合、ゲート電極への正の電圧印加時、p型半導体領域16内に、ゲート電極21のx軸方向全体に空乏層が形成される効果がある。さらに、1つp型半導体領域18を形成した場合に比べて、ゲート電極21のx軸方向全体からホールが注入される効果がある。
When a positive voltage is applied to the
On the other hand, when the p-type semiconductor regions 18-1 to 18-3 are separated from each other by the distances L4 and L5 and the ohmic contact and the non-ohmic contact are alternately formed as shown in FIG. 18-3 are formed in a distributed manner with respect to the x-axis direction of the
図3は、本実施形態に係るサイリスタ1の平面図である。なお、図1および図2の断面図は、図3のA−A線の断面図である。図3において、左右方向をx軸方向、積層方向をy軸方向、上下方向をz軸方向とする。
図3に示すように、p型半導体領域18−1は、x軸方向に辺201と202を有し、辺201と202は直線である。同様に、p型半導体領域18−2は、x軸方向に辺203と204を有し、辺203と204は直線である。同様に、p型半導体領域18−3は、x軸方向に辺205と206を有し、辺205と206は直線である。すなわち、p型半導体領域18−1〜18−3は、島状に離間間隔L4とL5で形成されている。
図3に示したように、p型半導体領域18−1〜18−3のxz平面から見た面積は、各々異なっていてもよく、あるいは同じでもよい。
FIG. 3 is a plan view of the
As shown in FIG. 3, the p-type semiconductor region 18-1 has
As shown in FIG. 3, the areas of the p-type semiconductor regions 18-1 to 18-3 viewed from the xz plane may be different or the same.
図4は、本実施形態に係るサイリスタ1bの平面図である。なお、図1および図2の断面図は、図4のA−A線の断面図である。図4において、左右方向をx軸方向、上下方向をz軸方向、積層方向をy軸方向とする。また、図4において、カソード電極20とゲート電極21は省略している。
図4に示すように、サイリスタ1bは、p型半導体領域16内の表面近傍に、不純物濃度が高濃度となるようにp型半導体領域18−1’〜18−3’が各々形成されている。p型半導体領域18−1’〜18−3’の不純物濃度は、図1と同様である。
図3との差異は、p型半導体領域18−1’〜18−3’の形状である。すなわち、図4に示すように、p型半導体領域18−1’は、x軸方向に辺211と212を有し、辺211と212は曲線である。同様に、p型半導体領域18−2’は、x軸方向に辺213と214を有し、辺213と214は曲線である。同様に、p型半導体領域18−3’は、x軸方向に辺215と216を有し、辺215と216は曲線である。
この場合においても、p型半導体領域18−1’〜18−3’のxz平面から見た面積は、各々異なっていてもよく、あるいは同じでもよい。
FIG. 4 is a plan view of the
As shown in FIG. 4, in the
The difference from FIG. 3 is the shape of the p-type semiconductor regions 18-1 ′ to 18-3 ′. That is, as shown in FIG. 4, the p-type semiconductor region 18-1 ′ has
Also in this case, the areas of the p-type semiconductor regions 18-1 ′ to 18-3 ′ viewed from the xz plane may be different or the same.
図5(a)と図5(b)は、本実施形態に係るサイリスタ1cと1c’の平面図である。なお、図1および図2の断面図は、図5のA−A線の断面図である。図5において、左右方向をx軸方向、積層方向をy軸方向、上下方向をz軸方向とする。また、図5において、カソード電極20とゲート電極21は省略している。
図5(a)に示すように、サイリスタ1cは、p型半導体領域16内に、不純物濃度が高濃度となるようにp型半導体領域18−1’’〜18−5’’が各々形成されている。p型半導体領域18−1’’〜18−5’’の不純物濃度は、図1と同様である。
図3と図4との差異は、p型半導体領域18−1’’〜18−3’’の形状である。すなわち、図5に示すように、p型半導体領域18−1’’〜18−3’’は、各々円形である。
この場合においても、p型半導体領域18−1’’〜18−5’’のxz平面から見た面積は、各々異なっていてもよく、あるいは同じでもよい。
FIGS. 5A and 5B are plan views of the
As shown in FIG. 5A, in the
The difference between FIG. 3 and FIG. 4 is the shape of the p-type semiconductor regions 18-1 ″ to 18-3 ″. That is, as shown in FIG. 5, the p-type semiconductor regions 18-1 ″ to 18-3 ″ are each circular.
Also in this case, the areas of the p-type semiconductor regions 18-1 ″ to 18-5 ″ viewed from the xz plane may be different or the same.
図5(b)は、図5(a)におけるp型半導体領域18の形状の変形例である。
図5(b)に示すように、サイリスタ1c’は、p型半導体領域16内の表面近傍に、不純物濃度が高濃度となるようにp型半導体領域18’が形成されている。そして、このp型半導体領域18’は、p型半導体領域16がゲート端子21と非オーミック接触を形成するように、例えば筒状の貫通穴16−1〜16−5が形成されている。このように、p型半導体領域16内の表面近傍に、ゲート電極21の下面にp型半導体領域18’を形成した後、p型半導体領域18’をy軸方向に貫通する貫通孔16−1〜16−5を形成するようにしてもよい。
この場合においても、貫通穴16−1〜16−5のxz平面から見た面積は、各々異なっていてもよく、あるいは同じでもよい。
FIG. 5B is a modification of the shape of the p-
As shown in FIG. 5B, in the
Also in this case, the areas of the through holes 16-1 to 16-5 viewed from the xz plane may be different or the same.
図6(a)と図6(b)は、本実施形態に係るp型半導体領域18の他の形状の断面図である。なお、図6において、左右方向をx軸方向、積層方向をy軸方向とする。
図1において、断面図で見た場合、p型半導体領域18の形状が長方形の例を説明したがこれに限られない。例えば、図6(a)と図6(b)のように、p型半導体領域18の先端部が、ゲート電極21からy軸方向に向かって小さくなるような形状でも良く、あるいは先端部が大きくなるような形状であってもよい。
さらに、図6(a)と図6(b)において、p型半導体領域18の3つの形状は、同一であってもよく、異なっていてもよい。
6A and 6B are cross-sectional views of other shapes of the p-
In FIG. 1, an example in which the shape of the p-
Further, in FIG. 6A and FIG. 6B, the three shapes of the p-
図7(a)〜図7(c)は、本実施形態に係るp型半導体領域18の他の形状の平面図である。なお、図7において、左右方向をx軸方向、積層方向をy軸方向、上下方向をz軸方向とする。
図7(a)のxz平面におけるレイアウト図のように、渦巻き状を含む一筆書きで形成してもよい。また、p型半導体領域18のxz平面における形状は、図7(b)のようにH状または王状、図7(c)のように同心状に所定の離間間隔で形成してもよい。すなわち、x軸方向の所定の位置の断面において、ゲート電極21とp型半導体領域18とによるオーミック接触する領域と、ゲート電極21とp型半導体領域16とによる非オーミック接触する領域とが形成さればよい。
FIG. 7A to FIG. 7C are plan views of other shapes of the p-
As shown in the layout diagram in the xz plane of FIG. 7A, it may be formed with a single stroke including a spiral shape. Further, the shape of the p-
以上のように、本発明によれば、ゲート電極21とp型半導体領域16より不純物濃度が高いp型半導体領域18とが接合してオーミック接触が形成される領域と、ゲート電極21とp型半導体領域16とが接合して非オーミック接触が形成される領域とを設けた。
これにより、ゲート電極21とp型半導体領域18との接合部はオーミック接触が実現され、ゲート電極21とp型半導体領域16との接合部は非オーミック接触が実現される。このため、オーミック接触が実現されるゲート電極21とp型半導体領域18との接触面積と、非オーミック接触が実現されるゲート電極21とp型半導体領域16との接触面積とを調整して形成することで、ゲート電極21の接触抵抗の値を制御できる。この結果、図8の従来技術で必要であったゲート電流Ig調整用の抵抗R2が不要になる。
As described above, according to the present invention, the
Thereby, an ohmic contact is realized at the junction between the
さらに、上記の構成による従来のサイリスタ1において、アノード電極22とカソード電極20間に順方向電圧を印加し、さらにゲート電極21に正の電圧を印加すると、n型半導体基板14とp型半導体層16との間にできる空乏層へ、ゲート電極21と接して形成されているp型半導体領域18からのホールが注入される。このため、空乏層が狭くなり、アノード電極22からカソード電極20に電流が流れる。このゲート電流値に応じてブレークオーバー点孤が発生し、そして、ブレークオーバー点孤によるON状態でアノード電極22とカソード電極20間にオン電圧VTが発生する。
本実施形態では、カソード電極20に接合するn型半導体領域17をカソード電極20と同じ幅で連続させて形成した。これにより、カソード電極20からアノード電極22へ電荷が移動する面積を大きくでき、カソード電極20とアノード電極22間の電流が流れやすくなる。この結果、オン抵抗VTを低くすることができる。
Further, in the
In this embodiment, the n-
なお、本発明は係る実施形態に限定されず、その技術思想の範囲内で種々の変更が可能である。例えば、本実施形態では、pnpn型サイリスタの例を説明したが、不純物基板及び領域のp型、n型を入れ替えたnpnp型サイリスタにおいても同一の効果が得られる。この場合、ゲート電極に負の電流を付加することでオンまたはオフ状態を制御する。 In addition, this invention is not limited to the embodiment which concerns, A various change is possible within the range of the technical thought. For example, in the present embodiment, an example of a pnpn type thyristor has been described. However, the same effect can be obtained even in an npnp type thyristor in which the p type and n type of the impurity substrate and region are interchanged. In this case, the on or off state is controlled by applying a negative current to the gate electrode.
なお、本実施形態では、図2に示したように、p型半導体領域18を、3つ形成する例を説明したが、p型半導体領域18の数は1つ以上であればよい。この場合、例えば、p型半導体領域18−1のみが形成され、破線丸101で示した領域のみがゲート電極21とオーミック接触を形成する。そして、ゲート電極21の他の領域(破線丸111、102、112、103)がp型半導体領域16と非オーミック接触を形成する。すなわち、p型半導体領域16の表面とゲート電極21との接触において、オーミック接触する領域と、非オーミック接触する領域が形成されていればよい。
In the present embodiment, as shown in FIG. 2, the example in which three p-
また、p型半導体領域18を複数形成する場合、複数のp型半導体領域18の不純物濃度は、ゲート電極21とオーミック接触を形成する濃度あれば、同一でなくてもよい。また、例えば、図2において、p型半導体領域18−1、18−2、および18−3のy軸方向の厚み(深さ)は同一でなくてもよい。
Further, when a plurality of p-
また、本実施形態では、図2に示したように、アノード電極22もオーミック接触を形成するように、p型半導体基板12が、裏面p型半導体基板13の一方の表面側に形成されている例を説明した。しかしながら、p型半導体基板12は備えなくてもよく、この場合においても、ゲート電極21に対してオーミック接触と非オーミック接触との領域を形成しているため、本実施形態の効果を得ることができる。
In the present embodiment, as shown in FIG. 2, the p-
また、本実施形態では、サイリスタ単体の構成について説明したが、半導体集積回路上に形成する場合にも有効である。 In the present embodiment, the configuration of a single thyristor has been described, but it is also effective when formed on a semiconductor integrated circuit.
さらにまた、本実施形態で説明時にあげた各領域の不純物濃度および厚み(深さ)の例に限られるものではなく、本実施形態における各半導体層の不純物濃度に応じた不純物濃度の関係、および、各半導体層の厚みに応じた関係であればよい。 Furthermore, it is not limited to the examples of the impurity concentration and thickness (depth) of each region described in the present embodiment, but the relationship of the impurity concentration according to the impurity concentration of each semiconductor layer in this embodiment, and Any relationship may be used depending on the thickness of each semiconductor layer.
1、1b、1c、1c’・・・サイリスタ、12、13・・・p型半導体基板、
14・・・n型半導体基板、15・・・アイソレーション、
16、18・・・p型半導体領域、17・・・n型半導体領域、
20・・・カソード電極、21・・・ゲート電極、22・・・アノード電極
1, 1b, 1c, 1c ′... Thyristor, 12, 13... P-type semiconductor substrate,
14 ... n-type semiconductor substrate, 15 ... isolation,
16, 18 ... p-type semiconductor region, 17 ... n-type semiconductor region,
20 ... cathode electrode, 21 ... gate electrode, 22 ... anode electrode
Claims (5)
前記ゲート電極と前記第2の第2導電型半導体領域とが接合してオーミック接触を形成し、前記ゲート電極と前記第1の第2導電型半導体領域とが接合して非オーミック接触を形成する
ことを特徴とするサイリスタ。 A first second conductivity type semiconductor region is formed in the vicinity of one surface of the first conductivity type semiconductor substrate, and the first conductivity type semiconductor region is joined to the cathode electrode in the vicinity of the surface of the first second conductivity type semiconductor region. And a second second conductive semiconductor region bonded to the gate electrode is formed, and a third second conductive semiconductor substrate bonded to the anode electrode is formed in the vicinity of the other surface of the first conductive semiconductor substrate. In thyristor,
The gate electrode and the second second conductivity type semiconductor region are joined to form an ohmic contact, and the gate electrode and the first second conductivity type semiconductor region are joined to form a non-ohmic contact. Thyristor characterized by that.
前記カソード電極の幅と同じ幅に連続して形成されていることを特徴とする請求項1に記載のサイリスタ。 The first conductivity type semiconductor region joined to the cathode electrode is:
The thyristor according to claim 1, wherein the thyristor is continuously formed to have the same width as the cathode electrode.
複数の前記オーミック接触する領域が、前記非オーミック接触の領域と交互に形成されていることを特徴とする請求項1または請求項2に記載のサイリスタ。 The second second-conductivity-type semiconductor region is
The thyristor according to claim 1 or 2, wherein a plurality of the ohmic contact regions are alternately formed with the non-ohmic contact regions.
等間隔で形成されていることを特徴とする請求項1から請求項3のいずれか1項に記載のサイリスタ。 The second second-conductivity-type semiconductor region is
The thyristor according to any one of claims 1 to 3, wherein the thyristor is formed at equal intervals.
前記複数の前記オーミック接触する領域の不純物濃度が等しく形成されていることを特徴とする請求項3または請求項4に記載のサイリスタ。 The second second-conductivity-type semiconductor region is
5. The thyristor according to claim 3, wherein the plurality of regions in which the ohmic contact is made have equal impurity concentrations.
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