JPH026229B2 - - Google Patents

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JPH026229B2
JPH026229B2 JP58228042A JP22804283A JPH026229B2 JP H026229 B2 JPH026229 B2 JP H026229B2 JP 58228042 A JP58228042 A JP 58228042A JP 22804283 A JP22804283 A JP 22804283A JP H026229 B2 JPH026229 B2 JP H026229B2
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Yoshiaki Hisamoto
Kozo Yamagami
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Mitsubishi Electric Corp
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Mitsubishi Electric Corp
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Description

【発明の詳細な説明】 [発明の技術分野] この発明はゲートターンオフサイリスタ(以
後、略して、「GTOサイリスタ」という)に関
し、特に大きなアノード電流を短時間で遮断でき
るGTOサイリスタに関するものである。
[従来技術] 一般に、ゲート信号によつてスイツチング作用
つまりターンオン・ターンオフできる半導体装置
としてGTOサイリスタがある。近年、このGTO
サイリスタは新たな電力用半導体装置として注目
されており、現在では2500Aのアノード電流をタ
ーンオフできるものが開発されている。
第1図は従来のGTOサイリスタの積層構造の
一例を示す概略断面図である。そのGTOサイリ
スタは下層から順にP型エミツタ層1、N型ベー
ス層2、P型ベース層3、さらにN型エミツタ層
領域4が形成された4層積層構造として構成され
ている。但し、N型のエミツタ層領域4はプレー
ナ型に複数個に分割されており、またP型ベース
層3の表面はオーミツクコンタクトをとるために
P型のP+層領域5が形成されている。そしてP
型エミツタ層1の表面にはアノード電極6が設け
られ、N型エミツタ層の表面にはカソード電極7
が設けられ、さらにP型ベースのP+層領域の表
面には電流を制御するゲート電極8が設けられて
いる。第2図は第1図のGTOサイリスタにおけ
るターンオフ時のP型ベース層3中の電流示す拡
大図であり、電流は矢印に沿つて流れる。
第3図はGTOサイリスタの遮断アノード電流
(ITGQ)、順方向印加電圧(VD)、およびゲート電
流(IGQ)のそれぞれの時間変化における相互の
関係を示す図である。図において縦軸は電流また
は電圧を示し横軸は時間を表わしておりtggはタ
ーンオフ時間に相当する。遮断時において、第2
図に示したようにゲート電極8へアノード電流が
流れるが、この電流によつてP型ベース層3のキ
ヤリアを徐々にゲート電極に引き抜いて、導通状
態の領域を狭くして最後にターンオフする。とこ
ろがアノード電流をターンオフさせる場合、徐々
に狭められた導通領域に電流集中が起こり、その
導通領域の部分で熱破壊などが生ずる場合があ
る。そのために上記P型ベース層3のキヤリアを
効果的に素早く引き抜く方法を考えることが望ま
れる。そこで、N型エミツタ層領域4の幅Lを狭
くするか、あるいはP型ベース層3の不純物濃度
を極力上げることが考えられる。通常のGTOサ
イリスタではN極エミツタ層領域4の幅Lを数
100μmに細くした構造としているが、さらに大き
なアノード電流をゲートターンオフさせる場合に
はN型エミツタ層領域4の幅Lをさらに狭くしな
ければならない。しかし、N型エミツタ層領域4
の幅Lを狭くすると、カソード面積の減少、製造
上の困難、さらに歩留りの低下などの問題を生じ
る。またP型ベース層3全体の不純物濃度を上げ
ると、N型エミツタ層領域4からP型ベース層3
への注入効率が次第に減少して、N型エミツタ層
領域4、P型ベース層3、およびN型ベース層2
で構成されるNPNトランジスタの電流増幅率
αNPNはP型ベース層3の不純物濃度が高くなるに
つれて減少していく。
ところで、周知のようにGTOサイリスタが順
方向阻止状態からターンオフするには上記のαNPN
と、P型ベース層3、N型ベース層2、およびP
型エミツタ層1とで構成されるPNPトランジス
タの電流増幅率αPNPとの和が1より大きくなるこ
とが必要である。P型ベース層3の不純物濃度を
上げ過ぎると前記の条件が満たされなくなり、
GTOサイリスタはターンオフの機能を果さなく
なる。したがつてP型ベース層3の不純物濃度は
或る程度以上に上げることができない。
従来のGTOサイリスタは上述のように構成さ
れているので、ターンオフ時間が長くて高周波イ
ンバータとして使用できず、また遮断アノード電
流が小さいなどの欠点があつた。
[発明の概要] この発明は上記のような従来のGTOサイリス
タの欠点を除去するためになされたものである。
本発明の特徴は、順にP型エミツタ層、N型ベ
ース層、P型ベース層が形成され、さらにそのP
型ベース層の表面層へ部分的にプレーナ型に形成
されたN型エミツタ層領域を有し、前記P型エミ
ツタ層、前記N型エミツタ層領域、前記P型ベー
ス層のそれぞれの表面にアノード電極、カソード
電極、ゲート電極を設け、前記ゲート電極にゲー
ト信号を印加して前記アノード・カソード電極間
の電流をターンオンまたはターンオフするGTO
サイリスタにおいて、前記N型エミツタ層領域を
除く前記P型ベース層の表面層と、前記N型エミ
ツタ層領域の周縁部下側の前記P型ベース層とに
高不純物濃度のP+層を設け、前記P+層の深さを
前記N型エミツタ層領域より深くかつ前P型ベー
ス層の深さより浅くしたことである。
また本発明は、P型とN型が逆の構成になつて
いるGTOサイリスタにも適用し得ることは明ら
かである。
[発明の実施例] 第4図はこの発明の一実施例を示す図である。
その基本的な構成は第1図のものと同様であり、
まずN型ベース層2となる低不純物濃度のSiウエ
ーハを用い、このSiウエーハの両面から族の不
純物(Al,Ga,Bなど)を拡散し、P型エミツ
タ層1とP型ベース層3を形成する。次にP型ベ
ース層1の不純物濃度より高い族の不純物Bを
前記Siウエーハの片面から図のように拡散させ
る。つまり、後で形成されるN型エミツタ層領域
4の下部周縁部に相当する領域9と、N型エミツ
タ層領域4以外の領域でかつそのN型エミツタ層
領域4と接触しない領域10へ、前記N型エミツ
タ層4より深くかつP型ベース層3より浅いP+
層を形成する。次に族の不純物Pを拡散してN
型エミツタ層領域4を形成する。そしてP型エミ
ツタ層1、N型エミツタ層領域4、およびP型ベ
ース層3のP+領域10のそれぞれの表面にアノ
ード電力6、カソード電極7、ゲート電極8を形
成する。このように構成された本発明のGTOに
おいては、N型エミツタ層領域4の下側中央部で
はP+層が除かれており、適度なαNPNが得られる。
そしてP+層領域9,10の不純物濃度を適度に
設定することにより、ターンオン・ターンオフ特
性(特にターンオフ特性)の良好なGTOが得ら
れる。
第5図を参照して、このようなGTOサイリス
タの動作について説明する。第5図において、ゲ
ート電極8に負のパルスを印加するとカソード電
極6とゲート電極8にアノード電流が流れ、また
アノード電流のキヤリアがP+層9,10の低抵
抗部分を通つて素早くゲート電極8に引き抜かれ
る。またP型ベース層3に蓄積されているキヤリ
アもP+層9,10を通つてゲート電極8へ素早
く引き抜かれる。上記の作用によりターンオフ時
間は従来の15μsから8μs程度へ大幅に減少させる
ことができる。
上記の説明ではP型のベース層にゲート電極を
設けたタイプのGTOサイリスタについて述べた
が、本発明は上記のP型とN型を逆にした構成の
GTOサイリスタにも同様に適用可能である。
また上述の実施例ではメサ型について説明した
が、これは単なる一例であつて、本発明はこれに
限られるものではなく、たとえば第6図に示すよ
うにガラスパツシベーシヨン型にも適用可能であ
る。第6図と第4図において、同一の符号は同一
内容または相当部分を示しており、第6図ではガ
ラスパツチベーシヨン11が設けられている。
さらに本発明は、第7図に示したようなプレー
ナ型にも適用可能である。第7図と第4図におい
て、同一符号は同一内容または層当部分を示して
おり、第7図ではガードリングP+層12とチヤ
ンネルカツトN+層が設けられている。
さらに本発明は、第8図に示したようにアノー
ドシヨート型にも適用可能である。第8図と第4
図において、同一符号は同一内容または相当部分
を示しており、第8図ではアノードシヨート型
N+層が設けられている。
さらに種々の変形例が考えられるが、これらは
いずれも本発明に含まれるものであり、第4図の
例と同様の効果を奏す。
[発明の効果] 本発明によれば、従来のGTOサイリスタに比
べて大きなアノード電流を短時間で遮断できる
GTOサイリスタを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は、従来のGTOサイリスタの積層構造
を示す断面図である。第2図は、従来のGTOサ
イリスタがターンオフするときのアノード電流の
キヤリアの流れを示す図である。第3図は、従来
のGTOサイリスタがターンオフする際の電圧電
流変化を示す図である。第4図は、本発明の一実
施例であるGTOサイリスタの積層構造を示す断
面図である。第5図は、本発明の一実施例による
GTOサイリスタがターンオフするときのアノー
ド電流キヤリアの流れを示す図である。第6図
は、ガラスパツシベーシヨンを施した本発明によ
るGTOサイリスタの一例を示す積層構造図であ
る。第7図は、プレーナ型に本発明を適用した
GTOサイリスタの一例を示す積層構造図である。
第8図は、アノードシヨート型に本発明を適用し
たGTOサイリスタの一例を示す積層構造図であ
る。 図において、1はP型エミツタ層、2はN型ベ
ース層、3はP型ベース層、4はN型エミツタ層
領域、5は従来のP+層領域、6はアノード電極、
7はカソード電極、8はゲート電極、9,10は
本発明によるP+層領域、11はガラスパツシベ
ーシヨン、12はガードリングP+層、13はチ
ヤンネルカツトN+層、14はアノードシヨート
型N+層を示す。なお各図において同一符号は同
一内容または相当部分を示す。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 P型(またはN型)エミツタ層と、前記P型
    (またはN型)エミツタ層上のN型(またはP型)
    ベース層と、前記N型(またはP型)ベース層上
    のP型(またはN型)ベース層と、前記P型(ま
    たはN型)ベース層の表面層へ部分的に細分化さ
    れて形成された複数のN型(またはP型)エミツ
    タ領域を有し、前記P型(またはN型)エミツタ
    層の表面にアノード(またはカソード)電極を設
    け、前記複数のN型(またはP型)エミツタ領域
    の各々の表面にカソード(またはアノード)電極
    を設け、前記P型(またはN型)ベース層の表面
    にゲート電極を設け、前記ゲート電極にゲート信
    号を印加して前記アノード・カソード電極間の電
    流をターンオンまたはターンオフするゲートター
    ンオフサイリスタにおいて、 前記P型(またはN型)ベース層の表面下側で
    前記複数のN型(またはP型)エミツタ領域の側
    壁近傍と、前記複数のN型(またはP型)エミツ
    タ領域の各々の周縁部下側の前記P型(またはN
    型)ベース層とに高不純物濃度のP+層(または
    N+層)領域を設け、前記P+層(またはN+層)領
    域の深さを前記複数のN型(またはP型)エミツ
    タ領域より深くかつ前記P型(またはN型)ベー
    ス層の深さより浅くしたことを特徴とするゲート
    ターンオフサイリスタ。
JP58228042A 1983-11-30 1983-11-30 ゲ−トタ−ンオフサイリスタ Granted JPS60119776A (ja)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP58228042A JPS60119776A (ja) 1983-11-30 1983-11-30 ゲ−トタ−ンオフサイリスタ
US06/662,080 US4609933A (en) 1983-11-30 1984-10-18 Gate turn-off thyristor having P+ gate and emitter
DE19843439803 DE3439803A1 (de) 1983-11-30 1984-10-31 Abschaltthyristor

Applications Claiming Priority (1)

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JP58228042A JPS60119776A (ja) 1983-11-30 1983-11-30 ゲ−トタ−ンオフサイリスタ

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JPS60119776A JPS60119776A (ja) 1985-06-27
JPH026229B2 true JPH026229B2 (ja) 1990-02-08

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DE3439803C2 (ja) 1990-07-26
JPS60119776A (ja) 1985-06-27
US4609933A (en) 1986-09-02

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