JPH0136263B2 - - Google Patents

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JPH0136263B2
JPH0136263B2 JP10159581A JP10159581A JPH0136263B2 JP H0136263 B2 JPH0136263 B2 JP H0136263B2 JP 10159581 A JP10159581 A JP 10159581A JP 10159581 A JP10159581 A JP 10159581A JP H0136263 B2 JPH0136263 B2 JP H0136263B2
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Japan
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thyristor
pilot
thyristors
base layer
current
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Hiromichi Oohashi
Yoshihiro Yamaguchi
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Toshiba Corp
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Tokyo Shibaura Electric Co Ltd
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    • H01ELECTRIC ELEMENTS
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    • H01L31/00Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/08Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof in which radiation controls flow of current through the device, e.g. photoresistors
    • H01L31/10Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof in which radiation controls flow of current through the device, e.g. photoresistors characterised by potential barriers, e.g. phototransistors
    • H01L31/101Devices sensitive to infrared, visible or ultraviolet radiation
    • H01L31/111Devices sensitive to infrared, visible or ultraviolet radiation characterised by at least three potential barriers, e.g. photothyristors
    • H01L31/1113Devices sensitive to infrared, visible or ultraviolet radiation characterised by at least three potential barriers, e.g. photothyristors the device being a photothyristor

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Description

【発明の詳細な説明】 本発明はdi/dt耐量の増大と高感度化を図つた
サイリスタに関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to a thyristor with increased di/dt tolerance and high sensitivity.

サイリスタは導電型を交互に異ならせ、表裏の
半導体層表面にアノード電極とカソード電極とを
取付けた4つの半導体層により構成され、アノー
ド電極側より一般にPエミツタ層、Nベース層、
Pベース層、Nエミツタ層とした構造を有してい
る。しかしてこのサイリスタでは、Pベース層に
設けられたゲート電極にトリガ信号を印加するこ
とによつて、先ずゲート近傍の小面積がターンオ
ンし、時間の経過に伴つてその接合全面積に亘つ
てターンオン領域が拡大して導通する。この為、
ターンオン時の突入電流上昇率di/dtが大きい
と、素子能力以上にゲート近傍の限られた導通部
分に電流が集中し、この結果、局所的な温度上昇
による熱破壊が生じることがある。
A thyristor is composed of four semiconductor layers of alternating conductivity types, with an anode electrode and a cathode electrode attached to the front and back semiconductor layer surfaces, and generally includes a P emitter layer, an N base layer, and a cathode electrode from the anode side.
It has a structure including a P base layer and an N emitter layer. However, in this thyristor, by applying a trigger signal to the gate electrode provided on the P base layer, a small area near the gate is first turned on, and as time passes, the entire junction area is turned on. The area expands and becomes conductive. For this reason,
If the inrush current increase rate di/dt at turn-on is large, the current will concentrate in a limited conduction area near the gate in excess of the device's ability, and as a result, thermal damage may occur due to a local temperature rise.

そこで近年ではサイリスタの高耐圧化、大容量
化に伴い、スイツチング時のdi/dt耐量が大き
く、しかもゲート制御電流のできるだけ小さいサ
イリスタの出現が望まれている。然し乍ら一般的
にはdi/dt耐量を大きくするとゲート制御電流が
増大すると云う相反する問題があつた。また近
時、ゲート電流に代えて光信号によりスイツチン
グ動作を制御する光サイリスタが開発されている
が、利用可能な光エネルギーに限度がある上、ハ
イ・ゲート・ドライブが困難な為、di/dt耐量を
大きくできなかつた。これ故、di/dt耐量を損う
ことなしにゲート感度の向上を図つた高耐圧・大
容量のサイリスタの開発が強く望まれていた。
Therefore, in recent years, as thyristors have become higher in voltage and capacity, there has been a desire for a thyristor that has a large di/dt capability during switching and has a gate control current that is as small as possible. However, there is generally a contradictory problem in that increasing the di/dt tolerance increases the gate control current. Recently, optical thyristors have been developed that control switching operation using optical signals instead of gate currents, but there is a limit to the usable optical energy and high gate drive is difficult, so di/dt I was unable to increase the tolerance level. Therefore, there has been a strong desire to develop a high-voltage, large-capacity thyristor that can improve gate sensitivity without compromising di/dt capability.

第1図はこのような問題を解決すべく構成され
た光サイリスタの断面構造を模式的に示したもの
である。図において、Pエミツタ層1、Nベース
層2、Pベース層3、Nエミツタ層4からなる4
つの半導体層からなるサイリスタの上記Pエミツ
タ層1表面にはアノード電極5が、またNエミツ
タ層4の表面にはカソード電極6が配設されてお
り、メインサイリスタが形成されている。上記N
エミツタ層4は、Pベース層3の外周側に円環状
に形成されたものである。またこのメインサイリ
スタのPベース層3には複数のパイロツトサイリ
スタを形成するエミツタ層7a,7b,7cが相
互に離間して同心円状に形成されており、その中
央部には受光部8が形成されている。
FIG. 1 schematically shows the cross-sectional structure of an optical thyristor constructed to solve such problems. In the figure, 4 layers consisting of a P emitter layer 1, an N base layer 2, a P base layer 3, and an N emitter layer 4 are shown.
An anode electrode 5 is provided on the surface of the P emitter layer 1 and a cathode electrode 6 is provided on the surface of the N emitter layer 4 of the thyristor consisting of two semiconductor layers, forming a main thyristor. Above N
The emitter layer 4 is formed in an annular shape on the outer peripheral side of the P base layer 3. Further, in the P base layer 3 of this main thyristor, emitter layers 7a, 7b, and 7c forming a plurality of pilot thyristors are formed in concentric circles spaced apart from each other, and a light receiving part 8 is formed in the center of the emitter layers 7a, 7b, and 7c. ing.

しかして今、このサイリスタの受光部8に光ト
リガ信号h〓を照射すると、これによつて発生する
光電流IphはPベース層3を横方向に流れ、メイ
ンサイリスタのNエミツタ層4に設けられた短絡
部9を経由してカソード電極6に流れる。このと
き上記光電流IphによつてPベース層3に発生す
る横方向電位差は、パイロツトサイリスタのNエ
ミツタ層7a,7b,7cを順方向にバイアスす
る。この順方向バイアスの一番深い部分、つまり
受光部8の電圧がPベース層3とNエミツタ層7
a,7b,7cとの間に形成される接合部のビル
トインポテンシヤルの値に近付くと、Nエミツタ
層7a,7b,7cからPベース層3への電子の
注入が急増し、この結果パイロツトサイリスタは
受光部8の領域からターンオンする。このターン
オン電流は電極10aを経由して次段のパイロツ
トサイリスタに流れ、ハイゲートドライブ電流と
して同パイロツトサイリスタを最適な条件でター
ンオンさせる。そして同様にしてこのパイロツト
サイリスタのサイリスタのターンオンにより、第
3段目のパイロツトサイリスタが駆動され、更に
これによつてメインサイリスタがターンオン駆動
されることになる。
Now, however, when the light-receiving part 8 of this thyristor is irradiated with an optical trigger signal h, the photocurrent I ph generated by this flows laterally through the P base layer 3 and is connected to the N emitter layer 4 of the main thyristor. The current flows to the cathode electrode 6 via the short-circuit portion 9 . At this time, the lateral potential difference generated in the P base layer 3 by the photocurrent I ph biases the N emitter layers 7a, 7b, 7c of the pilot thyristor in the forward direction. The deepest part of this forward bias, that is, the voltage of the light receiving section 8 is the voltage between the P base layer 3 and the N emitter layer 7.
When the value of the built-in potential of the junction formed between N emitter layers 7a, 7b, and 7c approaches the value of It turns on from the area of the light receiving section 8. This turn-on current flows to the next-stage pilot thyristor via the electrode 10a, and serves as a high gate drive current to turn on the pilot thyristor under optimal conditions. Similarly, by turning on the pilot thyristor, the third stage pilot thyristor is driven, which in turn turns on the main thyristor.

このようにして多段構成されたパイロツトサイ
リスタによつて、ターンオン初期時に発生する過
大な電力損失を各パイロツトサイリスタに分散さ
せることにより、ホツトスポツトの発生を防止
し、di/dt耐量の改善を図ることが行われてい
る。
By dispersing the excessive power loss that occurs at the initial stage of turn-on to each pilot thyristor by using the pilot thyristors configured in multiple stages in this way, it is possible to prevent the occurrence of hot spots and improve di/dt tolerance. It is being done.

ところが、このような従来の多段増幅ゲート構
造のサイリスタにあつては、次のような欠点があ
つた。
However, such a conventional thyristor having a multi-stage amplification gate structure has the following drawbacks.

即ち、初段のパイロツトサイリスタのPベース
層3の抵抗値を大きくし、光電流Iphによつて発
生するPベース層3の横方向電位差を大きくする
と、これにより光感度(ゲート感度)の向上を図
り得るが、その反面、サイリスタ主回路から混入
する電圧ノイズに対して誤点弧しやすくなる。つ
まり急峻な電圧上昇率を持つ電圧ノイズがアノー
ド電極5′とカソード電極6間に加わると、これ
によつて発生する変位電流が上記光電流Iphと同
じ経路を通る為、この結果光感度を高くすると電
圧ノイズによつて誤点弧し易すくなる。この電圧
ノイズに対して誤点弧しないための許容最大
dv/dt値がdv/dt耐量と称されるものである。
That is, by increasing the resistance value of the P base layer 3 of the first-stage pilot thyristor and increasing the lateral potential difference of the P base layer 3 generated by the photocurrent I ph , the photosensitivity (gate sensitivity) can be improved. However, on the other hand, erroneous firing is likely to occur due to voltage noise mixed in from the thyristor main circuit. In other words, when voltage noise with a steep voltage increase rate is applied between the anode electrode 5' and the cathode electrode 6, the displacement current generated by this passes through the same path as the photocurrent I ph , resulting in a decrease in photosensitivity. If it is set too high, erroneous ignition is more likely to occur due to voltage noise. Maximum allowable value to prevent false ignition due to this voltage noise
The dv/dt value is called dv/dt tolerance.

一方、初段のパイロツトサイリスタのNエミツ
タ層7aの半径Rを小さくし、この領域で発生す
る変位電流の量を抑制し、且つNエミツタ層7a
直下のPベース層3の抵抗値を大きくすること
で、上記dv/dt耐量を損うことなしに光感度の
向上を図ることができる。然し乍らこのとき、
di/dt耐量の低下を防止する為に、初段のパイロ
ツトサイリスタで発生するスイツチング損失を軽
減することが必要となる。この点、前述したよう
にパイロツトサイリスタの段数を増やすことによ
つて、各段におけるスイツチング損失を少なくす
ることができるが、前記変位電流は光電流Iph
違つて接合領域の全面積に亘つて流れるから、メ
インサイリスタのNエミツタ層4の前記短絡部9
に近付くに従つてその値が大きくなる。この為、
パイロツトサイリスタの段数を増した場合、逆に
後段のパイロツトサイリスタやメインサイリスタ
において、電圧ノイズによる誤点弧が生じ易くな
ると云う新たな問題が生じた。
On the other hand, the radius R of the N emitter layer 7a of the first stage pilot thyristor is reduced to suppress the amount of displacement current generated in this region, and the N emitter layer 7a is
By increasing the resistance value of the P base layer 3 immediately below, it is possible to improve the photosensitivity without impairing the above-mentioned dv/dt tolerance. However, at this time,
In order to prevent the di/dt tolerance from decreasing, it is necessary to reduce the switching loss that occurs in the first stage pilot thyristor. In this regard, as mentioned above, by increasing the number of stages of pilot thyristors, the switching loss in each stage can be reduced, but unlike the photocurrent I ph , the displacement current spreads over the entire area of the junction region. Since the current flows, the short circuit part 9 of the N emitter layer 4 of the main thyristor
Its value increases as it approaches . For this reason,
When the number of stages of pilot thyristors is increased, a new problem arises in that erroneous firing due to voltage noise becomes more likely to occur in the pilot thyristor and main thyristor in the subsequent stages.

更にパイロツトサイリスタの段数が増加する
と、ターンオンに必要な最小アノード電圧、つま
りフインガ電圧が増加する傾向がある。このフイ
ンガ電圧の大きなサイリスタを例えば並列運転す
ると、並列運転される各サイリスタの両端に印加
されるアノード電圧が最初にターンオンしたサイ
リスタのオン電圧によつて決定されてしまう為、
フインガ電圧の更に大きい他のサイリスタがター
ンオンしなくなると云う不具合が生じる。このよ
うな各種の問題は、上述した光サイリスタに限ら
ず、通常の電気トリガ式のサイリスタにも同様に
存在する。
Furthermore, as the number of pilot thyristor stages increases, the minimum anode voltage required for turn-on, ie, the finger voltage, tends to increase. For example, when thyristors with large finger voltages are operated in parallel, the anode voltage applied to both ends of each thyristor operated in parallel is determined by the on-voltage of the thyristor that is turned on first.
A problem arises in that other thyristors with higher finger voltages no longer turn on. These various problems exist not only in the above-mentioned optical thyristor but also in ordinary electrically triggered thyristors.

本発明はこのような事情を考慮してなされたも
ので、その目的とするところは、dv/dt耐量や
フインガ電圧等の特性を損うことなしに、光感度
(ゲート感度)の向上とdi/dt耐量の改善を図る
ことのできる諸特性に優れたサイリスタを提供す
ることにある。
The present invention was made in consideration of these circumstances, and its purpose is to improve photosensitivity (gate sensitivity) and di An object of the present invention is to provide a thyristor with excellent characteristics that can improve the /dt withstand capacity.

即ち本発明は、パイロツトサイリスタの初期点
弧領域の電流方向、および初段のパイロツトサイ
リスタを除く他のパイロツトサイリスタとメイン
サイリスタの各初期点弧領域の電流方向をそれぞ
れ最適な結晶軸方向に規定することによつて、ま
たベース層に設けた溝によつて電流方向を制限す
ることによつて上述した目的を効果的に達成した
ものである。
That is, the present invention defines the current direction in the initial firing region of the pilot thyristor and the current direction in each initial firing region of the pilot thyristors other than the first stage pilot thyristor and the main thyristor to the respective optimum crystal axis directions. The above-mentioned object is effectively achieved by restricting the current direction by the groove provided in the base layer.

以下、図面を参照して本発明の一実施例につき
説明する。
Hereinafter, one embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.

第2図は実施例に係るサイリスタの平面構成図
であり、第3図は同サイリスタの断面構成図であ
る。このサイリスタは、先の第1図に示す従来構
造のサイリスタと同様に、4つの半導体層1,
2,3,4を導電型を交互に異ならせて積層し、
最外周にメインサイリスタを、そして内側より第
1乃至第3のパイロツトサイリスタを形成して構
成される。しかしてPベース層3には、パイロツ
トサイリスタからメインサイリスタに至る初期点
弧電流方向を規定する溝11a,11b,11c
が、例えばケミカルエツチングによつて形成さ
れ、この溝部11a,11b,11cにおけるP
ベース抵抗が他のPベース層3より高く設定され
ている。そして、メインサイリスタのNエミツタ
層4から分離し、且つ同導電型に形成されるパイ
ロツトサイリスタの各Nエミツタ層は、初期ター
ンオン領域における電流方向が次のように所定の
結晶軸方向となるべく、その長さ方向を規定して
設けられている。即ち、前記溝11a,11b,
11cによつて3つのパイロツトサイリスタ列に
区分された各列の第1段目のパイロツトサイリス
タ12a,12b,12cは、Nエミツタ層13
a,13b,13cの長手方向が受光部14を囲
んで結晶軸〔011〕、〔110〕、〔101〕方向とな
るべく設定されており、これによつて各パイロツ
トサイリスタ12a,12b,12cでは、それ
ぞれ上記結晶軸方向と直角な方向に初期ターンオ
ン電流が流れるようになつている。また第2段目
および第3段目のパイロツトサイリスタ15a,
15b,15c,16a,16b,16cはその
Nエミツタ層17a,17b,17c,18a,
18b,18cの長手方向を結晶軸〔011〕、
〔110〕、〔101〕方向となるべく定められ、これ
によつて前記溝11a,11b,11cと相俟つ
て、初段のパイロツトサイリスタ12a,12
b,12cからの電流を、上記各結晶軸方向と直
角な方向に流すべく、初期ターンオン領域を形成
している。そして、メインサイリスタ19は、上
記電流を第3段目のパイロツトサイリスタ16
a,16b,16cと同じ方向に流すべく、その
集電電極20に短絡部21を形成している。尚、
図中22はメインサイリスタ19のNエミツタ層
を示しており、23はPベース層を示している。
従つて、このサイリスタでは受光部14に光トリ
ガ信号を照射して生起される初期ターンオン電流
が、図中太線矢印で示すように、溝11a,11
b,11cによつて区分されたパイロツトサイリ
スタ12a,12b,12c,15a,15b,
15c,16a,16b,16cの各列をそれぞ
れ介してメインサイリスタ19に流れるようにな
つている。
FIG. 2 is a plan view of the thyristor according to the embodiment, and FIG. 3 is a cross-sectional view of the thyristor. This thyristor, like the thyristor of the conventional structure shown in FIG.
2, 3, and 4 are stacked with alternating conductivity types,
The main thyristor is formed on the outermost periphery, and the first to third pilot thyristors are formed from the inside. Therefore, the P base layer 3 has grooves 11a, 11b, 11c that define the initial firing current direction from the pilot thyristor to the main thyristor.
is formed by, for example, chemical etching, and the P in the grooves 11a, 11b, 11c is
The base resistance is set higher than other P base layers 3. Each N emitter layer of the pilot thyristor, which is separated from the N emitter layer 4 of the main thyristor and is formed to have the same conductivity type, is arranged so that the current direction in the initial turn-on region is in the predetermined crystal axis direction as follows. It is provided to define the length direction. That is, the grooves 11a, 11b,
The first stage pilot thyristors 12a, 12b, 12c of each row divided into three pilot thyristor rows by 11c are connected to the N emitter layer 13.
The longitudinal directions of a, 13b, and 13c are preferably set to the crystal axes [011], [110], and [101] directions surrounding the light receiving part 14, so that in each pilot thyristor 12a, 12b, and 12c, In each case, the initial turn-on current flows in a direction perpendicular to the crystal axis direction. In addition, the second and third stage pilot thyristors 15a,
15b, 15c, 16a, 16b, 16c are the N emitter layers 17a, 17b, 17c, 18a,
The longitudinal direction of 18b and 18c is the crystal axis [011],
The [110] and [101] directions are preferably determined, so that, together with the grooves 11a, 11b, 11c, the first stage pilot thyristors 12a, 12
An initial turn-on region is formed so that the current from b and 12c flows in a direction perpendicular to each crystal axis direction. The main thyristor 19 then transfers the above current to the third stage pilot thyristor 16.
A short circuit portion 21 is formed in the current collecting electrode 20 so that the current flows in the same direction as a, 16b, and 16c. still,
In the figure, 22 indicates the N emitter layer of the main thyristor 19, and 23 indicates the P base layer.
Therefore, in this thyristor, the initial turn-on current generated by irradiating the light-receiving section 14 with the optical trigger signal flows through the grooves 11a and 11, as shown by the thick arrow in the figure.
Pilot thyristors 12a, 12b, 12c, 15a, 15b, divided by b, 11c,
The current flows to the main thyristor 19 through each row of 15c, 16a, 16b, and 16c.

即ち、第3図に示す断面構造を参照してその動
作を一次元的に簡易化して説明すると、光トリガ
信号を受光部14に照射すると、その中央接合部
の空乏層領域で主に発生する光電流IphはPベー
ス層3に流入する。この光電流Iphは受光部14
の周囲に設けられた集電電極23に集められたの
ち、溝部11a,11b,11cによる高抵抗層
によつて電流方向を規制され、各列のパイロツト
サイリスタのPベース層3をそれぞれ介してメイ
ンサイリスタに流れ込む。そして、このメインサ
イリスタでは、Pベース層3とカソード電極4と
を短絡する短絡部21を介して上記カソード電極
4に流れることになる。しかして、このパイロツ
トサイリスタの各列において電流方向を規定さ
れ、Pベース層3を横方向に流れる光電流Iphは、
Pベース層3に横方向電位差を発生させ、各パイ
ロツトサイリスタのNエミツタをそれぞれ順方向
にバイアスすることになる。これによつて先の第
1図に示す従来構造のサイリスタと同様にして各
パイロツトサイリスタが順次ターンオンし、この
ターンオン電流がハイゲートドライブ電流として
メインサイリスタ19をターンオンすることにな
る。
That is, to explain its operation in a one-dimensional and simplified manner with reference to the cross-sectional structure shown in FIG. The photocurrent I ph flows into the P base layer 3 . This photocurrent I ph is
The current direction is regulated by the high resistance layer formed by the grooves 11a, 11b, and 11c, and the current flows through the P base layer 3 of the pilot thyristor in each row to the main current. Flows into the thyristor. In this main thyristor, the current flows to the cathode electrode 4 via the short-circuit portion 21 that short-circuits the P base layer 3 and the cathode electrode 4. Therefore, the photocurrent I ph which flows in the P base layer 3 in the lateral direction and whose current direction is defined in each row of pilot thyristors is:
A lateral potential difference is generated in the P base layer 3, and the N emitters of each pilot thyristor are biased in the forward direction. As a result, each pilot thyristor is turned on in sequence in the same way as the thyristor of the conventional structure shown in FIG. 1, and this turn-on current turns on the main thyristor 19 as a high gate drive current.

ところでサイリスタにおける初期ターンオン領
域の導通状態は、結晶軸方向によつて異なる。例
えば下記の文献 Solid―State Electronics “Ohservation of the Initial Phases of
Thyristor TURN―ON” 1974.Vol 17 pp 879〜880 に紹介されるように、リング状のNエミツタを持
つパイロツトサイリスタでは、リング状にターン
オンした導通領域は、ターンオン後1〜2μsec経
過すると、結晶軸〔011〕〔110〕〔101〕方向
に導通領域が残り、結晶軸〔011〕〔110〕〔1
01〕方向の導通領域が急激に消滅する。しかして
本構造のサイリスタはこの結晶軸方向の異方性を
積極的に利用することによつて、従来構造の問題
点を効果的に解決している。
Incidentally, the conduction state of the initial turn-on region in a thyristor differs depending on the crystal axis direction. For example, the following document Solid-State Electronics “Ohservation of the Initial Phases of
As introduced in "Thyristor TURN-ON" 1974.Vol 17 pp 879-880, in a pilot thyristor with a ring-shaped N emitter, the ring-shaped conduction region turns on after 1 to 2 μsec after turn-on, and the crystal axis changes. A conductive region remains in the [011][110][101] direction, and the crystal axis [011][110][1
01] direction suddenly disappears. However, the thyristor of this structure effectively solves the problems of the conventional structure by actively utilizing this anisotropy in the crystal axis direction.

即ち、本サイリスタでは、1段目のパイロツト
サイリスタ12a,12b,12cの初期ターン
オン領域の長さ方向が、結晶軸〔011〕〔110〕
〔101〕方向となるべくNエミツタ層13a,1
3b,13cの形成方向が定められており、従つ
て、これらの第1段目のパイロツトサイリスタ1
2a,12b,12cによつて各列の2段目およ
び3段目のパイロツトサイリスタがターンオンさ
れると共に、上記1段目のパイロツトサイリスタ
12a,12b,12cの初期導通領域が急速に
消滅する。この結果、ターンオン初期に発生する
過大な電力損失が第1のパイロツトサイリスタ1
2a,12b,12cに集中することが未然に防
がれ、あるいは大幅に軽減される。これ故初段
(第1)のパイロツトサイリスタ12a,12b,
12cの初期ターンオン領域を十分に小さくする
ことができる。またこの初期ターンオン領域は、
主としてNエミツタ層13a,13b,13cの
長さによつて決定される。従つて、このNエミツ
タ層13a,13b,13cの長さを小さくする
ことによつて、第2図に示す平面構成から明らか
なように、集電電極23の部分で発生する変位電
流の量を小さくすることができる。故に、Nエミ
ツタ層13a,13b,13c下のPベース層3
の抵抗を大きくして、光電流Iphに対する感度を
高めても、これによつてdv/dt耐量が損われる
ことはないと云う著しい効果が奏せられる。更に
は、前記溝部11a,11b,11cの下のベー
ス層3で発生する変位電流は各パイロツトサイリ
スタのPベース層3領域を流れることは殆んどな
いから、例えパイロツトサイリスタの構成段数を
増加させても、その最外周、つまり後段のパイロ
ツトサイリスタのdv/dt耐量が犠牲になること
はない。従つてパイロツトサイリスタの仕様設計
を非常に簡単に行うことが可能となる。更に本構
造によればdi/dt耐量を上げる為に、必要以上に
パイロツトサイリスタの構成段数を増加させる必
要がなく、故にdi/dt耐量の改善に伴うフインガ
電圧の増大も最小限に抑えることができる等の絶
大なる効果を奏する。
That is, in this thyristor, the length direction of the initial turn-on region of the first-stage pilot thyristors 12a, 12b, and 12c is the crystal axis [011][110]
N emitter layer 13a, 1 preferably in the [101] direction
3b and 13c are determined, therefore, these first stage pilot thyristors 1
2a, 12b, 12c turn on the second and third stage pilot thyristors of each column, and the initial conduction regions of the first stage pilot thyristors 12a, 12b, 12c rapidly disappear. As a result, excessive power loss that occurs at the initial stage of turn-on occurs in the first pilot thyristor 1.
2a, 12b, and 12c is prevented or significantly reduced. Therefore, the first stage (first) pilot thyristor 12a, 12b,
The initial turn-on region of 12c can be made sufficiently small. Also, this initial turn-on region is
It is mainly determined by the lengths of the N emitter layers 13a, 13b, and 13c. Therefore, by reducing the length of the N emitter layers 13a, 13b, and 13c, the amount of displacement current generated at the current collecting electrode 23 can be reduced, as is clear from the planar configuration shown in FIG. Can be made smaller. Therefore, the P base layer 3 under the N emitter layers 13a, 13b, 13c
Even if the sensitivity to the photocurrent I ph is increased by increasing the resistance, the dv/dt tolerance is not impaired by this, which is a remarkable effect. Furthermore, since the displacement current generated in the base layer 3 under the grooves 11a, 11b, and 11c hardly flows through the P base layer 3 region of each pilot thyristor, even if the number of stages of the pilot thyristor is increased. However, the dv/dt tolerance of the outermost periphery, that is, the rear-stage pilot thyristor, is not sacrificed. Therefore, it becomes possible to design the specifications of the pilot thyristor very easily. Furthermore, according to this structure, there is no need to increase the number of pilot thyristor stages more than necessary in order to increase the di/dt withstand capability, and therefore the increase in finger voltage due to the improvement of the di/dt withstand capability can be minimized. It has great effects such as:

尚、本発明は上記実施例にのみ限定されるもの
ではない。実施例では光サイリスタにつき例示し
たが、受光部14のPベース層上にゲート電極を
設けた電気トリガ式のものであつても同様に適用
できる。また溝の形状や深さ、その個数、更には
パイロツトサイリスタの構成段数は仕様に応じて
定めればよいものである。また実施例では第1の
パイロツトサイリスタの初期ターンオン領域の長
さ方向のみを結晶軸〔011〕〔110〕〔101〕方
向としたが、2段目のパイロツトサイリスタもこ
れと同方向に形成するようにしてもよい。
Note that the present invention is not limited only to the above embodiments. In the embodiment, an optical thyristor is illustrated, but an electrically triggered type in which a gate electrode is provided on the P base layer of the light receiving section 14 can be similarly applied. Further, the shape and depth of the grooves, their number, and the number of stages of the pilot thyristor may be determined according to the specifications. Furthermore, in the embodiment, only the length direction of the initial turn-on region of the first pilot thyristor was set in the crystal axis [011][110][101] direction, but the second stage pilot thyristor was also formed in the same direction. You may also do so.

なお本発明の効果は、パイロツトサイリスタの
分割数によらない。第4図a,bに示すように例
えば、分割数が「1」の場合でも、本発明の効果
はかわらない。同図において、スイツチ31を閉
じ、ゲート信号をゲート電極32に印加するとゲ
ート電流igは溝部33に阻まれるため、集電電極
34を経由して、Pベースのカソード電極短絡部
35を経由して流れる。ゲート電流によつて、パ
イロツトサイリスタ部36が、ターンオンすると
ターンオン電流は集電電極34を経由して、短絡
部35を経由して、カソード電極37へ流れ、メ
インサイリスタ部38のゲート電極として機能す
る。この場合パイロツトサイリスタ36ゲート電
極対向長方向を例えば〔110〕方向にメインサ
イリスタ38の集電電極対向長方向を〔110〕す
れば本発明の効果を得ることができる。要するに
本発明はその要旨を逸脱しない範囲で種々変形し
て実施することができる。
Note that the effects of the present invention do not depend on the number of divisions of the pilot thyristor. For example, even when the number of divisions is "1" as shown in FIGS. 4a and 4b, the effects of the present invention do not change. In the same figure, when the switch 31 is closed and a gate signal is applied to the gate electrode 32, the gate current i g is blocked by the groove 33, so it passes through the current collecting electrode 34 and the P-based cathode electrode short circuit 35. It flows. When the pilot thyristor section 36 is turned on by the gate current, the turn-on current flows through the current collecting electrode 34, the short circuit section 35, and the cathode electrode 37, which functions as the gate electrode of the main thyristor section 38. . In this case, the effect of the present invention can be obtained by setting the length direction of the pilot thyristor 36 facing the gate electrode in the [110] direction and the length direction of the main thyristor 38 facing the current collecting electrode in the [110] direction. In short, the present invention can be implemented with various modifications without departing from the gist thereof.

以上詳述したように本発明によれば、フインガ
電圧やdv/dt耐量等の主要な特性を損うことな
しに、di/dt耐量の向上とゲート感度の大幅な向
上を図り得る。しかもパイロツトサイリスタの初
期ターンオン領域の長さ方向を規定し、且つ溝に
よつて電流方向を規定するだけで上記目的を極め
て効果的に達成することができ、実用上絶大なる
利点効果を奏し得る。
As described in detail above, according to the present invention, di/dt withstand capability and gate sensitivity can be significantly improved without impairing major characteristics such as finger voltage and dv/dt withstand capability. Moreover, by simply defining the length direction of the initial turn-on region of the pilot thyristor and defining the current direction by the groove, the above object can be achieved extremely effectively, and great practical advantages can be achieved.

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

第1図は従来構造のサイリスタを示す構成図、
第2図は本発明の一実施例に係るサイリスタの平
面構成図、第3図は同実施例サイリスタの断面構
成図、第4図a,bは本発明の別の実施例を示す
構成図である。 3…Pベース層、4…Nエミツタ層、6…カソ
ード電極、11a,11b,11c…溝、12
a,12b,12c…第1のパイロツトサイリス
タ、13a,13b,13c…Nエミツタ層、1
4…受光部、15a,15b,15c,16a,
16b,16c…第2および第3のパイロツトサ
イリスタ、17a,17b,17c,18a,1
8b,18c…Nエミツタ層、19…メインサイ
リスタ、20,23…集電電極、21…短絡部、
22…Nエミツタ層。
Figure 1 is a configuration diagram showing a thyristor with a conventional structure.
FIG. 2 is a plan configuration diagram of a thyristor according to an embodiment of the present invention, FIG. 3 is a cross-sectional configuration diagram of the thyristor of the same embodiment, and FIGS. 4a and 4b are configuration diagrams showing another embodiment of the present invention. be. 3...P base layer, 4...N emitter layer, 6...cathode electrode, 11a, 11b, 11c...groove, 12
a, 12b, 12c...first pilot thyristor, 13a, 13b, 13c...N emitter layer, 1
4... Light receiving section, 15a, 15b, 15c, 16a,
16b, 16c...second and third pilot thyristors, 17a, 17b, 17c, 18a, 1
8b, 18c... N emitter layer, 19... Main thyristor, 20, 23... Current collecting electrode, 21... Short circuit part,
22...N emitter layer.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 導電型を交互に異ならせて積層された4つの
半導体層からなるメインサイリスタのベース層中
に、上記メインサイリスタのエミツタ層を除く他
の3つの半導体層を共有するパイロツトサイリス
タのエミツタ層を、上記メインサイリスタのエミ
ツタ層から分離し、且つこのメインサイリスタの
エミツタ層と同導電型に形成してなるサイリスタ
において、上記パイロツトサイリスタの初期点弧
領域の電流方向を結晶軸〔011〕、〔110〕、〔1
01〕方向と直角な方向に定め、このパイロツトサ
イリスタの点弧によつて駆動されるメインサイリ
スタの初期点弧領域の電流方向を結晶軸〔01
1〕、〔110〕、〔101〕方向と直角な方向に定めて
なることを特徴とするサイリスタ。 2 初期点弧領域の電流方向は、ベース層に形成
されるエミツタ層の長手方向と、ベース層に設け
られた溝によつて電流の流れる方向を規制して定
められるものである特許請求の範囲第1項記載の
サイリスタ。 3 パイロツトサイリスタは、メインサイリスタ
に向つて複数の列を形成して設けられるものであ
つて、パイロツトサイリスタの各列はベース層に
設けられた溝によつてそれぞれ分離構成されるも
のである特許請求の範囲第1項記載のサイリス
タ。 4 パイロツトサイリスタは、メインサイリスタ
に向つて複数個形成されて初段のパイロツトサイ
リスタから順次点弧駆動されるものであつて、初
期点弧領域の電流方向が結晶軸〔011〕、〔11
0〕、〔101〕方向と直角な方向に定められるパイ
ロツトサイリスタは、少なくとも初段のパイロツ
トサイリスタであつて、残りのパイロツトサイリ
スタの初期点弧領域の電流方向はメインサイリス
タと共に結晶軸〔011〕、〔110〕、〔101〕方向
と直角な方向に定められるものである特許請求の
範囲第1項記載のサイリスタ。 5 初段のパイロツトサイリスタは、光トリガ信
号を受けて点弧動作するものである特許請求の範
囲第4項記載のサイリスタ。
[Scope of Claims] 1. A pilot which shares three semiconductor layers other than the emitter layer of the main thyristor in the base layer of a main thyristor consisting of four semiconductor layers laminated with alternating conductivity types. In a thyristor in which the emitter layer of the thyristor is separated from the emitter layer of the main thyristor and formed to have the same conductivity type as the emitter layer of the main thyristor, the current direction in the initial firing region of the pilot thyristor is set to the crystal axis [ 011], [110], [1
01], and the current direction in the initial firing region of the main thyristor driven by the firing of this pilot thyristor is set perpendicular to the crystal axis [01].
1], [110], and [101] directions perpendicular to the directions. 2. The current direction in the initial ignition region is determined by regulating the direction of current flow by the longitudinal direction of the emitter layer formed in the base layer and the groove provided in the base layer. Thyristor according to item 1. 3. A patent claim in which the pilot thyristors are provided in a plurality of rows facing the main thyristor, and each row of the pilot thyristors is separated from each other by a groove provided in the base layer. The thyristor according to item 1. 4. A plurality of pilot thyristors are formed toward the main thyristor and are fired sequentially from the first stage pilot thyristor, and the current direction in the initial firing region is the crystal axis [011], [11].
The pilot thyristors defined in the direction perpendicular to the [0], [101] directions are at least the first-stage pilot thyristors, and the current direction in the initial firing region of the remaining pilot thyristors is along the crystal axes [011], [011] and [101] along with the main thyristor. The thyristor according to claim 1, which is defined in a direction perpendicular to the [110] and [101] directions. 5. The thyristor according to claim 4, wherein the first-stage pilot thyristor is activated in response to an optical trigger signal.
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DE102004040524B4 (en) * 2004-08-20 2006-06-29 eupec Europäische Gesellschaft für Leistungshalbleiter mbH Thyristor has direction specific resistance zone between ignition structure and main n emitter so that ignition pulse time is independent of the spreading direction

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