JPH01318264A - Self-extinction element - Google Patents

Self-extinction element

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JPH01318264A
JPH01318264A JP15150388A JP15150388A JPH01318264A JP H01318264 A JPH01318264 A JP H01318264A JP 15150388 A JP15150388 A JP 15150388A JP 15150388 A JP15150388 A JP 15150388A JP H01318264 A JPH01318264 A JP H01318264A
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JP
Japan
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layer
short
loss
anode electrode
emitter
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Application number
JP15150388A
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Japanese (ja)
Inventor
Mitsuru Hanakura
満 花倉
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Meidensha Corp
Meidensha Electric Manufacturing Co Ltd
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Meidensha Corp
Meidensha Electric Manufacturing Co Ltd
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Abstract

PURPOSE:To reduce stationary loss and switching loss by combining a PIN base structure with an anode-emitter short-circuiting structure. CONSTITUTION:An N emitter 2 as a cathode element is disposed on a P base layer 3 in the form of an island, and a short-circuiting layer 71 comprising an N<++> layer is provided between a buffer layer 7 comprising an N<+> layer and an anode electrode 51 for short-circuiting between the buffer layer 7 and the anode electrode 51. The short-circuiting layer 71 extends through a center section located lognitudinally of a projected image so as to intersect the projected image perpendicularly to the same. When a junction area between the anode electrode 51 and the short-circuiting layer 71 is assumed to be A1 and an area of the anode electrode 51 to be A2, the element is designed such that A1/A2 is 20% or less. Hereby, stationary loss and switching loss are reduced and hence a self-extinction element such as GTO having good turn-off characteristics can be yielded.

Description

【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等の電力用自己消
弧素子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 power self-extinguishing element such as a gate turn-off thyristor.

B1発明の概要 本発明は、N形半導体よりなるベース層に相当する部分
が例えばN−層とN゛層とにより構成され、N°層とア
ノード電極とをショート層により短絡した自己消弧素子
において、 ノヨート層を、カソードエレメントの投影像に対してそ
の中央部を通るように直交して配置するとノ(にショー
ト率を20%以下にする抑えることによ−)て、 ターンオフ損失及び定常損失を増加させることなしにタ
ーンオフ損失を低減することができ、しかしターンオン
特性も良好であるという効果を狙った乙のである。
B1 Summary of the Invention The present invention provides a self-extinguishing element in which a portion corresponding to a base layer made of an N-type semiconductor is composed of, for example, an N− layer and an N′ layer, and the N° layer and an anode electrode are short-circuited by a short layer. In this case, if the Noyote layer is arranged perpendicularly to the projected image of the cathode element so as to pass through the center thereof (by suppressing the short-circuit ratio to 20% or less), turn-off loss and steady-state loss can be reduced. This is aimed at the effect of being able to reduce turn-off loss without increasing , while also having good turn-on characteristics.

C従来の技術 ケートターンオフサイリスタ(以下rGTOJという。C Conventional technology GTOJ (hereinafter referred to as rGTOJ).

)は電力用自己消弧素モとして、高耐電圧、大電流の分
野で増々特徴を発揮しつつある。
) is increasingly demonstrating its features as a self-extinguishing element for electric power in the field of high withstand voltage and large current.

しかしながら高耐電圧のGTOでは、定常損失とスイッ
チング損失か大きく、この低減が要求されている。
However, GTOs with high withstand voltages have large steady-state losses and switching losses, and reductions in these losses are required.

以下に定常損失、スイッチング損失の夫々の対策例につ
いて述べる。
Examples of countermeasures for steady loss and switching loss are described below.

(定常損失について) 第4図は従来のGTOの構造を示す図であり、lはP層
層よりなるゲート層(以下「Pゲート層」という。)、
IIはP”層よりなる埋め込みゲート層、2はN”層よ
りなるエミツタ層(以下「Nエミツタ層」という。)、
21はカソード電極、3はP層よりなるベース層(以下
「Pベース層」という。)、4はN層よりなるベース層
(以下「Nベース層ゴという。)、5はP層よりなるエ
ミツタ層(以下「Pエミッタ層」)、51はアノード電
極である。
(Regarding steady loss) Figure 4 is a diagram showing the structure of a conventional GTO, where l is a gate layer made of a P layer (hereinafter referred to as "P gate layer");
II is a buried gate layer made of a P" layer, 2 is an emitter layer made of an N" layer (hereinafter referred to as "N emitter layer"),
21 is a cathode electrode, 3 is a base layer made of P layer (hereinafter referred to as "P base layer"), 4 is a base layer made of N layer (hereinafter referred to as "N base layer"), and 5 is an emitter made of P layer. layer (hereinafter referred to as "P emitter layer"), 51 is an anode electrode.

第4図に示すGTOにおいて、高耐電圧化すればする程
Nベース4の幅か増加する。ここで一般にはNベース4
の幅W、とオン電圧VTMとの間には次のような関係が
ある。
In the GTO shown in FIG. 4, the width of the N base 4 increases as the withstand voltage increases. Here, generally N base 4
There is the following relationship between the width W and the on-voltage VTM.

ただして3.τ3が大きく、エミッタの対称性が良く、
10<j<100OA/cm’のときでβ−q/に’r
、q:電荷、に電荷層ツマン定数。
However, 3. τ3 is large, emitter symmetry is good,
When 10<j<100OA/cm', β-q/'r
, q: charge, charge layer Tumann constant.

1゛:絶対温度、j:電流密度、b=D、/Dp。1゛: absolute temperature, j: current density, b=D, /Dp.

b’  =b/(b+1)、DI、、Dp:ベース領域
の電子・ホールの拡散係数、τ2.τ、二Nベース。
b' = b/(b+1), DI, , Dp: diffusion coefficient of electrons and holes in the base region, τ2. τ, 2N base.

r)ベースの少数キャリアのライフタイム、W、。r) the lifetime of the base minority carrier, W,.

W、・Nベース、Pベースの幅、W=W、十W。W, N base, P base width, W=W, 10W.

tN:Pエミッターの実効不純物量、A、Bo。tN: Effective impurity amount of P emitter, A, Bo.

Co:定数 これかられかるようにNベースの幅W、が増加するとオ
ン電圧は増加し、結果的に定常損失が増加する。GTO
の高耐電圧化に伴う定常損失の増加の大部分はこのNベ
ースの幅W、の増加によるものである。
Co: Constant As can be seen from the above, as the width W of the N base increases, the on-state voltage increases, and as a result, the steady-state loss increases. G.T.O.
Most of the increase in steady-state loss accompanying the increase in withstand voltage is due to the increase in the width W of the N base.

これを解決するために、埋め込みゲート形GTOを例に
とると、第5図に示すようなPINベース構造のGTO
が提案されている。PINベース構造は、第4図に示す
PNベース構造のNベースに相当する部分を不純物濃度
の低いN−層よりなるベース層6と不純物濃度の高いN
層層よりなるバッファ層7とにより構成したものであり
、N形半導体よりなるベース層(ベース層6とバッファ
層7とを合わせた部分)の幅が同じ耐電圧でPNベース
構造の約2/3で済むという利点がある。
To solve this problem, taking a buried gate type GTO as an example, a GTO with a PIN base structure as shown in FIG.
is proposed. In the PIN base structure, the portion corresponding to the N base of the PN base structure shown in FIG.
The width of the base layer (combined portion of base layer 6 and buffer layer 7) made of N-type semiconductor is about 2/2 of that of the PN base structure at the same withstand voltage. The advantage is that only 3 is required.

従ってその分だけPIN構造における定常損失も小さい
Therefore, the steady loss in the PIN structure is correspondingly small.

(スイッチング損失について) スイッチング損失にはターンオン損失とターンオフ損失
とがある。ターンオン損失は一般的に素子のゲート構造
及び少数キャリアのライフタイムと密接な関係がある。
(Regarding switching loss) Switching loss includes turn-on loss and turn-off loss. Turn-on loss is generally closely related to the gate structure of the device and the lifetime of minority carriers.

素子の高耐電圧化で特にその増大が問題となるのはター
ンオフ損失である。
Turn-off loss is particularly problematic as the element increases in voltage resistance.

ターンオフ損失は下降時間中の損失(フォール損失)と
テイル時間中の損失(テイル損失)とに分かれる。第6
図はターンオフ特性を示す図であり、実線(1)、鎖線
(2)、点線(3)は夫々電流、電圧、損失電力を示す
。この損失の中でテイル損失は時として全ターンオフ損
失の90%近くをしめる。それでこのテイル損失を低減
することがターンオフ損失を減少させるのに最も有効で
ある。
Turn-off loss is divided into loss during falling time (fall loss) and loss during tail time (tail loss). 6th
The figure shows turn-off characteristics, and solid lines (1), chain lines (2), and dotted lines (3) indicate current, voltage, and power loss, respectively. Among these losses, the tail loss sometimes accounts for nearly 90% of the total turn-off loss. Therefore, reducing this tail loss is most effective in reducing turn-off loss.

テイル損失はティルミ流に起因する。ティルミ流はGT
Oのターンオフ過程において、Pゲート層lよりPベー
ス層3の過剰なキャリアを引き出し、Pベース層3、N
ベース4間の主接合が回復していくときに、Nベース層
4中に残った過剰なキャリアが消滅する。二とにより流
れる電流である。
Tail loss is due to Tilmi flow. Tirumi style is GT
In the turn-off process of O, excess carriers in the P base layer 3 are extracted from the P gate layer l, and the P base layer 3, N
When the main junction between the bases 4 is restored, excess carriers remaining in the N base layer 4 disappear. This is the current that flows due to both.

Nベース層4にはPベース層3のようにゲート部がない
ため、過剰なキャリアはゲート部より引き出されず、P
エミッタ層5より注入されたキャリアと再結合すること
によって消滅する。素子を高耐電圧化すると、Nベース
層4は不純物濃度が低くなり、また幅が増加するため、
過剰なキャリアが増える。さらにNベース層4の幅の増
加によってターンオン特性を著しく損なわないために、
Nベース層4のキャリアのライフタイムは長くしてやら
なければならない。それでGTOを高耐電圧化すればす
るほどティルミ流は増え、テイル損失が増加するわけで
ある。
Since the N base layer 4 does not have a gate part like the P base layer 3, excess carriers are not drawn out from the gate part and the P base layer 4 does not have a gate part.
It disappears by recombining with carriers injected from the emitter layer 5. When the device is made to have a high withstand voltage, the impurity concentration of the N base layer 4 becomes lower and the width increases.
The number of excessive carriers will increase. Furthermore, in order not to significantly impair the turn-on characteristics due to the increase in the width of the N base layer 4,
The lifetime of the carrier in the N base layer 4 must be made long. Therefore, the higher the withstand voltage of the GTO is, the more the Tilmi current increases and the tail loss increases.

これを解決するために埋め込みゲート形GTOを例にと
ると、第7図に示すようなアノードエミッタショート構
造が提案されている。この構造は、アノード電極51に
Nベース層4の一部をショートさせた構造であり、テイ
ル時間中のNベース層4中の過剰なキャリアをアノード
電極により引き出せるようにした構造である。従ってア
ノードエミッタショート構造では、テイル損失が小さく
、結果としてスイッチング損失が小さいという利点をも
つ。
To solve this problem, taking a buried gate type GTO as an example, an anode-emitter short structure as shown in FIG. 7 has been proposed. This structure is a structure in which a part of the N base layer 4 is shorted to the anode electrode 51, and the excess carriers in the N base layer 4 during the tail time can be drawn out by the anode electrode. Therefore, the anode-emitter short structure has the advantage of low tail loss and, as a result, low switching loss.

D1発明が解決しようとする課題 以上、GTOの高耐電圧化に伴って増加する定常損失と
スイッチング損失の低減に有効な代表的な構造について
述べた。ところが、これらの構造には次に記するような
問屋がある。
D1 Problems to be Solved by the Invention Above, we have described typical structures that are effective in reducing the steady-state loss and switching loss that increase with the increase in the withstand voltage of GTOs. However, these structures include wholesalers as described below.

PINベース構造は定常損失の低減には有効であるが、
スイッチング損失の低減にはほとんど効果がない。ただ
Nベース層4中で最後に残る過剰キャリアが前記主接合
の回復に伴い、高濃度のバッファ層7に集まり、バッフ
ァ層7のキャリアのライフタイムが比較的短いため、過
剰キャリアの消滅がやや速いが、アノードエミッタショ
ート構造はどの大きな効果はない。
Although the PIN-based structure is effective in reducing steady-state loss,
It has little effect on reducing switching loss. However, as the main junction recovers, the excess carriers remaining at the end in the N base layer 4 gather in the highly concentrated buffer layer 7, and since the lifetime of the carriers in the buffer layer 7 is relatively short, the excess carriers disappear slightly. Although fast, the anode-emitter short structure does not have any great effect.

一部アノードエミッタショート構造は、スイッチング損
失の低減には有効であるが、定常損失の低減にはほとん
ど効果がない。またスイッチング損失の低減つまりテイ
ル損失の低減においても、Nベース層4中の過剰なキャ
リアを引き出す効果がアノードエミッタをショートした
部分及び近傍に限られるため、テイル損失はショートの
程度によっては全ターンオフ損失の数10%をしめる事
もある。
Although the partially anode-emitter short structure is effective in reducing switching loss, it is hardly effective in reducing steady-state loss. In addition, in reducing switching loss, that is, reducing tail loss, the effect of drawing out excess carriers in the N base layer 4 is limited to the part where the anode emitter is shorted and the vicinity. In some cases, the number is as high as 10%.

これらを解決する新しい方法としては、PINベース構
造とアノードエミッタショート構造を組み合わせた構造
を本発明者は既に提案している(特願昭62−3245
2]号)うこれはPINベース構造を有するGTOにア
ノードエミッタショート構造を組み合わせたことにより
定常損失を少なく(−、スイッチング損失をPINベー
ス構造と組み合わせる事により単なるアノードエミッタ
ショート構造のGTOよりさらに低減している。
As a new method to solve these problems, the present inventor has already proposed a structure that combines a PIN base structure and an anode emitter short structure (Japanese Patent Application No. 62-3245
No. 2) This is a combination of a GTO with a PIN-based structure and an anode-emitter short structure, which reduces steady-state loss. are doing.

第8図は、埋め込みゲート形GTOに適用した新構造の
阻止を示す図である。ここでN−ベース層6は、不純物
濃度がI X 10I3a t oms/cm’以下で
あり、その厚さはGTOの順耐電圧の設計値により決定
される。またバッファ后7のうちPエミッタ層5よりも
図中上側に位置している部分&は、素子が順阻止状態の
ときN−ベース層6に広がる空乏層の端をPエミッタ層
5に到達させないためと、Pエミッタ層5からのキャリ
アの注入を著しく損なわせないために、ピーク不純物濃
度が5x 10′5−I X 10”a t oms/
cm3、厚さが50〜90μmとなっている。さらにバ
ッファ層7からアノード電極5.にショートされている
部分すはアノード電極5.と良好なオーム接触を得るた
めに表面不純物濃度が1×10”a t oms/cm
3以上となっている。
FIG. 8 is a diagram showing blocking of a new structure applied to a buried gate type GTO. Here, the N-base layer 6 has an impurity concentration of I x 10I3a toms/cm' or less, and its thickness is determined by the design value of the forward withstand voltage of the GTO. In addition, the portion & of the buffer back 7 located above the P emitter layer 5 in the figure prevents the end of the depletion layer spreading to the N-base layer 6 from reaching the P emitter layer 5 when the device is in a forward blocking state. In order to avoid significant impairing of carrier injection from the P emitter layer 5, the peak impurity concentration is set to 5x 10'5-I x 10"a toms/
cm3, and the thickness is 50 to 90 μm. Further, from the buffer layer 7 to the anode electrode 5. The part short-circuited to the anode electrode 5. The surface impurity concentration is 1×10”a toms/cm to obtain good ohmic contact with
It is 3 or more.

この新構造を得るための製造手段の例を以下にのべる。Examples of manufacturing methods for obtaining this new structure are described below.

バッファ層7のa部については、特願昭58−2514
72号で示したようにN型不純物をデボツノワンし、こ
の上にエピタキシャル成長1こより比較的低濃度の層を
形成した後、加熱処理して形成する。さらにバッファ層
7のb部については、特願昭59−227575号で示
した方法を用いて上記加熱処理を行う前にエピタキシャ
ル成長表面より高β度のN型不純物をデポジションする
ことによって形成する。
Regarding part a of the buffer layer 7, Japanese Patent Application No. 58-2514
As shown in No. 72, an N-type impurity is debossed, a relatively low concentration layer is formed thereon by epitaxial growth, and then a heat treatment is performed. Furthermore, the b portion of the buffer layer 7 is formed by depositing an N-type impurity with a higher β degree than the epitaxial growth surface before the above heat treatment using the method shown in Japanese Patent Application No. 59-227575.

第8図に示す新構造の素子は次のような効果がある。The device with the new structure shown in FIG. 8 has the following effects.

■PINベース構造になっているため、同じ耐電圧で従
来構造のG T OよりNベース幅が約2/3で良く、
従って定常損失が30%以上少ない。
■Because it has a PIN-based structure, the N-base width is approximately 2/3 that of the conventional GTO structure with the same withstand voltage.
Therefore, steady loss is reduced by 30% or more.

■従来、スイッチング損失の中で大きな比重をしめる夕
・−ン才)損失のテイル損失分を減少させるのに有効で
あったアノードエミッタショート構造に比べ、さらに数
lO%もテイル損失分を減少できる。
■Compared to the conventional anode emitter short structure, which was effective in reducing tail loss, which accounts for a large proportion of switching loss, tail loss can be further reduced by several 10%. .

■この現象は以下のように説明できる。テイル時間にお
いて、Nベース中で最後に残る過剰キャリアは主接合の
回復に伴い、高濃度のN°層(a部)に集まる。集めら
れた過剰キャリアは、高濃度つまり低抵抗のN°層(a
部)を通17てショート層をなすN0層(b部)からア
ノード電極51へ引き出される。
■This phenomenon can be explained as follows. During the tail time, the last remaining excess carriers in the N base gather in the highly concentrated N° layer (part a) as the main junction recovers. The collected excess carriers are transferred to a high concentration, low resistance N° layer (a
17 and is drawn out from the N0 layer (part b) forming the short layer to the anode electrode 51.

この作用はあたかもPベース層3中に設けられた埋め込
みゲート層l、のように、埋め込みゲート層をNベース
層中に設けたようなものである。
This effect is as if a buried gate layer was provided in the N base layer, like the buried gate layer l provided in the P base layer 3.

それで従来のアノードエミッタショート構造がアノード
エミッタをショートした部分および近傍からしか過剰な
キャリアを引き出せなかったのに比べ、第8図に示す新
構造では、全面積からすみやかに過剰なキャリアを引き
出す事ができる。
Therefore, while the conventional anode emitter short structure could only extract excess carriers from the shorted part of the anode emitter and the vicinity, the new structure shown in Figure 8 can quickly extract excess carriers from the entire area. can.

以上のように、この新構造は定常損失及びスイッチング
損失の低減を同時に達成し得る優れた方法である。しか
し、低抵抗のN°層7の3部が存在するために、通常の
アノードエミッタショート方法を行ったのでは、GTO
のターンオン特性などが著しく損なわれてしまうという
欠点かった。
As described above, this new structure is an excellent method that can simultaneously reduce steady-state loss and switching loss. However, since there are three parts of the low-resistance N° layer 7, the GTO
The disadvantage was that the turn-on characteristics of the 2000W were significantly impaired.

本発明の目的は、定常損失及びスイッチング損失を低減
し、しかもターンオン特性も良好なGTo等の自己消弧
素子を提供することにある。
An object of the present invention is to provide a self-extinguishing element such as a GTo which reduces steady-state loss and switching loss and also has good turn-on characteristics.

E9課題を解決するための手段 本発明は、P形半導体よりなるPベース層、N形半導体
よりなるNベース層、このNベース層よりも不純物濃度
の高いバッファ層及びP形半導体よりなるPエミッタ層
をこの順に積層してなり、前記Pベース層にはカソード
エレメントを島状に配置すると共に、前記Pエミッタ層
にはアノード電極を設け、前記バッファ層とアノード電
極との間にはこれをショートするためのN形半導体より
なるショート層を設け、 前記Pベース層に設けられたゲート層から電流を引き抜
くことによりターンオフする自己消弧素子において、 前記ショート層を、前記カソードエレメントの投影像の
長手方向における中央部を通りかつ前記投影像と直交ま
たは略直交するように配置すると共に、前記アノード電
極とショート層との接合面積のアノード電極面積に対す
る比率が20%以下であることを特徴とする。
E9 Means for Solving Problems The present invention provides a P base layer made of a P type semiconductor, an N base layer made of an N type semiconductor, a buffer layer having a higher impurity concentration than the N base layer, and a P emitter made of a P type semiconductor. The layers are laminated in this order, cathode elements are arranged in an island shape on the P base layer, an anode electrode is provided on the P emitter layer, and a short circuit is formed between the buffer layer and the anode electrode. In a self-switching element that is turned off by drawing current from a gate layer provided on the P base layer, the short layer is provided with a short layer made of an N-type semiconductor to It is characterized in that it is arranged so as to pass through the center in the direction and be perpendicular or substantially perpendicular to the projected image, and the ratio of the bonding area between the anode electrode and the short layer to the anode electrode area is 20% or less.

F、実施例 第1図は本発明のGTOの一部(単位GTOの1層2部
分)を示す図であり、第4図及び第5図と同一符号のも
のは同一部分若しくは相当部分を示す。このGTOにお
いては、Pベース層3にカソードエレメントをなすNエ
ミツタ層2が島状に配置されると共に、N0層よりなる
バッファ層7とアノード電極5.との間には、これをシ
ョートするためのN”層よりなるショート層7.が設け
られている。このショート層71は、Nエミツタ層2の
投影像の長手方向における中心部を通りかつ+’+ij
記投影像と直交オろように配置されている1゜そしてア
ノード電極5.とショート層7.との接合面積をA1、
アノード電極51の面積をA、とすると、AI/ A2
X I OO(ショート率)が20%以下に設計されて
いる。8はP゛エミツタ層ある。
F. Embodiment FIG. 1 is a diagram showing a part of the GTO of the present invention (one layer and two parts of a unit GTO), and the same reference numerals as in FIGS. 4 and 5 indicate the same or equivalent parts. . In this GTO, an N emitter layer 2 forming a cathode element is arranged in an island shape on a P base layer 3, and a buffer layer 7 made of an N0 layer and an anode electrode 5. A short layer 7 made of an N'' layer is provided between the N emitter layer 2 and the +. '+ij
1° and an anode electrode 5. arranged perpendicularly to the projected image. and short layer 7. The joint area with A1,
If the area of the anode electrode 51 is A, then AI/A2
The X I OO (short rate) is designed to be 20% or less. 8 has a P emitter layer.

次にショート率に関する試験について述べろと、本発明
者が既に提案した第8図に示す構造のGTOをショート
率を変えて各ショート率毎に製造したその製法と不純物
濃度は「D 発明が解決しようとする課題」の項におけ
る当該構造の説明中にて述べたと同様であり、またショ
ート層のパターンはメツシュ状とした。各GTOについ
て最小ゲートトリガ電流1g+を凋へたところ、■□は
ショート率が大きくなるにつれて上昇し、ノヨート率が
20%を越えると十数Aにも達してしまうことがわかっ
た。またこれら試作品において、ショート率が10%以
下ではターンオン特性及びオン状態特性には大きに差は
見られないが、10%を越えるといずれの特性とも徐々
に悪くなり、20%を越えると急激に劣化していくこと
がわかった。
Next, I would like to talk about the test regarding the short rate.The manufacturing method and impurity concentration of the GTO having the structure shown in FIG. This is the same as that described in the explanation of the structure in the section ``Problems to be Solved'', and the short layer pattern was mesh-like. When the minimum gate trigger current of 1 g+ was lowered for each GTO, it was found that ■□ increased as the short-circuit ratio increased, and reached as much as a dozen A when the Noyot ratio exceeded 20%. In addition, in these prototypes, when the short rate is 10% or less, there is no significant difference in turn-on characteristics and on-state characteristics, but when it exceeds 10%, both characteristics gradually deteriorate, and when it exceeds 20%, it suddenly deteriorates. It was found that the condition gradually deteriorated.

一方従来のPINベース構造を有しないアノードエミッ
タショート構造では、ショート率50%前後が通常用い
られていた。これはPINベース構造を有しないため、
ショート率が大きくてもItlの値が数A以下に抑えら
れており、従ってショート率には全く着目されていなか
ったことによる。
On the other hand, in the conventional anode emitter short structure that does not have a PIN base structure, a short ratio of around 50% is usually used. This does not have a PIN-based structure, so
This is because even if the short-circuit rate was large, the value of Itl was suppressed to several A or less, and therefore no attention was paid to the short-circuit rate.

更にショート層の配置パターンの影響を調べるために、
ショート率を7%として、従来のようにNエミツタ層の
直下に即ちその投影像に重なるようにショート層を設け
たGTOと本発明によるGTOとの2種類を先の試験に
おける製法と同様の方法で試作した。これらGTOの素
子径は46mmφ、Nベース層(N−唐)のピーク不純
物濃度は2XIO”atoms/am’、その厚さは7
00μm、Nバッファ層(N’層)のピーク不純物濃度
は2.3x l O”a t oms/cm”、その厚
さは95μm1シヨ一ト層(N゛°層)のピーク不純物
濃度はsx 10”a t oms/cm3、その厚さ
は80μmであり、本発明によるGTOのショート層は
幅200μmの帯状パターンとした。
Furthermore, in order to investigate the influence of the arrangement pattern of the short layer,
Two types of GTO, a conventional GTO in which a short layer was provided directly below the N emitter layer, that is, so as to overlap its projected image, and a GTO according to the present invention, with a short ratio of 7%, were manufactured using the same manufacturing method as in the previous test. I made a prototype. The element diameter of these GTOs is 46 mmφ, the peak impurity concentration of the N base layer (N-Tang) is 2XIO"atoms/am', and the thickness is 7
00 μm, the peak impurity concentration of the N buffer layer (N' layer) is 2.3x lO"atoms/cm", and its thickness is 95 μm.The peak impurity concentration of the 1-shot layer (N'° layer) is sx 10 The short layer of the GTO according to the present invention was a strip pattern with a width of 200 μm.

これらGTOについてI gtとオン状態電圧(vT、
4)とを調べたところほとんど差はなかったが、テイル
損失を調べた結果では大きな差があった。第2図は、試
作した素子において接合温度125℃、しゃ断電流50
0A、過充電電圧ピーク(660Q OVのしゃ新波形
のティルミ流部を示す。
For these GTOs, I gt and on-state voltage (vT,
4), there was almost no difference, but there was a big difference when looking at the tail loss. Figure 2 shows the prototype device at a junction temperature of 125°C and a cut-off current of 50°C.
0A, overcharge voltage peak (660Q) Shows the Tilmi flow part of the new waveform of OV.

なお第2図には、比較のためにショート率O%の素子に
ついての結果も合わせて示した。第2図中(1)〜(3
)は夫々ショート率0%の素子、従来構造の素子、本発
明の素子のティルミ流部である。この結果から本発明に
おけるショート層の配置パターンは、ティルミ流を減少
させるためには従来法に比べてかなり有効であることが
わかる。
For comparison, FIG. 2 also shows the results for an element with a short circuit ratio of 0%. (1) to (3) in Figure 2
) are the Tilmi flow portions of an element with a short circuit ratio of 0%, an element with a conventional structure, and an element of the present invention, respectively. From this result, it can be seen that the short layer arrangement pattern according to the present invention is considerably more effective in reducing the Tilmi flow than the conventional method.

更に第3図に試作した素子のターンオフ損失を同様に示
す。第3図中S、〜S3は夫々ショート率O%の素子、
従来構造の素子、本発明の素子に対応する。第3図から
も本発明の素子がスイッチング損失を低減するのに有効
であることがわかる。
Further, FIG. 3 similarly shows the turn-off loss of the prototype device. In FIG. 3, S and ~S3 are elements with a short circuit rate of 0%, respectively;
This corresponds to an element with a conventional structure and an element of the present invention. It can also be seen from FIG. 3 that the element of the present invention is effective in reducing switching loss.

このように本発明に係るシフ−8層の配置パターンが従
来の配置パターンに比べてティルミ流の減少つまりター
ンオフ時のNベース層中の過剰キャリアの引き出しに有
効である理由を以下に述べる。
The reason why the arrangement pattern of the Schiff-8 layer according to the present invention is more effective in reducing the Tilmi flow, that is, drawing out excess carriers in the N base layer during turn-off than the conventional arrangement pattern, will be described below.

まずPINベース構造を有しないGTOについてである
が、この場合、ターンオフ時のNベース層中の過剰キャ
リアはカソードエレメント直下に集中している。特にカ
ソードエレメントの中心直下に集中しやすい。それで、
従来のアノードエミッタショート構造のショート層のパ
ターンは、カソードエレメント直下の中心付近に配する
のが最も有効とされていた。しかしPINベース構造を
有するGTOでは、低抵抗のNバブ77層の働きで過剰
キャリアはカソードエレメントよりはみ出し、単位GT
O全体にひろがっている。また隣接する単位GTOとの
相互作用により、特に単位GTOのカソードエレメント
の投影像の中心を通りほぼ垂直に交差する帯状に過剰キ
ャリアが集中しやすい。よって本発明のようなパターン
にショート層を配する方法が過剰キャリア引き出しに最
も有効となる。
First, regarding a GTO that does not have a PIN base structure, in this case, excess carriers in the N base layer at turn-off are concentrated directly under the cathode element. In particular, it tends to concentrate directly below the center of the cathode element. So,
It has been considered most effective to arrange the short layer pattern of the conventional anode emitter short structure near the center directly under the cathode element. However, in a GTO with a PIN base structure, excess carriers protrude from the cathode element due to the action of the low-resistance N bubble 77 layer, and the unit GT
It spreads throughout O. In addition, due to interaction with adjacent unit GTOs, excess carriers tend to concentrate particularly in a band shape passing through the center of the projected image of the cathode element of the unit GTO and intersecting almost perpendicularly. Therefore, the method of arranging a short layer in a pattern as in the present invention is most effective for extracting excess carriers.

なお本発明は、主電流導通部が、PN接合で形成される
静電誘導形サイリスタ(S I Th)に適用しても全
く同様の効果が得られる。
Note that even when the present invention is applied to a static induction thyristor (S I Th) in which the main current conducting portion is formed of a PN junction, exactly the same effect can be obtained.

G1発明の効果 本発明によれば、PINベース構造にアノードエミッタ
ショート構造を組み合わせているため、定常損失及びス
イッチング損失の低減を図ることができる。そしてPI
Nベース構造におけるショート率とターンオン特性及び
オン状態特性との関係を見い出して、ショート率を20
%以下としているため、ターンオン特性及びオン状態特
性を損なわないで済む。更に過剰キャリアの広がりに着
目してショート層を、カソードエレメントの投影像の長
手方向における中央部を通りかつその投影像と直交また
は略直交するように配置しているため、ティルミ流をよ
り一層減少させ、これによりターンオフ損失の低減化を
図ることができ、従来のショート層の配置パターンを採
用した場合に比べて、ターンオン損失及び定常損失を増
加させることなく、例えばターンオフ損失を50%程低
減できる。
G1 Effects of the Invention According to the present invention, since the anode emitter short structure is combined with the PIN base structure, steady loss and switching loss can be reduced. and P.I.
By finding the relationship between the short-circuit rate and the turn-on characteristics and on-state characteristics in the N-based structure, the short-circuit rate was set to 20.
% or less, the turn-on characteristics and on-state characteristics are not impaired. Furthermore, focusing on the spread of excess carriers, the short layer is placed so as to pass through the center of the projected image of the cathode element in the longitudinal direction and to be perpendicular or approximately perpendicular to the projected image, further reducing the Tilmi flow. This makes it possible to reduce turn-off loss, for example, by about 50% without increasing turn-on loss and steady-state loss, compared to when a conventional short layer arrangement pattern is adopted. .

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は本発明の実施例に係る素子を示す構造図、第2
図はティルミ流を示す波形図、第3図は各素子のターン
オフ損失を示す比較図、第4図。 第5図、第7図及び第8図は、各々従来例を示す断面図
、第6図はターンオフ特性を示すグラフである。 l・・・Pゲート層、2・・・Nエミツタ層、3・・・
Pベース層、5.・・・アノード電極、6・・・N−ベ
ース層、7・・・N゛バツフフ層71・・・N”ショー
ト層、8・・・P0エミッタ層。 第1図 実施例の構造図 I Pゲート呵    7X◆バブフア腎2  \エミ
ツタ層    71・\0ノヨートリ3 Pベース層 
   8− P4エミッタ層6 \−ベース層 第4図      第5図 従来例の断面図                  
従来例の断面図第6図 ターノオフ特性図 第7図 従来例の断面図 第8図 従来例の断面図
FIG. 1 is a structural diagram showing an element according to an embodiment of the present invention, and FIG.
The figure is a waveform diagram showing the Tilmi flow, Figure 3 is a comparison diagram showing the turn-off loss of each element, and Figure 4. 5, 7, and 8 are cross-sectional views showing conventional examples, and FIG. 6 is a graph showing turn-off characteristics. l...P gate layer, 2...N emitter layer, 3...
P base layer, 5. . . . Anode electrode, 6 . . . N-base layer, 7 . Gate 2 7X◆Babhua kidney 2 \Emitsuta layer 71・\0 Noyotori 3 P base layer
8-P4 emitter layer 6\-base layer Figure 4 Figure 5 Cross-sectional view of conventional example
6. Cross-sectional diagram of conventional example. Figure 6. Turn-off characteristic diagram. Figure 7. Cross-sectional diagram of conventional example. Figure 8. Cross-sectional diagram of conventional example.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] (1)P形半導体よりなるPベース層、N形半導体より
なるNベース層、このNベース層よりもN形不純物濃度
の高いバッファ層及びP形半導体よりなるPエミッタ層
をこの順に積層してなり、前記Pベース層にはカソード
エレメントを島状に配置すると共に、前記Pエミッタ層
にはアノード電極を設け、前記バッファ層とアノード電
極との間にはこれをショートするためのN形半導体より
なるショート層を設け、 前記Pベース層に設けられたゲート層から電流を引き抜
くことによりターンオフする自己消弧素子において、 前記ショート層を、前記カソードエレメントの投影像の
長手方向における中央部を通りかつ前記投影像と直交ま
たは略直交するように配置すると共に、前記アノード電
極とショート層との接合面積のアノード電極面積に対す
る比率が20%以下であることを特徴とする自己消弧素
子。
(1) A P base layer made of a P type semiconductor, an N base layer made of an N type semiconductor, a buffer layer with a higher N type impurity concentration than the N base layer, and a P emitter layer made of a P type semiconductor are laminated in this order. Cathode elements are arranged in the form of islands in the P base layer, an anode electrode is provided in the P emitter layer, and an N-type semiconductor is provided between the buffer layer and the anode electrode to short-circuit them. In a self-turning element that is turned off by drawing a current from a gate layer provided on the P base layer, the short layer passes through the center of the projected image of the cathode element in the longitudinal direction. A self-extinguishing element, which is arranged so as to be perpendicular or substantially perpendicular to the projected image, and a ratio of a bonding area between the anode electrode and the short layer to an anode electrode area is 20% or less.
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Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH01225359A (en) * 1988-03-04 1989-09-08 Fuji Electric Co Ltd Gate turn-off thyristor

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH01225359A (en) * 1988-03-04 1989-09-08 Fuji Electric Co Ltd Gate turn-off thyristor

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