JP2762396B2 - サイリスタ - Google Patents

サイリスタ

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JP2762396B2 JP63291008A JP29100888A JP2762396B2 JP 2762396 B2 JP2762396 B2 JP 2762396B2 JP 63291008 A JP63291008 A JP 63291008A JP 29100888 A JP29100888 A JP 29100888A JP 2762396 B2 JP2762396 B2 JP 2762396B2
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、陰極側電極が接触するn型エミッタとこ
れに境を接するp型ベースおよび陽極側電極が接触する
p型エミッタとこれに境を接しpn接合によってp型ベー
スから分離されているn型ベースを備える半導体基体か
ら成るサイリスタとその製造方法に関するものである。
〔従来の技術〕
サイリスタの陰極側電極と陽極側電極の間に加えられ
るサイリスタブロッキング電圧がブレークオーバー電圧
と呼ばれている電圧値に達すると、半導体基体の主面に
ほぼ平行しp型ベースをn型ベースから分離するpn接合
に局部的な降伏が生ずる。このコントロール不可能でし
ばしばサイリスタの破壊に導く局部的降伏を避けるた
め、p型ベースとn型ベースの間のpn接合にレーザー光
照射によりサイリスの中央トリガ電極に下においてn型
ベース層の厚さを減少させる隆起部を作り、低下させた
ブレークオーバー電圧において既にコントロール可能の
降伏が隆起部に生ずるようにすることは欧州特許出願公
開EP−A−0088967号公報により公知である。このコン
トロール可能の降伏はサイリスタのオーバーヘッド・ト
リガリングに導くが、低いブレークオーバー電圧のため
熱破壊は生じない。しかしこの低下したブレークオーバ
ー電圧が所望の精度と再現性をもって特定の値に調整で
きないという欠点がある。
〔発明が解決しようとする課題〕
この発明の目的は冒頭に挙げた種類のサイリスタにお
いて、p型ベースとn型ベース間のpn接合が簡単に調節
可能の低下させたブレークオーバー電圧において熱破壊
を起こすことなく降伏するようにすることである。
〔課題を解決するための手段〕
この目的は、特許請求の範囲第1項に記載された構成
により達成される。
〔発明の効果〕
この発明により得られる利点は、p型ベースとn型ベ
ース間pn接合を破壊する低下したブレークオーバー電圧
がこれにより損害を生じることなく十分な精度と再現性
をもって調整できることである。
〔実施例〕
図面についてこの発明を更に詳細に説明する。
第1図に4層の半導体層がその導電型を反転しながら
重ね合わされている電力サイリスタの断面を示す。1は
n型エミッタ、2はp型ベース、3はn型ベース、4は
p型エミッタである。n型エミッタ1には接続端Kを持
つ陰極側電極5が接触し、p型エミッタ4には接続端A
を持つ陽極側電極6が接触する。接続端Aに接続された
外部回路は動作抵抗Rとそれに直列接続された例えば10
00Vの直流電源Vから構成される。抵抗Rに結ばれてい
ない電源端子7と接続端Kは基準電位に置かれる。陽極
側の電極6に電源Vから供給される電圧はKに対して正
の電位にあって、サイリスタはブロッキング状態にあ
る。
p型ベース2に接触するゲート電極8はトリガ回路10
からサイリスタトリガリング用の正電圧パルスを受ける
接続端9を備える。ブロッキング状態にあるサイリスタ
がトリガリングにより導通状態に移されると、KとAの
間を抵抗抗結合してA、R、V、7およびKを通る外部
回路を閉結する。サイリスタをターンオフして高抵抗の
非導通状態に移すことは、電源Vを遮断するかあるいは
Vが交流電源の場合はターンオンの後交流電圧の最初の
ゼロ通過時に実現する。
p型ベース2内に作られたn型領域11には導電被覆層
12があり、この領域はn型エミッタ1の方向に拡がって
11と2の間のpn接合を短絡する。領域11と層12は増幅ゲ
ートと呼ばれる補助エミッタを構成し、サイリスタの内
部ターンオン増幅を行う。サイリスタが回転対称構成の
とき一点破線13は対称軸となる。1aはn型エミッタ1に
作られた溝であって、p型ベース2の突起部2aで埋めら
れる。この突起部には陰極側電極5が接触する。1aと2a
はエミッタ・ベース間の短絡を形成し、ブロッキング電
圧印加時にサイリスタの望ましくないトリガリングを阻
止する。
p型ベース2とn型ベース3の間にはpn接合14があ
り、端子AとKの間にブロッキング電圧が印加されたと
き逆方向にバイアスされる。AとKの間のブロッキング
電圧をブレークオーバー電圧値まで上げると、pn接合に
発生する局部的な降伏によりサイリスタのコントロール
不能のトリガリングが起こり熱破壊に導くことがある。
この危険を除くためこの発明によりp型エミッタ4の
ドーピング濃度を部分区域15内で残りの部分よりも高く
する。この部分区域15はできるだけ迅速なトリガリング
伝播を確実にするためゲート電極8の下に置くか、ある
いは同心構成のサイリスタの場合対称軸13の区域内に置
く。第1図では部分区域15は直接p型エミッタ4の陽極
側電極6に接する境界面4aから始まり、p型エミッタ4
の厚さよりも短い侵入深さをもつ。この部分区域15の侵
入深さはp型エミッタ4の厚さに対応させることも可能
である。更に部分区域15を境界面4aから離し、その間に
p型エミッタ層の一部をはさむうよにすることも可能で
ある。この場合は第1図において破線で示した部分区域
15を上方に移動させたものとなる。一例として部分区域
15が第1図に示した配置であり、p型エミッタ4のドー
ピング密度が陽極側電極6との境界面4aにおいて約1018
cm-3であれば、部分区域15の対応する値は1020cm-3程度
とするのが効果的である。部分区域15内のドーピング密
度を上げることにより、対称軸13の周囲において層列
(2、3、4)の特性的な増幅係数αpnpが達成され、
ブレークオーバー電圧を低下したブレークオーバー電圧
値に下げることができる。部分区域15のドーピング濃度
の上昇はイオン注入とそれに続く焼もどし処理によって
行うのが有利である。この焼もどし処理では半導体が約
950℃から1200℃の間の温度に例えば30分から30時間の
間加熱される。
上記の方法で調整された低下ブレークオーバー電圧
は、半導体のトリガ電極付近の区域を電子又は陽子で照
射することによりより高い値に移すことができる。これ
は照射区域内でキャリアの寿命従って増幅係数αpnp
低下することを起因するものである。第1図にはこのよ
うに照射されたほぼ円筒形の区域が破線16で囲んで示さ
れる。
区域16を電子又は陽子で照射した後更に別の焼もどし
熱処理により低下したブレークオーバー電圧の上昇分を
補正していくらか縮小させることができる。この別の焼
もどし処理では半導体が例えば250℃と350℃の間の温度
に例えば30分から20時間の間保持され、区域16内のキャ
リアの寿命がいくらか延ばされる。従ってこの照射と別
の焼もどし処理は低下ブレークオーバー電圧の微調整を
行うものである。
第2図には光トリガリング可能のサイリスタが示され
る。この場合トリガリングは対称軸13の周りに置かれた
感光サイリスタ領域17aを光パルスで照射することによ
って生ずる。この光パルスは第2図に17として示され
る。光パルスの導入には一般に光導波路が使用される
が、その詳細は欧州特許出願公開第EP−A−0197512号
公報に記載されている。ここでも部分区域15によって低
下ブレークオーバー電圧が調整される。この場合感光サ
イリスタ領域から垂直方向に陽極側電極6まで拡がる区
域16が電子又は陽子で追加照射されることにより、低下
ブレークオーバー電圧がより高い値に移される。この移
動幅も焼もどし処理によりいくらか小さくすることがで
きる。高められた増幅率αpnpによりdU/dt特性に重大な
欠点を生ずることなく光感度が上昇することは、この原
則の応用に際して有利に作用する。
この発明によるサイリスタの製作に当たっては、第3
図に示すように平盤形で弱n型導電性の半導体体18を素
材とし、線19、20まで半導体内に拡がるp型拡散領域を
縁端側に設ける。縁端部分を側面21と22まで除去する
と、p型拡散領域の上部はp型ベース2となり、その下
部はp型エミッタ4を形成する。SiO2又は感光塗料のマ
スク23を取り付けた後フォトリソグラフィによりマスク
窓24をあけ、この窓を通してイオン注入25によりアクセ
プタイオンを例えば面密度1616cm-2で注入する。続く焼
もどし処理によりp型ベース4に高濃度ドープ部分領域
15が形成される。区域16の電子又は陽子照射は粒子線装
置中で実施し、孔26を備えるマスク27によって区域16の
外部のサイリスタ部分の照射を阻止する。この照射を例
えば電極8、12、5および6が設けられて完成したサイ
リスタに対しても実施することは特に有利である。マス
ク27は負荷電流導出用として動作中電極5の上に乗せら
れる圧接電極から構成することも可能である。電子又は
陽子の照射によるブレークオーバー電圧の移動の焼もど
し処理による補正もサイリスタの完成後に実施すること
ができる。
この発明によるサイリスタでは内部のトリガリング補
強用の部分11と12は除いてもよい。
【図面の簡単な説明】
第1図と第2図はこの発明の互いに異なる実施例の断面
を示し、第3図は第1図、第2図のサイリスタの製造過
程を説明する図面である。 1…n型エミッタ 2…p型ベース 3…n型ベース 4…p型エミッタ 5…陰極側電極 15…p型エミッタ部分領域 16…電子又は陽子照射区域

Claims (5)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】陰極側電極(5)が接触するn型エミッタ
    (1)とこれに境を接するp型ベース(2)および陽極
    側電極(6)が接触するp型エミッタ(4)とこれに境
    を接しpn接合(14)によってp型ベース(2)から分離
    されているn型ベース(3)を備える半導体基体から成
    るサイリスタにおいて、サイリスタの中心領域にまたは
    サイリスタが回転対称構成のときは対称軸上に備えられ
    たトリガ電極(8)又は感光サイリスタ領域(17a)の
    範囲内に、p型エミッタ(4)の部分領域(15)が設け
    られ、この領域がp型エミッタ(4)の残りの部分より
    も高いドーピング濃度を示すことを特徴とするサイリス
    タ。
  2. 【請求項2】トリガ電極(8)又は感光サイリスタ領域
    (17a)の下部に電子又は陽子照射されたサイリスタ区
    域(16)が設けられることを特徴とする請求項1記載の
    サイリスタ。
  3. 【請求項3】n型エミッタ(1)、p型ベース(2)、
    n型ベース(3)およびp型エミッタ(4)となる交互
    に導電型を反転する4層が重ねられているドープされた
    半導体基体を出発材料として、フォトリソグラフィマス
    ク(23)をp型エミッタとなる層(4)の外表面(4a)
    に設け、これに窓(24)をあけること、この窓を通して
    アクセプタイオンをp型エミッタ(4)に入れること、
    続く焼もどし処理によりp型エミッタ(4)の部分区域
    (15)を形成させることを特徴とする請求項1記載のサ
    イリスタの製造方法。
  4. 【請求項4】トリガ電極(8)又は感光サイリスタ領域
    (17a)の下部にある部分領域(17a)が電子又は陽子照
    射されることを特徴とする請求項3記載の方法。
  5. 【請求項5】部分領域(16)の電子又は陽子照射の後別
    の焼もどし処理が実施されることを特徴とする請求項4
    記載の方法。
JP63291008A 1987-11-20 1988-11-16 サイリスタ Expired - Lifetime JP2762396B2 (ja)

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