JPH02130960A - ゲートターンオフサイリスタ - Google Patents

ゲートターンオフサイリスタ

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Publication number
JPH02130960A
JPH02130960A JP28526288A JP28526288A JPH02130960A JP H02130960 A JPH02130960 A JP H02130960A JP 28526288 A JP28526288 A JP 28526288A JP 28526288 A JP28526288 A JP 28526288A JP H02130960 A JPH02130960 A JP H02130960A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
gate
turn
layer
segment
emitter
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP28526288A
Other languages
English (en)
Inventor
Fumiaki Kirihata
桐畑 文昭
Hideaki Kakigi
秀昭 柿木
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Fuji Electric Co Ltd
Original Assignee
Fuji Electric Co Ltd
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Filing date
Publication date
Application filed by Fuji Electric Co Ltd filed Critical Fuji Electric Co Ltd
Priority to JP28526288A priority Critical patent/JPH02130960A/ja
Publication of JPH02130960A publication Critical patent/JPH02130960A/ja
Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/02Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/06Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions
    • H01L29/08Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions with semiconductor regions connected to an electrode carrying current to be rectified, amplified or switched and such electrode being part of a semiconductor device which comprises three or more electrodes
    • H01L29/083Anode or cathode regions of thyristors or gated bipolar-mode devices
    • H01L29/0834Anode regions of thyristors or gated bipolar-mode devices, e.g. supplementary regions surrounding anode regions

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Thyristors (AREA)

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、pnpn4層からなり、一端のエミッタ層が
突出した複数の島状のセグメントとして形成され、セグ
メントを取囲む隣接ベース層の露出面にゲート電極が被
着され、ゲート電極に接触してゲート端子が設けられる
ゲートターンオフ(GTO)サイリスクに関する。
〔従来の技術〕
ケート信号によって、ターンオン・ターンオフするGT
Oサイリスタはインバータ、チッッパ。
コンバータ等の電力変換装置の小形軽量化、高効率化等
をもたらし、近年ますます適用拡大がはかられるように
なってきている。GTOサイリスタは、通常、pnpn
の4層構造を持ち、nエミッタがそれぞれ短冊形の複数
個の島状セグメントとして形成され、このセグメントは
単位GTOサイリスタとして機能する。ゲート電極は、
このセグメントを取囲んで露出しているpベース層の面
に設けられ、このゲート電極からのゲート電流を外部回
路へ引きぬくために、ゲート電極に接触するゲート端子
が設けられている。
〔発明が解決しようとする課題〕
実際のGTOサイリスタ素子の電流遮断能力は、この単
位GTOサイリスタのターンオフ性能のばらつきにより
左右される。この場合、特に大口径のGTOサイリスタ
においては、ゲート接触端子より遠くにはなれた所のセ
グメントに対しては、そのゲート電流引きぬき能力が小
さくなりターンオフ時間が長くなり、結果として面内で
均一なターンオフ動作ができにくくなる間層がある。こ
の不均一なターンオフ動作を低減させるために、ゲート
接触端子がGTOサイリスタを構成するシリコン基板の
中心部に設けられているだけでなく、外周部もしくはそ
れとの中間部に設けられていた。
第2図は、中心部と外周までの中間部とにゲート接触端
子が設けられたGTOサイリスタを示し、pエミッタ層
1+  nベース層2.pベース層3゜nエミッタ層4
の4層からなる半導体基板のnエミッタ層4はセグメン
トとして形成され、それを取囲むpベース層3の表面に
ゲート電極5が被着している。ゲート端子11は半導体
基板の中心部で、ゲート端子12は中心部と外周部の中
間部でゲート電極5に接触している。pエミッタ層1は
nエミッタセグメント4に対向する部分のみに設けられ
、それ以外の部分ではnベース層2がn゛層7介して直
接アノード電極6に接触したエミッタ短絡構造となって
いる。一方、nエミッタ層4にはカソード電極8が被着
しており、共通のカソード接触FL9に接触している。
しかし、このようにゲート接触端子を基板の中心部、外
周との中間部あるいはさらに外周部に設けると、GTO
サイリスタのカソード有効面積を小さくしてしまう欠点
があった。
本発明のII!fiはゲート接触端子によって一方の主
電極面積の無効となる部分を少なくし、しかもゲート接
触端子より遠くにはなれた個所にあるセグメントのター
ンオフ時間が長くなく、半導体基板面内での均一なター
ンオフ動作が可能となるGTOサイリスタを提供するこ
とにある。
(!malを解決するための手段〕 上記の課題の解決のために、本発明は、pnpn4層か
らなり、互いに共通に接続される一方の主電極を備えた
一端のエミッタ層が突出した複数の島状のセグメントと
して形成され、そのセグメントを囲む隣接する一方のベ
ース層の露出面にゲート電極が被着され、他端のエミッ
タ層をセグメント直下にある位置で隣接する他方のベー
ス層が貫通して他方の主電極によりそのエミッタ層と隣
接ベース層が短絡されるGTOサイリスタにおいて、ゲ
ート電極に一つの端子が接触し、そのゲート接触端子よ
り遠くに位置するセグメント直下の前記エミッタ層の隣
接ベース層による短絡率が、ゲート接触端子の近くに位
置するセグメント直下の短絡率より大きいものとする。
〔作用〕
ゲート接触端子より遠くに位置するセグメント直下の他
側のエミッタの隣接ベース層による短絡率を大きくする
ことで、その部分のセグメントのオン電圧が高くなる。
各セグメントは互いに共通に接続される主電極を備えて
いるので、各接続のオン電圧が等しくなるように、ゲー
ト接触端子より遠くに位置するセグメントに流れる電流
は近くに位置するセグメントに流れる電流より小さくな
る。このような条件のもとでGTOサイリスタをターン
オフさせると、初めから定常電流の少ないゲート接触端
子より遠い位置のセグメントは早くターンオフする。一
方、近い位置のセグメントは電流が増大し、ターンオフ
時間は長くなろうとするが、近くにあるゲート接触端子
からのゲート引きぬき能力が高いため、ターンオフ時間
はそれほど長くならない。
〔実施例〕
第1図は本発明の一実施例の要部断面図を示し、第2図
と共通の部分には同一の符号が付されている。この場合
は中心部のゲート接触端子ii、 を個のみが設けられ
ている。各nエミッタ層セグメント4の直下にある島状
のpエミッタ層1はその周囲のれ9層7を介してnベー
ス層2とアノード電極6により短絡されているが、その
短絡率は一定ではない、第3図(a)、(blは短絡率
の説明図で、図(畠)の平面図に示すように点線で示し
たれエミッタ層セグメント4の下に島状pエミッタ層l
が間隔aを介して設けられ、n゛層7囲まれているとき
、pエミッタ層1の幅をbとすると、短絡率はa / 
bで定義される0図中)は図+alのA−A41に沿っ
ての断面図であり、第1図においてはpエミッタ層1お
よびnエミッタ層4は長手方向の断面が示されている。
第4図に、1本のセグメントに対するターンオフ時間お
よびオン電圧のアノード短絡率依存性を1セグメントあ
たり2人の電流において示す、短絡率a / bが大き
くなるほど、実線41で示すターンオフ時間が短くなり
、また点!1II42で示すオン電圧が増大する。この
ことから、ターンオフが遅れる基板外周部のセグメント
に対するアノード短絡率を、面内で均一なターンオフが
できるように高く設計すればよいことがわかる。
第5図(a)、(b)に、第1図に示したような本発明
の一実施例および従来例のGTOサイリスタの基板面内
でのセグメントのオン電圧分布を示す0図fa)に示す
ように幅300μ程度、長さ2鶴程度のnエミッタ層セ
グメント4が同心円状に配置されている0図中で、点!
52で示す曲線は従来のアノード短絡率が一定の場合で
のセグメントのオン電圧の分布を示す、一般に、エレメ
ントの外周部に行く程オン電圧が多少高(なる傾向にあ
る。従来の場合には、ターンオフ破壊にいたる強い電流
集中現象は、第6段目の最外同段配置のセグメントでは
な(、むしろ第4段目もしくは第5段目で最もよく起こ
る。
発明者らの詳細な実験によればこの第4段目および第5
段目のセグメントのオン電圧を最外周セグメントのオン
電圧とほぼ等しくなるように設計することによって、面
内で均一なターンオフ動作か可能となることがわかった
。第4図の実線で示す曲線51は、本発明に基づく上記
の考えのちとに設計したセグメントのオン電圧の分布で
ある。セグメントのオン電圧の調整は、上述したように
、アノード短絡率を変えることによってなされている。
これによって電流集中現象は避けられ、ターンオフ破壊
が生じなくなった。
以上の実施例はnエミッタ層をセグメントに成形し、隣
接のpベース層にゲート電極を設けたGTOサイリスタ
であったが、pエミッタ層をセグメントに成形し、隣接
のnベース層にゲート電極を設けたGTOサイリスクに
も本発明は実施できる。またゲート接触端子を中心部で
なく外周部の1個所に設けた場合にも実施できる。
〔発明の効果〕
本発明によれば、ゲート接触端子より遠い位置のエミッ
タ層のセグメントの直下における他のエミッタ層の短絡
率を、ゲート接触端子に近い位置のセグメントの直下に
おける他のエミッタ層の短絡率よりも大きくすることに
より、ゲート接触端子より遠い位置のセグメントのオン
電圧を近い位置のセグメントのそれより高くすることが
できる。
これによりゲート接触端子からのターンオフゲート電流
引きぬきによるターンオフ動作において面内で均一なタ
ーンオフを行わせることができた。
従来の一定の短絡率の場合に比べて、ターンオフ電流が
20〜50%増大させられた。さらに、ゲート接触端子
を、例えば中心部のみの1個所に設ける方式は、中心部
と外周部中間あるいは外周部にも接触端子を設ける場合
よりもGTOセグメントの有効面積を大きくでき、オン
電圧、サージ電流等の電気的特性をそこなわずに、電流
遮断性能を高められる利点が得られた。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の一実施例のGTOサイリスタの要部断
面図、第2図は従来のGTOサイリスタの要部断面図、
第3図はアノード短絡率の説明図で(4)が平面図、 
(blがT8)のA−A線に沿っての断面図、第4図が
ターンオフ時間およびオン電圧のアノード短絡率の関係
線図、第5図は本発明の実施例および従来例におけるn
エミッタセグメントの各配置段とオン電圧の関係を示し
、(alがセグメントの配置を示す平面図、 (blが
完成線図である。 1:pエミッタ層、2:nベース層、3:pベース層、
4:nエミッタ層、5:ゲート電極、6:アノード電極
、7:n゛ベース層短絡領域、8:カソード電極、9:
カソード接触板、11:ゲ第1図 第2図 第3図 7)−¥薙Ik牢(’/、’) 第4図

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1)pnpn4層からなり、互いに共通に接続される一
    方の主電極を備えた一端のエミッタ層が突出した複数の
    島状のセグメントとして形成され、そのセグメントを囲
    む隣接する一方のベース層の露出面にゲート電極が被着
    され、他端のエミッタ層をセグメント直下にある位置で
    隣接する他方のベース層が貫通して他方の主電極により
    そのエミッタ層と隣接ベース層が短絡されるものにおい
    て、ゲート電極に一つの端子が接触し、そのゲート接触
    端子より遠くに位置するセグメント直下の前記エミッタ
    層の隣接ベース層による短絡率がゲート接触端子の近く
    に位置するセグメント直下の短絡率より大きいことを特
    徴とするゲートターンオフサイリスタ。
JP28526288A 1988-11-11 1988-11-11 ゲートターンオフサイリスタ Pending JPH02130960A (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0631321A1 (en) * 1993-06-22 1994-12-28 Hitachi, Ltd. Gate turn-off thyristor

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0631321A1 (en) * 1993-06-22 1994-12-28 Hitachi, Ltd. Gate turn-off thyristor
US5554863A (en) * 1993-06-22 1996-09-10 Hitachi, Ltd. Gate turn-off thyristor

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