JPH0230590B2 - - Google Patents

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JPH0230590B2
JPH0230590B2 JP62022903A JP2290387A JPH0230590B2 JP H0230590 B2 JPH0230590 B2 JP H0230590B2 JP 62022903 A JP62022903 A JP 62022903A JP 2290387 A JP2290387 A JP 2290387A JP H0230590 B2 JPH0230590 B2 JP H0230590B2
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JP
Japan
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induction thyristor
electrostatic induction
gate
light
thyristor
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Junichi Nishizawa
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Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、ゲートに光で制御された素子を含ん
だ静電誘導サイリスタを用いた半導体装置に関す
る。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to a semiconductor device using a static induction thyristor whose gate includes an optically controlled element.

基本的にはpnpn四層構造で構成される従来の
サイリスタは、ゲート電極によるスイツチオフが
難しく、しかもたとえゲートによる遮断ができて
もその速度がきわめて遅いという欠点を有してい
た。これに対し、ゲートを有するダイオード構造
に構成された静電誘導サイリスタ(以下SIサイリ
スタと称す。)は、ゲートによる遮断がきわめて
容易で、しかもその遮断時間が速いという特長を
備えている。SIサイリスタの代表的構造例の断面
図を第1図に示す。
Conventional thyristors, which basically consist of a pnpn four-layer structure, have the disadvantage that it is difficult to switch off using the gate electrode, and even if it is possible to switch off using the gate, the speed is extremely slow. On the other hand, an electrostatic induction thyristor (hereinafter referred to as an SI thyristor), which has a diode structure with a gate, has the advantage that it is extremely easy to shut off using the gate, and that the shutoff time is quick. Figure 1 shows a cross-sectional view of a typical structural example of an SI thyristor.

第1図a乃至dは、後述する本発明の回路構成
におけるSIサイリスタの構造例の断面図である。
FIGS. 1a to 1d are cross-sectional views of structural examples of SI thyristors in the circuit configuration of the present invention, which will be described later.

第1図a,bはSIサイリスタの表面ゲート構造
の代表例の断面図である。第1図cは、埋め込み
ゲート構造の例、第1図dは、絶縁ゲート型SIサ
イリスタの断面構造例である。
FIGS. 1a and 1b are cross-sectional views of typical examples of surface gate structures of SI thyristors. FIG. 1c shows an example of a buried gate structure, and FIG. 1d shows an example of a cross-sectional structure of an insulated gate type SI thyristor.

第1図a,b,cでp+領域11及び14はア
ノード領域、ゲート領域であり、n+領域13は
カソード領域、n-領域もしくはi領域12はチ
ヤンネルを構成する。通常半導体材料はシリコン
である。11′,13′,14′はAl、Mo、W、
Au等あるいはその他の金属、もしくは低抵抗ポ
リシリコンあるいはこれらの複層構造からなるア
ノード電極、カソード電極、ゲート電極である。
15は、SiO2、Si3N4、Al2O3、AlNなどあるい
はその他の絶縁層、もしくはこれらの複合絶縁層
もしくは複層絶縁層である。n領域16は、比較
的不純物密度が高く、薄い層に形成され、アノー
ドからのホール注入を抑えるための層である。
In FIGS. 1a, b, and c, p + regions 11 and 14 are anode regions and gate regions, n + region 13 is a cathode region, and n region or i region 12 constitutes a channel. Typically the semiconductor material is silicon. 11', 13', 14' are Al, Mo, W,
The anode electrode, cathode electrode, and gate electrode are made of Au or other metals, low-resistance polysilicon, or a multilayer structure thereof.
Reference numeral 15 denotes an insulating layer of SiO 2 , Si 3 N 4 , Al 2 O 3 , AlN, etc., or another insulating layer, or a composite insulating layer or multilayer insulating layer of these. The n region 16 has a relatively high impurity density, is formed in a thin layer, and is a layer for suppressing hole injection from the anode.

第1図dで、p+領域21はアノード領域、i
領域22はチヤンネルを構成する領域であり、
n+領域23はカソード領域、n領域27はアノ
ードからのホール注入を抑えるための領域であ
る。p領域28は、図中垂直方向所定の個所で表
面に到達する構造となつており、通常カソード領
域と電極により直結されることが多い。25は、
前述した絶縁層である。21′,23′,24は前
述したアノード電極、カソード電極、絶縁ゲート
電極である。こうしたSIサイリスタの動作や、各
領域の寸法、不純物密度については、本発明者等
による特開昭55−99774号「静電誘導サイリスタ」
の明細書に詳述されている。
In FIG. 1d, p + region 21 is an anode region, i
Area 22 is an area that constitutes a channel,
The n + region 23 is a cathode region, and the n region 27 is a region for suppressing hole injection from the anode. The p region 28 has a structure in which it reaches the surface at a predetermined point in the vertical direction in the figure, and is usually directly connected to the cathode region by an electrode. 25 is
This is the insulating layer mentioned above. 21', 23', and 24 are the aforementioned anode electrode, cathode electrode, and insulated gate electrode. Regarding the operation of the SI thyristor, the dimensions of each region, and the impurity density, please refer to ``Electrostatic Induction Thyristor'' published by the present inventors in Japanese Patent Application Laid-Open No. 55-99774.
detailed in the specification.

SIサイリスタは、カソード近傍の電位分布をゲ
ート電圧で制御して、導通、遮断を制御すること
から、容易に直流電流の遮断が行なえ、しかもそ
の速度が速いという特長を有している。第1図a
の構造では、順方向阻止電圧及び逆方向耐圧が
略々同程度のものが作れるが、第1図b,c,d
の構造では第1図aの構造にくらべて、同じ順方
向阻止電圧をほぼ半分の厚さの素子で実現でき
て、動作速度の速さ、順方向降下電圧が小さいこ
となどきわめて優れているが、逆方向耐圧が小さ
くなるという欠点を有している。したがつて、第
1図b,c,dのSIサイリスタで、逆方向耐圧を
要求されるところに使うには、直列にシヨツトキ
ダイオードなどを接続して使うことになる。
SI thyristors control the potential distribution in the vicinity of the cathode with gate voltage to control conduction and cutoff, so they have the advantage of being able to easily cut off direct current and at high speed. Figure 1a
With the structure shown in FIG.
Compared to the structure shown in Figure 1a, the structure shown in FIG. However, it has the disadvantage that the reverse breakdown voltage is low. Therefore, in order to use the SI thyristors shown in Fig. 1b, c, and d where reverse breakdown voltage is required, a Schottky diode or the like must be connected in series.

第2図a,bに接合型及び絶縁ゲート型SIサイ
リスタのシンボルマークを示す。静電誘導トラン
ジスタ(以下SITと称す。)のドレイン側にダイ
オードが形成された形になつている。
Figures 2a and 2b show the symbol marks for junction type and insulated gate type SI thyristors. A diode is formed on the drain side of a static induction transistor (hereinafter referred to as SIT).

第3図に、従来良く知られている光感応半導体
素子の代表的な構造例を示す。第3図a乃至d
は、後述する本発明の回路構成におけるSIサイリ
スタのゲートに集積化もしくは接続される光感応
素子の構造例を示している。aは光導電素子であ
る。n+領域31の上に殆んど絶縁体と見なせる
程度のi領域32が設けられている。31′,3
2′はオーミツク電極であり、この例では、3
2′はIn2O3、SnO2等の透明電極になつている。
32′がオーミツク電極となりにくい時は、i領
域32の表面にごく薄く、n+領域を設けてから
透明電極32′を設けてもよい。光が照射されて、
i領域32に電子・ホール対が生成されると、電
流が流れるようになる。このa図で、電極32′
がシヨツトキ電極となつているときは、シヨツト
キ電極側を31′にくらべて電位が低くなるよう
に電圧を印加すれば、光に感応するシヨツトキダ
イオードとしても動作する。Lは入射させる光を
表している。b図は、光トランジスタである。
n+領域44、p領域43、n-領域42、n+領域
41はそれぞれエミツタ領域、ベース領域、高抵
抗層、コレクタ領域である。41′はコレクタ電
極、44′はエミツタの透明電極である。n+領域
44、p領域43は、通常のバイポーラトランジ
スタ同様薄くなされている。光は殆んど、n-
域42に吸収される。41′に正電圧が加わつて
いると、光励起された電子は、n+コレクタ領域
に流れて吸収され、ホールは浮遊領域となつてい
るpベース領域に流れ込み、蓄積される。ホール
が過剰に蓄積されると、ベース領域の電子に対す
る電位障壁は低下し、エミツタ領域からベース領
域に電子が流れ込み、コレクタ領域に流れるよう
になる。c図は光で励起されるサイリスタであ
る。n+領域55、p+領域51がカソード領域、
アノード領域である。55′は透明電極、51′は
アノード電極である。51′に正電圧が印加され
ている状態で、光照射されると、i領域で光励起
された電子及びホールは、それぞれn領域52及
びp領域54にながれ込む。それぞれ障壁電位が
下がつて、カソード領域から電子が、アノード領
域からホールが注入されることになつて導通す
る。c図の光サイリスタが、両側にキヤリア注入
の増幅機構をもつているので、もつとも光に対す
る感度が高い。d図はp+in+光ダイオードの例で
ある。63′は透明電極、61′は電極である。6
1′が正電圧に印加される。a,b,c,dのい
ずれの場合も照射される光の大部分は、i領域も
しくはn-領域で吸収され、電子、ホール対を生
成する。したがつて、この領域の電界強度をなだ
れ電界よりやや低い程度にしておけば、なだれ増
倍機構によりキヤリアが多量に発生するから、感
度は一層良くなる。第3図は、ごく代表的なしか
ももつとも簡単な例を示したものであるから、他
に多数の変形があることはもちろんである。光ボ
ルタイツク効果を示す光感応形の半導体素子でも
ちろんよい。
FIG. 3 shows a typical structural example of a conventionally well-known photosensitive semiconductor element. Figure 3 a to d
1 shows an example of the structure of a photosensitive element integrated or connected to the gate of an SI thyristor in the circuit configuration of the present invention, which will be described later. a is a photoconductive element. An i region 32 that can almost be regarded as an insulator is provided on the n + region 31 . 31', 3
2' is an ohmic electrode, and in this example, 3' is an ohmic electrode.
2' is a transparent electrode made of In 2 O 3 , SnO 2 or the like.
When the electrode 32' is difficult to become an ohmic electrode, the transparent electrode 32' may be provided after a very thin n + region is provided on the surface of the i region 32. The light is irradiated,
When electron-hole pairs are generated in the i-region 32, current begins to flow. In this figure a, the electrode 32'
When 31' is used as a shot electrode, if a voltage is applied to the shot electrode side so that the potential is lower than that of 31', it also operates as a shot photo diode that is sensitive to light. L represents incident light. Figure b shows a phototransistor.
The n + region 44, the p region 43, the n - region 42, and the n + region 41 are an emitter region, a base region, a high resistance layer, and a collector region, respectively. 41' is a collector electrode, and 44' is an emitter transparent electrode. The n + region 44 and the p region 43 are made thin like a normal bipolar transistor. Most of the light is absorbed in the n - region 42. When a positive voltage is applied to 41', photoexcited electrons flow into the n + collector region and are absorbed, and holes flow into the p base region, which is a floating region, and are accumulated. When holes are accumulated in excess, the potential barrier to electrons in the base region decreases, allowing electrons to flow from the emitter region to the base region and into the collector region. Figure c shows a thyristor excited by light. n + region 55, p + region 51 is a cathode region,
This is the anode area. 55' is a transparent electrode, and 51' is an anode electrode. When light is irradiated with a positive voltage applied to 51', electrons and holes that are photoexcited in the i region flow into the n region 52 and the p region 54, respectively. The barrier potential decreases, and electrons are injected from the cathode region and holes are injected from the anode region, resulting in conduction. The optical thyristor shown in Figure c has carrier injection amplification mechanisms on both sides, so it has high sensitivity to light. Figure d is an example of a p + in + photodiode. 63' is a transparent electrode, and 61' is an electrode. 6
1' is applied to the positive voltage. In any case of a, b, c, or d, most of the irradiated light is absorbed in the i region or the n - region, generating electron and hole pairs. Therefore, if the electric field strength in this region is set to a level slightly lower than the avalanche electric field, a large amount of carrier will be generated by the avalanche multiplication mechanism, and the sensitivity will be further improved. Since FIG. 3 shows a very typical and very simple example, it goes without saying that there are many other variations. Of course, a photosensitive semiconductor element exhibiting a photovoltaic effect may be used.

これまでに、SIサイリスタと光感応形半導体素
子を説明した。SIサイリスタは動作電圧・電流を
ともに大きくして、しかも高速度のスイツチング
が行なえるということできわめて特長的である。
しかし、直流送電のような大電力の応用を考える
と、1個のSIサイリスタで、この大電力を全部取
り扱うことはほとんど困難である。したがつて、
たとえば、順方向阻止電圧5000ボルトとかあるい
は10000ボルト、導通時の電流1000Aといつたよ
うなSIサイリスタを複数個直列に接続して、耐圧
をかせぎ、これらを並列にさらに接続することに
よつて電流をかせくというように、SIサイリスタ
の直並列接続が必要になる。こうした時には、SI
サイリスタの導通・遮断の制御を電気信号で行う
よりは、光で制御する方が容易になつてくる。一
方、光で制御するSIサイリスタに関しては、すで
に本願発明者等によつて、特公昭61−1908号「静
電誘導形光サイリスタ」出願明細書に記載されて
いる。しかるに上記特公昭61−1908号記載の発明
は、光で制御する際の方式は、ターンオン動作即
ち光トリガ動作に関しており、ターンオフ動作に
関しては、ゲート回路による電気的なターンオフ
による方式を取つている。即ち、光で導通は行な
つているが、遮断に関しては、電気的なゲートタ
ーンオフを行なつている。
So far, we have explained SI thyristors and photosensitive semiconductor devices. SI thyristors are extremely unique in that they have a large operating voltage and current, and can perform high-speed switching.
However, when considering high power applications such as DC power transmission, it is almost difficult for a single SI thyristor to handle all of this high power. Therefore,
For example, connect multiple SI thyristors in series with a forward blocking voltage of 5,000 volts or 10,000 volts and a current of 1,000 A when conducting to increase the withstand voltage, and then connect them in parallel to increase the current. SI thyristors are required to be connected in series and parallel. In such cases, SI
It is becoming easier to control the conduction and interruption of thyristors using light rather than electrical signals. On the other hand, the SI thyristor that is controlled by light has already been described by the inventors of the present application in the application specification for ``Electrostatic induction type optical thyristor'' in Japanese Patent Publication No. 61-1908. However, in the invention described in Japanese Patent Publication No. 61-1908, the optical control method is related to turn-on operation, that is, optical trigger operation, and the turn-off operation is based on electrical turn-off using a gate circuit. That is, conduction is performed by light, but electrical gate turn-off is performed for interruption.

本発明の目的は、光で導通・遮断が制御できる
静電誘導サイリスタ及び静電誘導サイリスタを含
む装置を提供することである。
An object of the present invention is to provide an electrostatic induction thyristor whose conduction and interruption can be controlled by light and a device including the electrostatic induction thyristor.

以下図面を参照しながら本発明を詳細に説明す
る。
The present invention will be described in detail below with reference to the drawings.

第4図は、SIサイリスタのゲートに、前述した
光感応形半導体素子が接続されている、本発明の
光により動作が制御されるSIサイリスタの回路例
である。第4図で、QはSIサイリスタ、Dは光感
応形半導体素子である。Rgは抵抗である。Vgは
バイアス電源である。SIサイリスタには各種のも
のがあるから、それらに合せて、Vgの値は選べ
ばよい。たとえば、順方向電圧5000ボルトをゲー
トに逆ゲートバイアス−30ボルト加えることで阻
止できるものであれば、Vgは−30ボルト程度の
値に選べばよい。
FIG. 4 is a circuit example of an SI thyristor whose operation is controlled by light according to the present invention, in which the aforementioned photosensitive semiconductor element is connected to the gate of the SI thyristor. In FIG. 4, Q is an SI thyristor and D is a photosensitive semiconductor element. Rg is resistance. Vg is the bias power supply. There are various types of SI thyristors, so the value of Vg should be selected according to them. For example, if a forward voltage of 5000 volts can be blocked by applying a reverse gate bias of -30 volts to the gate, then Vg should be selected to a value of about -30 volts.

第4図aは、Dがゲート・カソード間に並列に
挿入された例である。光照射されていないとき
は、SIサイリスタのゲートに−Vgが加わつてい
て遮断状態、光が照射されて、Dが導通状態にな
るとゲートはカソードと殆んど同電位になるから
SIサイリスタは導通状態に遷移する。Dの導通時
の抵抗は、Rgに比べて十分小さく選ばれている。
FIG. 4a shows an example in which D is inserted in parallel between the gate and the cathode. When the SI thyristor is not irradiated with light, -Vg is applied to the gate of the SI thyristor, so it is in a cutoff state, and when light is irradiated and D becomes conductive, the gate has almost the same potential as the cathode.
The SI thyristor transitions to a conducting state. The resistance of D when conductive is selected to be sufficiently small compared to Rg.

SIサイリスタが、第1図b,c,dの例のよう
にあまり逆方向耐圧が高くない場合で、しかも動
作時に逆方向耐圧を要求される場合には、第4図
bのように、シヨツトキダイオードなどをSIサイ
リスタと直列に接続しておけばよい。
When the reverse breakdown voltage of the SI thyristor is not very high, as in the examples shown in Figure 1 b, c, and d, and when reverse breakdown voltage is required during operation, the SI thyristor is Just connect a Tsutoki diode or the like in series with the SI thyristor.

たとえば、最大順方向阻止電圧5000ボルトのSI
サイリスタで、100万ボルトの直流送電の交流・
直流変換装置を構成するときには、少なくとも
200個のSIサイリスタを直列に接続しなければな
らない。こうしたときには、第5図に示すよう
に、SIサイリスタを直列に必要個数だけ接続すれ
ばよい。ゲートの制御が光で行なわれるから、た
とえ多数個直列に接続されていても、全部のSIサ
イリスタを同時に、同期させて動作させることは
容易である。光照射は、光感応素子の所定の個所
に均一に照射されるように光フアイバ等で、光を
導けばよい。いずれにしても、それほど速い動作
ではないので、クラツド型フアイバで十分であ
る。また、クラツド型の方が、フアイバ断面内の
光強度が均一になり易い。もちろん、用途によつ
ては、集束性フアイバを使うことも有効である。
第5図bは、直列に接続されたSIサイリスタに並
列に抵抗Roが接続された例である。これはSIサ
イリスタが遮断状態にあるとき、各SIサイリスタ
に加わる電圧が均一になるように等しい値の抵抗
を並列に接続しているのである。抵抗値は、遮断
状態にあるSIサイリスタの抵抗値より小さいと見
なせる限りは大きい程よい。たとえば1MΩとか
いうような値に選ばれる。もちろん用途によつて
は、これより大きくても、小さくてもよい。
For example, SI with a maximum forward blocking voltage of 5000 volts
Thyristors are used to convert 1 million volts of DC power into alternating current and
When configuring a DC converter, at least
200 SI thyristors must be connected in series. In such a case, as shown in FIG. 5, the required number of SI thyristors may be connected in series. Since the gates are controlled by light, it is easy to operate all SI thyristors simultaneously and synchronously, even if many are connected in series. For light irradiation, the light may be guided using an optical fiber or the like so that a predetermined location on the photosensitive element is uniformly irradiated. In any case, since the operation is not very fast, a clad fiber is sufficient. Further, in the case of the clad type, the light intensity within the cross section of the fiber is more likely to be uniform. Of course, depending on the application, it may also be effective to use a focusing fiber.
FIG. 5b shows an example in which a resistor Ro is connected in parallel to SI thyristors connected in series. This is because resistors of equal value are connected in parallel so that the voltage applied to each SI thyristor is uniform when the SI thyristor is in the cut-off state. The higher the resistance value, the better, as long as it can be considered to be smaller than the resistance value of the SI thyristor in the cut-off state. For example, a value such as 1MΩ is chosen. Of course, depending on the application, it may be larger or smaller than this.

さらに、大きな電流を取り扱うときは、第5図
のように構成したものを必要な数だけ並列に接続
すればよい。第4図、第5図はすべて接合型SIサ
イリスタで書れているが、MOSSIサイリスタで
もよい。
Furthermore, when handling a large current, the required number of devices configured as shown in FIG. 5 may be connected in parallel. Although Figures 4 and 5 are all written using junction type SI thyristors, MOSSI thyristors may also be used.

これまでSIサイリスタのゲートに光感応形半導
体素子を接続することによつて、光で制御される
SIサイリスタの回路を構成する例を述べた。SIサ
イリスタ自身を、光で制御される素子にすること
ができることはいうまでもない。
Until now, it has been controlled by light by connecting a photosensitive semiconductor element to the gate of the SI thyristor.
An example of configuring an SI thyristor circuit is described. It goes without saying that the SI thyristor itself can be made into an element controlled by light.

その場合には第4図、第5図の動作において、
当然、サイリスタを導通状態に遷移させる場合に
はサイリスタに光を導入する手段を設け、直接光
照射を行なう動作が含まれることになる。
In that case, in the operations shown in Figures 4 and 5,
Naturally, when the thyristor is brought into a conductive state, a means for introducing light into the thyristor is provided and an operation of direct light irradiation is included.

第1図a,b,c,dに示した構造で、どちら
の側でも透明電極で構成して、光が高抵抗領域に
到達するようにしてやればただちに、光で制御さ
れるSIサイリスタとなる。光を照射する側は、カ
ソード側でもアノード側でもよい。どちらかの側
を透明電極にすればよいわけである。半導体材料
がSiであれば、所定の光の入射深さは20〜30μm
程度である。したがつて、第1図の構造で、アノ
ード側から光照射させる場合には、p+領域11
の厚さもしくは、p+領域11とn領域16(p+
領域21とn領域27)の厚さの和はできるだけ
薄いことが望ましく、少なくとも光の入射深さよ
り十分薄くなければならない。たとえば、p+
域厚さ1μm程度以下、不純物密度1×1019cm-3
度以上、n領域16の厚さ1μm程度以下、不純物
密度1×1016cm-3程度以上といつたように選択す
る。ゲート領域の深さは、ゲート間隔やその領域
の不純物密度にもよることではあるが、通常数
μm程度である。したがつて電極を透明にすれば、
光で制御できるようになる。1n2O3やSnO2の透明
電極だけでは抵抗が高くなるような時には、要
所々々にAl等の金属電極を配置すればよい。第
1図bの例で説明する。光照射によりi領域12
に電子・ホール対が生成される。アノードに正電
圧が印加されていれば、生成された電子はn領域
16に流れ込み、n領域16を負に帯電する。あ
る程度、帯電量が多くなるとアノード領域からホ
ール注入が起るようになる。光励起されたホール
とアノードから注入されたホールがカソード側に
向つて流れる。一部はp+ゲート領域に流れ、一
部はカソード領域に流れる。このときカソード全
面にできていた電子に対する障壁が低下する。カ
ソードから電子注入が起り始め、導通状態にな
る。導通時の順方向降下電圧をより小さくするに
は、ゲート・カソード間に所定の大きさの抵抗を
挿入しておけばよい。挿入抵抗の大きさRgiは、
ゲートに流れる電流Igとしたとき、Rgilgがゲー
トに印加されている逆バイアスに略々等しいよう
にしておけばよい。このゲート・カソード間抵抗
はポリシリコンで作れば容易に作ることができ
る。第1図a,c,dも同様に設計すればよい。
第1図dでは、p領域28とカソード領域の間に
抵抗を挿入する。
If the structure shown in Figure 1 a, b, c, and d is configured with transparent electrodes on either side so that light reaches the high resistance region, it will immediately become a light-controlled SI thyristor. . The side to which light is irradiated may be the cathode side or the anode side. It is sufficient to use a transparent electrode on either side. If the semiconductor material is Si, the incident depth of a given light is 20 to 30 μm
That's about it. Therefore, in the structure shown in FIG. 1, when light is irradiated from the anode side, the p + region 11
or the thickness of p + region 11 and n region 16 (p +
It is desirable that the sum of the thicknesses of the region 21 and the n-region 27) be as thin as possible, and must be at least sufficiently thinner than the depth of incidence of light. For example, the thickness of the p + region is about 1 μm or less, the impurity density is about 1×10 19 cm -3 or more, the thickness of the n region 16 is about 1 μm or less, and the impurity density is about 1×10 16 cm -3 or more. do. The depth of the gate region is usually about several μm, although it depends on the gate spacing and the impurity density in that region. Therefore, if the electrodes are made transparent,
It can be controlled with light. When the resistance becomes high with only transparent electrodes such as 1n 2 O 3 or SnO 2 , metal electrodes such as Al may be placed at strategic points. This will be explained using the example shown in FIG. 1b. I area 12 by light irradiation
electron-hole pairs are generated. If a positive voltage is applied to the anode, the generated electrons flow into the n-region 16 and charge the n-region 16 negatively. When the amount of charge increases to a certain extent, hole injection begins to occur from the anode region. Photoexcited holes and holes injected from the anode flow toward the cathode. Some flows into the p + gate region and some flows into the cathode region. At this time, the barrier to electrons that had been formed on the entire surface of the cathode is lowered. Electron injection begins to occur from the cathode and it becomes conductive. In order to further reduce the forward voltage drop during conduction, a resistor of a predetermined size may be inserted between the gate and the cathode. The magnitude of insertion resistance Rgi is
When the current Ig flowing through the gate is set, Rgilg should be approximately equal to the reverse bias applied to the gate. This gate-cathode resistance can be easily made of polysilicon. Figures a, c, and d may be similarly designed.
In FIG. 1d, a resistor is inserted between the p region 28 and the cathode region.

第6図乃至第8図は、第1図a乃至dと同様、
本発明におけるSIサイリスタの構造例を示してい
る。
FIGS. 6 to 8 are similar to FIGS. 1 a to d,
1 shows an example of the structure of an SI thyristor according to the present invention.

第1図の構造にくらべて、ゲートに流れる電流
を減少させて主電流を大きくする構造を第6図に
示す。p+ゲート領域14の下面にSiO2等の絶縁
層17が設けられた構造になつている。ゲート・
カソード間には、ポリシリコン抵抗が挿入される
構造になつている。図中垂直方向の所定の個所に
ポリシリコン抵抗が設けられている。等価回路は
第6図bのようになつている。もちろん、ゲー
ト・カソード間抵抗Rgiは、外部に接続して使つ
てもよいわけである。
Compared to the structure shown in FIG. 1, FIG. 6 shows a structure in which the current flowing through the gate is reduced and the main current is increased. The structure is such that an insulating layer 17 made of SiO 2 or the like is provided on the lower surface of the p + gate region 14 . Gate·
The structure is such that a polysilicon resistor is inserted between the cathodes. Polysilicon resistors are provided at predetermined locations in the vertical direction in the figure. The equivalent circuit is as shown in FIG. 6b. Of course, the gate-cathode resistance Rgi can also be connected externally.

ゲート・カソード間に抵抗を接続するのではな
く、カソード側の電位障壁もキヤリアの蓄積で消
滅させる例を第7図に示す。第7図において、同
一番号のものは第1図bと同様である。層15は
MISゲートの絶縁層となつている。ゲート電極1
4′にたとえば負電圧が加わつているわけである
がこの電圧は、ゲート近傍に流れ込むホールによ
つて完全にマスクされ、カソード全面の電位障壁
は消滅し、カソードからの電子注入が激しく起
る。アノードからのホール注入の機構はこれまで
の例と同じである。
FIG. 7 shows an example in which, instead of connecting a resistor between the gate and the cathode, the potential barrier on the cathode side is also eliminated by accumulation of carriers. In FIG. 7, the same numbers are the same as in FIG. 1b. Layer 15 is
It serves as an insulating layer for the MIS gate. Gate electrode 1
For example, a negative voltage is applied to 4', but this voltage is completely masked by the holes flowing into the vicinity of the gate, the potential barrier across the entire surface of the cathode disappears, and electron injection from the cathode occurs intensely. The mechanism of hole injection from the anode is the same as in the previous examples.

第6図及び第7図では、カソード側からの光入
射が行えるように、電極13′,14′は、低抵抗
ポリシリコンやIn2O3、SnO2等の透明電極で作ら
れている。アノード側からのヒートシンクが行え
るようにとのことから、このようにしている。も
し、ヒートシンクについて、あまりこだわる必要
がない場合には、アノード電極を透明電極にし
て、アノード側から光照射すればよい。もちろん
両面から光照射できるようにしてもよいことはい
うまでもない。
In FIGS. 6 and 7, the electrodes 13' and 14' are made of transparent electrodes such as low-resistance polysilicon, In 2 O 3 , and SnO 2 so that light can enter from the cathode side. This is done to allow heat sinking from the anode side. If you do not need to be too particular about the heat sink, you can use a transparent electrode as the anode electrode and irradiate light from the anode side. Of course, it goes without saying that light may be irradiated from both sides.

第6図及び第7図では、カソード側にだけゲー
トを設けた構造を示したが、アノード側にもゲー
ト構造を設けてもよい。n領域16に蓄積された
電子はこのままでは再結合等による消滅をまたな
ければならない。アノード側もゲート構造を導入
すればこうしたことがなくなる。その例を第8図
に示す。アノード側にも、p+アノード領域11
に隣接して、n+ゲート領域18が設けられてい
る。絶縁領域19が設けられている。カソード側
同様にアノード側にもアノード領域11とn+
域18間に逆バイアスを加えるのであれば、領域
12はn-でなくて非常に抵抗の高いi領域でも
よい。第8図の構造では、p+領域11とn+領域
18の間にポリシリコン抵抗を作り込んでおけば
よい。領域12や16の不純物密度や厚さは、特
開昭55−99774号「静電誘導サイリスタ」出願明
細書や特開昭55−108768号「静電誘導サイリス
タ」出願明細書に記述したように選択すればよ
い。本願発明の主旨は、光でクエンチ(光でオ
フ)できるようにSIサイリスタのゲートに光感応
素子を集積化もしくは接続し、サイリスタがオン
状態のときサイリスタのゲートにたまつているキ
ヤリアをこのサイリスタのゲートに接続された光
感応素子に光を照射して導通させて、放電させる
ことによつてサイリスタをオフしている点にあ
る。即ち、実施例第4図a乃至b及び第5図a及
びbに示されている回路構成が本発明の主要部分
である。結局において本発明では、光によつてタ
ーンオンする点、しかも光によつてゲートターン
オフという点が重要な部分になつているわけであ
る。
Although FIGS. 6 and 7 show a structure in which a gate is provided only on the cathode side, a gate structure may also be provided on the anode side. If the electrons accumulated in the n-region 16 remain as they are, they will have to go through annihilation due to recombination or the like. This problem can be eliminated by introducing a gate structure on the anode side as well. An example is shown in FIG. Also on the anode side, p + anode area 11
An n + gate region 18 is provided adjacent to the n + gate region 18 . An insulating region 19 is provided. If a reverse bias is applied between the anode region 11 and the n + region 18 on the anode side as well as on the cathode side, the region 12 may be an i region having a very high resistance instead of the n region. In the structure of FIG. 8, a polysilicon resistor may be built between p + region 11 and n + region 18. The impurity density and thickness of regions 12 and 16 are as described in the application specification for ``Electrostatic induction thyristor'' in JP-A No. 55-99774 and ``Electrostatic induction thyristor'' in JP-A-55-108768. Just choose. The gist of the present invention is to integrate or connect a photosensitive element to the gate of an SI thyristor so that it can be quenched (turned off by light) with light, and to transfer carriers accumulated at the gate of the thyristor when the thyristor is on to the thyristor. The thyristor is turned off by irradiating light onto the photosensitive element connected to the gate of the thyristor, making it conductive and discharging it. That is, the circuit configurations shown in FIGS. 4a to 4b and FIGS. 5a and 5b are the main parts of the present invention. In the end, an important part of the present invention is that the gate is turned on by light, and moreover, the gate is turned off by light.

本発明の光により制御されるSIサイリスタの構
成が、ここで記載した例に限らないことはもちろ
んである。第4図及び第5図に示す光感応半導体
素子に、光制御SIサイリスタを用いてもよいこと
はもちろんである。また、導電型をまつたく反転
したものでもよいことはいうまでもない。電圧の
極性を反転すればよいわけである。接合型の場
合、カソード・ゲート間にSiO2などの絶縁層を
はさむことは、容量が減少し、同時に耐圧が高く
なることなどから好ましい。また接合ゲート型で
も切り込み領域にゲートを設けることも有効であ
る。アノード側にゲートを設ける構造でも、絶縁
層をはさむことは有効な場合が多い。接合ゲート
の場合、pn接合でなく、シヨツトキゲートでも
よい。
It goes without saying that the configuration of the light-controlled SI thyristor of the present invention is not limited to the example described here. Of course, a light-controlled SI thyristor may be used as the light-sensitive semiconductor device shown in FIGS. 4 and 5. Moreover, it goes without saying that the conductivity type may be reversed. All you have to do is reverse the polarity of the voltage. In the case of a junction type, it is preferable to sandwich an insulating layer such as SiO 2 between the cathode and gate because this reduces capacitance and increases breakdown voltage at the same time. It is also effective to provide a gate in the cut region even in the case of a junction gate type. Even in a structure in which the gate is provided on the anode side, it is often effective to sandwich an insulating layer. In the case of a junction gate, a short gate may be used instead of a pn junction.

SIサイリスタを制御する光源は、半導体中に電
子ホール対を生成できて、しかも高速でスイツチ
ングできるものであればよい。半導体レーザでも
発光ダイオードでもよい。たとえばGaAlAs系の
ヘテロ接合レーザでも、あるいは発光ダイオード
でもよい。もちろん、その他材料による半導体レ
ーザでも発光ダイオードでもよい。もちろん、他
のレーザでもよい。要するに必要な強度が得られ
ている光源で高速変調のできるものならよいわけ
である。ものによつては、固体、気体のレーザで
もよい。これらの光を直接照射してもよいが、フ
アイバによつて所定の個所まで導いてもよい。
The light source for controlling the SI thyristor may be any light source that can generate electron-hole pairs in the semiconductor and can switch at high speed. It may be a semiconductor laser or a light emitting diode. For example, a GaAlAs-based heterojunction laser or a light emitting diode may be used. Of course, a semiconductor laser or a light emitting diode made of other materials may also be used. Of course, other lasers may also be used. In short, any light source that can provide the necessary intensity and that can be modulated at high speed is sufficient. Depending on the type of laser, a solid or gas laser may be used. These lights may be directly irradiated, or they may be guided to a predetermined location using a fiber.

本発明の光制御SIサイリスタは、従来公知のリ
ソグラフイ技術、拡散・イオン注入技術、結晶技
術、エピ成長技術、エツチング技術、酸化技術、
CVD技術、配線技術などで容易に製造できる。
The optically controlled SI thyristor of the present invention can be manufactured using conventionally known lithography technology, diffusion/ion implantation technology, crystal technology, epitaxial growth technology, etching technology, oxidation technology,
It can be easily manufactured using CVD technology, wiring technology, etc.

大電圧、大電流の高速のスイツチングが行なえ
るSIサイリスタを光で制御できるようにした本発
明の半導体装置は、SIサイリスタを複数個直列も
しくは並列、あるいは直並列に接続するときにき
わめて有効な技術であり、その工業的価値は高
い。
The semiconductor device of the present invention, which enables optical control of SI thyristors capable of high-speed switching of large voltages and large currents, is an extremely effective technology when connecting multiple SI thyristors in series, in parallel, or in series and parallel. Therefore, its industrial value is high.

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

第1図a乃至dは静電誘導サイリスタの断面構
造例、第2図a,bは静電誘導サイリスタのシン
ボルマーク、第3図は各種光制御半導体素子でa
は半導電素子、bは光トランジスタ、cは光サイ
リスタ、dは光ダイオード、第4図a及びbは本
発明の回路構成、第5図a,bは本発明の実施例
であつてゲートに光感応半導体素子を含むSIサイ
リスタ回路を直列接続した例、第6図a及び第7
図、第8図は本発明の主要部である回路構成中の
静電誘導サイリスタ部分の構造例を示す図、第6
図bは順方向電圧降下を低くする回路説明図であ
る。
Figures 1a to d are examples of cross-sectional structures of electrostatic induction thyristors, Figures 2a and b are symbol marks of electrostatic induction thyristors, and Figure 3 is a diagram of various optically controlled semiconductor elements.
is a semiconductor element, b is a phototransistor, c is a photothyristor, d is a photodiode, Figures 4a and b are circuit configurations of the present invention, and Figures 5a and b are embodiments of the present invention. Examples of series connection of SI thyristor circuits including photosensitive semiconductor elements, Figures 6a and 7
Figure 8 is a diagram showing an example of the structure of the electrostatic induction thyristor part in the circuit configuration which is the main part of the present invention.
FIG. b is an explanatory diagram of a circuit that lowers the forward voltage drop.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 第1及び第2の光源と、光の直接導入により
導通状態に遷移し、かつ光が切れても導通状態を
持続する静電誘導サイリスタと、ゲート抵抗Rg
とそれに直列に接続された逆ゲートバイアス電源
からなるゲート回路と、光感応半導体素子Dと、
前記第1の光源から第1の光パルスL1を前記静
電誘導サイリスタに直接導入する第1の光照射手
段と、前記第2の光源から前記光感応半導体素子
に第2の光パルスL2を照射する第2の光照射手
段とから少なく共構成され、前記ゲート回路と、
前記光感応半導体素子とを前記静電誘導サイリス
タのゲート・カソード間に並列に接続し、前記第
1の光パルスL1の導入により前記静電誘導トラ
ンジスタを導通させ、前記第2の光パルスL2
切ることで前記静電誘導トランジスタを遮断状態
に遷移させるべく、前記光感応半導体素子の抵抗
値と前記ゲート抵抗の値を選んだことを特徴とす
る静電誘導サイリスタを含む半導体装置。 2 前記静電誘導サイリスタに直列に所定の逆耐
圧を持つシヨツトキーダイオードもしくはpinダ
イオードを接続したことを特徴とする前記特許請
求の範囲第1項記載の静電誘導サイリスタを含む
半導体装置。 3 前記第1項又は第2項記載の静電誘導サイリ
スタを含む半導体装置が複数個直列に接続された
ことを特徴とする静電誘導サイリスタを含む半導
体装置。 4 前記複数個の静電誘導サイリスタがすべて遮
断状態にあるとき各静電誘導サイリスタに加わる
電圧が均一になるべく、等しい値の抵抗Ro
各々の静電誘導サイリスタのアノート・カソード
間に並列に接続したことを特徴とする前記特許請
求の範囲第3項記載の静電誘導サイリスタを含む
半導体装置。 5 前記特許請求の範囲第4項記載の静電誘導サ
イリスタを含む半導体装置がさらに並列に接続さ
れたことを特徴とする静電誘導サイリスタを含む
半導体装置。 6 前記光感応素子への光照射が、光フアイバに
よつて導かれていることを特徴とする前記特許請
求の範囲第1項乃至第5項のいずれか一項に記載
の静電誘導サイリスタを含む半導体装置。 7 前記光感応素子に光制御静電誘導サイリスタ
を用いたことを特徴とする前記特許請求の範囲第
1項乃至第6項のいずれか一項に記載の静電誘導
サイリスタを含む半導体装置。 8 前記静電誘導サイリスタが、表面接合ゲート
構造を有することを特徴とする前記特許請求の範
囲第1項乃至第7項のいずれか一項に記載の静電
誘導サイリスタを含む半導体装置。 9 前記静電誘導サイリスタが埋め込みゲート構
造を有することを特徴とする前記特許請求の範囲
第1項乃至第7項のいずれか一項に記載の静電誘
導サイリスタを含む半導体装置。 10 前記静電誘導サイリスタが絶縁ゲート構造
を有することを特徴とする前記特許請求の範囲第
1項乃至第7項のいずれか一項に記載の静電誘導
サイリスタを含む半導体装置。
[Claims] 1. A first and second light source, an electrostatic induction thyristor that transitions to a conductive state by direct introduction of light and maintains a conductive state even when the light is cut off, and a gate resistor Rg.
and a gate circuit consisting of a reverse gate bias power supply connected in series thereto, a photosensitive semiconductor element D,
a first light irradiation means for directly introducing a first light pulse L 1 from the first light source into the electrostatic induction thyristor; and a second light pulse L 2 from the second light source to the photosensitive semiconductor element. a second light irradiation means for irradiating the gate circuit;
The photosensitive semiconductor element is connected in parallel between the gate and cathode of the electrostatic induction thyristor, the electrostatic induction transistor is made conductive by introducing the first optical pulse L1 , and the electrostatic induction transistor is made conductive by introducing the first optical pulse L1. A semiconductor device including a static induction thyristor, characterized in that the resistance value of the photosensitive semiconductor element and the value of the gate resistance are selected so that the static induction transistor transitions to a cutoff state by cutting 2 . 2. A semiconductor device including a capacitive induction thyristor according to claim 1, characterized in that a Schottky diode or a pin diode having a predetermined reverse breakdown voltage is connected in series with the capacitive induction thyristor. 3. A semiconductor device including a static induction thyristor, characterized in that a plurality of semiconductor devices including the static induction thyristor according to the above item 1 or 2 are connected in series. 4. In order to equalize the voltage applied to each electrostatic induction thyristor when all of the plurality of electrostatic induction thyristors are in a cut-off state, resistors R o of equal value are connected in parallel between the anode and cathode of each electrostatic induction thyristor. A semiconductor device including the electrostatic induction thyristor according to claim 3, which is connected to the electrostatic induction thyristor. 5. A semiconductor device including an electrostatic induction thyristor, characterized in that a semiconductor device including the electrostatic induction thyristor according to claim 4 is further connected in parallel. 6. The electrostatic induction thyristor according to any one of claims 1 to 5, wherein light irradiation to the photosensitive element is guided by an optical fiber. Semiconductor devices including. 7. A semiconductor device including an electrostatic induction thyristor according to any one of claims 1 to 6, characterized in that a photo-controlled electrostatic induction thyristor is used as the photosensitive element. 8. A semiconductor device including a static induction thyristor according to any one of claims 1 to 7, wherein the static induction thyristor has a surface junction gate structure. 9. A semiconductor device including a static induction thyristor according to any one of claims 1 to 7, wherein the static induction thyristor has a buried gate structure. 10. A semiconductor device including the electrostatic induction thyristor according to any one of claims 1 to 7, wherein the electrostatic induction thyristor has an insulated gate structure.
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Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5296341A (en) * 1976-02-09 1977-08-12 Mitsubishi Electric Corp Current controller
JPS52135277A (en) * 1976-05-06 1977-11-12 Mitsubishi Electric Corp Electrostatic induction type thyristor
JPS5320885A (en) * 1976-08-11 1978-02-25 Semiconductor Res Found Electrostatic induction type semiconductor device
JPS5383569A (en) * 1976-12-29 1978-07-24 Mitsubishi Electric Corp Switching circuit
JPS5399779A (en) * 1977-02-10 1978-08-31 Handotai Kenkyu Shinkokai Insulated gate electrostatic induction semiconductor

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5296341A (en) * 1976-02-09 1977-08-12 Mitsubishi Electric Corp Current controller
JPS52135277A (en) * 1976-05-06 1977-11-12 Mitsubishi Electric Corp Electrostatic induction type thyristor
JPS5320885A (en) * 1976-08-11 1978-02-25 Semiconductor Res Found Electrostatic induction type semiconductor device
JPS5383569A (en) * 1976-12-29 1978-07-24 Mitsubishi Electric Corp Switching circuit
JPS5399779A (en) * 1977-02-10 1978-08-31 Handotai Kenkyu Shinkokai Insulated gate electrostatic induction semiconductor

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