JP2682015B2 - Gate turn-off thyristor - Google Patents

Gate turn-off thyristor

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【発明の詳細な説明】 A.産業上の利用分野 本発明はゲートターンオフサイリスタに係り、特にベ
ベル構造のゲートターンオフサイリスタに関するもので
ある。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION A. Field of Industrial Application The present invention relates to a gate turn-off thyristor, and more particularly to a gate turn-off thyristor having a bevel structure.

B.発明の概要 本発明は、ベベル構造のゲートターンオフサイリスタ
において、 アノード部のPベース層又はN+層がベベル表面に露
出しないように選択拡散することにより、 オン電圧が小さくかつ定常損失の小さいゲートターン
オフサイリスタを得る。
B. Summary of the Invention The present invention is a gate turn-off thyristor having a bevel structure, in which the P base layer or the N + layer of the anode part is selectively diffused so as not to be exposed on the bevel surface, so that the on-voltage is small and the steady loss is small. Get the gate turn-off thyristor.

C.従来の技術 PN接合では、PN接合の表面の電子なだれ降伏電圧は内
部の電子なだれ降伏電圧より低い。したがって、材料で
決まる逆降伏電圧まで逆耐圧を高めるために一般にベベ
ル構造を用いる。
C. Prior art In a PN junction, the electron avalanche breakdown voltage at the surface of the PN junction is lower than the internal avalanche breakdown voltage. Therefore, a bevel structure is generally used to increase the reverse breakdown voltage up to the reverse breakdown voltage determined by the material.

第3図〜第5図は従来のベベル構造のゲートターンオ
フサイリスタ(以下GTOと略称する)であって、第3図
のものは非対称型で陽極エミッタ短絡型のGTOであり、
第4図のものは非対称型でPIN型のGTO、第5図のものは
逆導通型のGTOである。
3 to 5 show a conventional bevel structure gate turn-off thyristor (hereinafter abbreviated as GTO), and FIG. 3 is an asymmetric type anode anode short circuit type GTO.
Fig. 4 shows an asymmetric type PIN type GTO, and Fig. 5 shows a reverse conduction type GTO.

第3図〜第5図において1はN+層、2はNベース層
(NB)、3はPベース層(PB)、4はNエミッタ層
(NE)、5はPエミッタ層(PE)である。6,7および
8はそれぞれ金属層で、それぞれアノード部A,カソード
部Kおよびゲート部Gを形成する。また、各GTOはその
側面部にベベル表面9が形成されている。非対称型GTO
や逆導通型GTOは逆阻止型GTOとは違って電圧を支える接
合が一つであり、主に図示のような正ベベルを用いてP
BB間で耐圧を得ている。
1 N + layer in FIG. 3-FIG. 5, 2 N base layer (N B), 3 is P base layer (P B), 4 is N emitter layer (N E), 5 is P emitter layer ( P E ). Metal layers 6, 7 and 8 respectively form an anode portion A, a cathode portion K and a gate portion G. Further, each GTO has a beveled surface 9 formed on the side surface thereof. Asymmetric GTO
Unlike the reverse blocking GTO, the reverse conduction type GTO has only one junction that supports the voltage, and mainly uses a positive bevel as shown in the figure.
To obtain the breakdown voltage between B N B.

非対称型で陽極エミッタ短絡型GTOのN+部はGTOのタ
ーンオフ終了直前のNB部に蓄積されたキャリアをPE
からのホールの注入を抑制して排除するものである。ま
た、逆導通型のGTOのN+部はPBBダイオードのNB
オーム接触を良くするために形成したものである。
The N + portion of the asymmetric type short-circuited anode-emitter type GTO suppresses the carriers accumulated in the N B portion immediately before the end of the turn-off of the GTO by suppressing the injection of holes from the P E portion. The N + portion of the reverse conduction type GTO is formed to improve the N B ohmic contact of the P B N B diode.

第6図〜第9図は従来におけるベベル構造を用いた半
導体素子を示す。第6図〜第9図において、1はN
+層、2はN-層、3はP+層、9は半導体素子のベベル
表面である。
6 to 9 show a conventional semiconductor device using a bevel structure. 6 to 9, 1 is N
The + layer, 2 is the N layer, 3 is the P + layer, and 9 is the bevel surface of the semiconductor element.

D.発明が解決しようとする課題 第6図に示すように、P+-接合の正ベベル構造のも
のでは、通常ベベル角θは30°〜60°としている。この
ベベル構造により、逆バイアス時の空乏層は図中の点線
のようにその内部において、表面近傍で曲げられる。こ
のためP+-接合の表面はその内部よりも電界が弱ま
り、電子なだれ降伏はP+-接合表面でなく内部全体で
一様に起こる。
D. Problem to be Solved by the Invention As shown in FIG. 6, in a positive bevel structure having a P + N junction, the bevel angle θ is usually 30 ° to 60 °. Due to this bevel structure, the depletion layer at the time of reverse bias is bent near the surface inside the depletion layer as shown by the dotted line in the figure. Therefore, the electric field on the surface of the P + N - junction is weaker than that on the inside, and the electron avalanche breakdown occurs uniformly not in the P + N - junction surface but in the entire inside.

また、実際のダイオード等を考えた場合、第7図に示
すように、N-層2のオーム接触を良くするために該N-
層2にN+層1を形成する。この場合、表面距離に対す
る表面電界は曲線l1の様になる。一方、P+-接合の
順方向特性を考えると、電圧降下の最も大きいN-層を
できるだけ薄くすることが望ましい。
Also, when considering an actual diode, etc., as shown in FIG. 7, N - said to improve the ohmic contact layer 2 N -
The N + layer 1 is formed on the layer 2. In this case, the surface electric field with respect to the surface distance becomes like the curve l 1 . On the other hand, considering the forward characteristics of the P + N junction, it is desirable to make the N layer having the largest voltage drop as thin as possible.

しかし、第8図に示すように、N-層を薄くすると、
空乏層がN+層に入ったところで特性曲線l2に示す如く
局部的に電界が集中し、素子の劣化,破壊の原因とな
る。
However, as shown in FIG. 8, when the N layer is thinned,
When the depletion layer enters the N + layer, the electric field is locally concentrated as shown by the characteristic curve l 2 , causing deterioration and destruction of the element.

また、ベベル表面9がPE層5にもある場合は第9図
に示すようにNBE接合でパンチスルーが起こり、所望
の耐圧が得られないと共に、局部的な電流による素子の
劣化や破壊の原因となってしまう。
When the beveled surface 9 is also on the P E layer 5, punch-through occurs at the N B P E junction as shown in FIG. 9, a desired breakdown voltage cannot be obtained, and the element is deteriorated due to local current. And cause destruction.

したがって、ゲートターンオフサイリスタとしては、
オン電圧が大きくなり、定常損失が大きくなる。
Therefore, as a gate turn-off thyristor,
The on-voltage increases and the steady loss increases.

本発明は上述の問題点に鑑みてなされたもので、その
目的はオン電圧を小さくでき、しかも定常損失が小さく
高信頼性のゲートターンオフサイリスタを提供すること
である。
The present invention has been made in view of the above problems, and an object thereof is to provide a highly reliable gate turn-off thyristor capable of reducing the on-voltage and having a small steady loss.

E.課題を解決するための手段と作用 本発明は、上述の目的を達成するために、PNPN型の4
層からなる半導体素子の外側面にベベル表面を形成する
と共にアノード部がPエミッタ層又はN+層を含むゲー
トターンオフサイリスタにおいて、前記アノード部のP
エミッタ層又はN+層が前記ベベル表面に露出しないよ
うに形成することにより、オン電圧を小さくすると共
に、定常損失を小さくする。
E. Means and Actions for Solving the Problems In order to achieve the above-mentioned object, the present invention provides a PNPN type 4
In a gate turn-off thyristor in which a beveled surface is formed on an outer surface of a semiconductor device including layers and the anode part includes a P emitter layer or an N + layer, the P of the anode part is formed.
By forming the emitter layer or the N + layer so as not to be exposed on the bevel surface, the on-voltage and the steady loss are reduced.

F.実施例 以下に本発明を第1図〜第2図を参照しながら説明す
る。
F. Examples The present invention will be described below with reference to FIGS. 1 and 2.

第1図は陽極エミッタ短絡型ゲートターンオフサイリ
スタ(GTO)のうちアノードのPエミッタ層(PE層)5
が素子の外側面側に位置しているものを示し、この実施
例においては最外側に位置するPエミッタ層5aがベベル
面9に露出しないように拡散により形成されている。し
たがって、第1図に示すGTOによれば、第9図に示す如
き問題が生じることはない。
FIG. 1 shows the anode P emitter layer (P E layer) 5 of the gate turn-off thyristor (GTO) short-circuited with the anode-emitter.
Are located on the outer surface side of the device, and in this embodiment, the P-emitter layer 5a located on the outermost side is formed by diffusion so as not to be exposed on the bevel surface 9. Therefore, according to the GTO shown in FIG. 1, the problem as shown in FIG. 9 does not occur.

第2図は陽極エミッタ型短絡型GTOのうち、アノード
のN+層1のうち素子の最外側に位置するN+層1aがベベ
ル面9に露出しないように拡散により形成したものであ
る。第2図のGTOによれば、第7図〜第8図において述
べた問題点の発生を阻止できるものである。
FIG. 2 shows the anode-emitter short-circuit GTO formed by diffusion so that the N + layer 1a of the anode N + layer 1 located on the outermost side of the device is not exposed to the bevel surface 9. The GTO in FIG. 2 can prevent the problems described in FIGS. 7 to 8 from occurring.

なお、第1図,第2図において10はエンキャップであ
る。また、上記実施例では非対称型で陽極エミッタ短絡
型のGTOについて述べたが、本発明は非対称型でPIN構造
のGTOおよび逆導通型のGTOについても適用可能である。
In FIGS. 1 and 2, 10 is an encap. Further, although the asymmetric type and the anode-emitter short-circuit type GTO are described in the above embodiments, the present invention can be applied to the asymmetric type PIN structure GTO and the reverse conduction type GTO.

G.発明の効果 PNPN型の4層からなる半導体素子の外側面にベベル表
面を形成すると共にアノード部がPエミッタ層又はN+
層を含むゲートターンオフサイリスタにおいて、前記ア
ノード部のPエミッタ層又はN+層が前記ベベル表面に
露出しないように形成したから、オン電圧を低くでき、
しかも定常損失の小さい高性能にして高信頼性のゲート
ターンオフサイリスタが得られる。
G. Effect of the Invention A beveled surface is formed on the outer surface of a PNPN-type four-layer semiconductor device, and the anode portion is a P emitter layer or N +.
In a gate turn-off thyristor including a layer, since the P emitter layer or the N + layer of the anode part is formed so as not to be exposed on the bevel surface, the ON voltage can be lowered,
Moreover, it is possible to obtain a gate turn-off thyristor with a high performance and a small steady loss and high reliability.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

第1図は本発明の実施例によるゲートターンオフサイリ
スタの部分断面図、第2図は本発明の実施例による他の
ゲートターンオフサイリスタの部分断面図、第3図〜第
5図は一般のゲートターンオフサイリスタを示し、第3
図は従来の非対称型で陽極エミッタ短絡型のゲートター
ンオフサイリスタの断面図、第4図は従来の非対称型で
PIN型のゲートターンオフサイリスタの断面図、第5図
は従来の逆導通型のゲートターンオフサイリスタの断面
図、第6図〜第9図は従来のベベル構造の半導体装置の
各例を示す部分断面図である。 1……N+層、2……Nベース層、3……Pベース層、
4……Nエミッタ層、5……Pエミッタ層、A……アノ
ード部、K……カソード部、G……ゲート部。
1 is a partial sectional view of a gate turn-off thyristor according to an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a partial sectional view of another gate turn-off thyristor according to an embodiment of the present invention, and FIGS. 3 to 5 are general gate turn-offs. A thyristor, the third
Figure is a cross-sectional view of a conventional asymmetric type gate turn-off thyristor with shorted anode-emitter type. Figure 4 shows a conventional asymmetric type.
FIG. 5 is a cross-sectional view of a PIN type gate turn-off thyristor, FIG. 5 is a cross-sectional view of a conventional reverse conduction type gate turn-off thyristor, and FIGS. 6 to 9 are partial cross-sectional views showing examples of conventional bevel structure semiconductor devices. Is. 1 ... N + layer, 2 ... N base layer, 3 ... P base layer,
4 ... N emitter layer, 5 ... P emitter layer, A ... anode part, K ... cathode part, G ... gate part.

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】PNPN型の4層からなる半導体素子の外側面
にベベル表面を形成すると共にアノード部がPエミッタ
層又はN+層を含むゲートターンオフサイリスタにおい
て、前記アノード部のPエミッタ層又はN+層が前記ベ
ベル表面に露出しないように形成されていることを特徴
とするゲートターンオフサイリスタ。
1. A gate turn-off thyristor in which a beveled surface is formed on the outer surface of a PNPN type four-layer semiconductor device and the anode part includes a P emitter layer or an N + layer, and the P emitter layer or N of the anode part is formed. A gate turn-off thyristor, wherein a + layer is formed so as not to be exposed on the bevel surface.
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