JPH041916A

JPH041916A - 半導体装置

Info

Publication number: JPH041916A
Application number: JP6047290A
Authority: JP
Inventors: Yoshiaki Tsunoda; 角田　良昭; Hideo Matsuda; 秀雄松田; Susumu Yasaka; 家坂　進
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1990-03-12
Filing date: 1990-03-12
Publication date: 1992-01-07
Anticipated expiration: 2013-04-15
Also published as: JP2740034B2

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】［発明の目的］（産業上の利用分野）本発明は、サイリスタを構成する半導体装置に関し、特
に高電圧変換装置に使用される。

（従来の技術）従来のサイリスタの構成例を第７図に示す。図中１はＰ
エミツタ層、２はＮベース層、３はＰベース層、４は主
サイリスタ部２１のＮエミツタ層、４０，４□は初段、
２段目パイロットサイリスタ部２１１．２１２のＮエミ
ツタ層、５はアノード電極、６は主サイリスタ部２１の
集電電極（カソード）　　６１は初段パイロットサイリ
スタ部２１、の集電電極（カソード）、６２は２段目パ
イロットサイリスタ部２１゜の集電電極（カソード）　
８は受光部である。このものは、光サイリスク特有の問
題である光感度−ｄ　ｖ　／　ｄ　ｔ　−ｄ　ｉ／ｄ　
を特性のトレードオフを改善するため、初段パイロット
サイリスタ２１、は段付きエミッタで、量子効率を高め
るため、その凹部７にエツチング部７１を形成している
。電極６、は段部７□上にも形成されるのが普通である
。その理由は、ファイバ等から受光部８に照射され、タ
ーンオンに寄与する光は、エッチオフ部７．への光のみ
であり、段部７２上に光を当てても無効なものとなるた
め、電極を形成するからである。

（発明が解決しようとする課題）しかし第７図の構造だと、エミッタ部の内縁付近４＋１
からターンオンしはじめた電流は、電極６１に集電され
るわけであるが、エミツタ層４Ｉの深さ、厚さ等の形状
、不純物濃度、光か照射される表面の状態等により、タ
ーンオンのばらつきが生じ、局部的に電流集中か起こり
、ターンオン破壊することがあった。

そこで、ｄ　ｉ　／　ｄ　を耐量を上げるためには、初
段パイロットサイリスタ２１、の面積を広げる方法があ
るか、光感度、ｄ　ｖ　／　ｄ　を特性の関係で、設計
上限界があった。また多段増幅ゲート構造（多段パイロ
ット）としても、初段パイロットサイリスタ１２．に流
れ込む突入電流でｄ　ｉ　／　ｄ　を耐量が決まってし
まい、３段ゲート位までしか効果はない。

本発明は上記実情に鑑みてなされたもので、光感度、ｄ
ｖ／ｄｔ特性を悪くしないまま、高いｄｉ／ｄｔ耐量が
得られる初段パイロットサイリスタ構造を有したサイリ
スタを提供することを目的としている。

［発明の構造］（課題を解決するための手段と作用）本発明は、導電型か互に異なるように順次積層された第
１．第２．第３層と複数の第４層でサイリスクを構成す
る半導体装置において、初段パイロットサイリスタ部を
構成する第４層エミッタ領域には、電極に覆われていな
い部分で他の第４層エミッタ領域より高抵抗の領域を設
けたことを特徴としている。

即ち本発明は、初段パイロットサイリスタのエミッタ領
域の上記高抵抗領域をバランス抵抗として機能させるこ
とにより、不均一に初期点弧しても、充分ｄ　ｉ／ｄ　
を耐量を高められ、るようにした。

また上記エミッタ領域に設けたバランス抵抗は、光感度
、ｄＶ／ｄｔ特性に何ら影響を与えないから、これら特
性を悪化させることがない。

（実施例）以下図面を参照して本発明の一実施例を説明する。第１
図は同実施例の断面図であるが、これは第７図のものと
対応させた場合の例であるから、対応箇所には同一符号
を付して説明を省略し、特徴とする箇所を説明する。本
実施例の特徴は、初段パイロットサイリスタ部２１１の
Ｎエミッタ４１の凹部７の段部７□上及びその上の凹部
側壁には、電極６、を設けないようにしたことである。

このようにすれば、電ｔ！ｉ　６１を第７図の場合より
省略した分たけ、凹部７、下の縦方向に薄いエミッタ部
４１１と、電極６．下の厚いエミッタ部との間のエミッ
タ部４１２は、第７図の場合より高抵抗化される。ここ
でエミッタ内径部４．１付近でターンオンした電流は、
高抵抗エミッタ部４，２を通り、電極６．に集電される
わけであるが、エミッタ部４．２がエミッタ部４１１に
対しバランス抵抗として作用することにより、エミッタ
部４，２の部分で不均一にターンオンしたとしても、バ
ランス抵抗部４．２により電流がバランスされ、この結
果ｄ　ｉ　／　ｄ　を耐量が向上するものである。

第２図は本発明の他の実施例で、段部７□上の電極６□
を一部省略した場合の例である。この場合も、エミッタ
部４．２がバランス抵抗値として充分であれば、前実施
例と同様の効果が得られる。

第３図は本発明の更に異なる実施例で、段部７□上に絶
縁膜３１を設け、その後電極６１を形成すれば、段部７
２上の電極６．は絶縁膜３１により、電極として機能し
ないので、エミッタ部４１２はバランス抵抗として機能
するから、前述と同様の効果が得られる。

第４図は本発明の更に異なる実施例である。

これは、本発明をｄｖ／ｄｔ補償型構造とよばれている
サイリスタに適用したもので、光感度、ｄ　Ｖ／ｄ　を
耐量などの光サイリスタの電気的特性を損なうことなく
多段増幅ゲートとを採用し、ｄ　ｉ／ｄ　を耐量を高め
ている。第４図（ａ）はゲート電極の平面配置構成図、
第４図（ｂ）は断面構成図である。

Ｐエミッタ層１、Ｎベース層２、Ｐベース層３、Ｎエミ
ツタ層４の４つの積層された半導体層からなるメインサ
イリスタの上記Ｎエミツタ層４に隣接するＰベース層３
表面には集電電極１１が形成されており、この集電電極
１１に囲まれて複数のパイロットサイリスタが形成され
ている。ここでは、受光部８を備えた第１のパイロット
サイリスタ１２、そのエミッタ電極を集電電極１１と共
通化した第５のパイロットサイリスタ１６まで、計５個
のパイロットサイリスタ１２．１３〜１６が形成されて
いる。尚、集電電極１１の周辺部、つまりパイロットサ
イリスタ１２．１３〜１６の周りにはメインサイリスタ
１７が形成される。しかして、第１のパイロットサイリ
スタ１２は、受光部８の周りに円環状にＮエミツタ層１
２ａを形成し、その表面にエミッタ電極１２ｂを配設し
て構成される。また、第２乃至第５のパイロットサイリ
スタ１３．１４，１５．１６は、Ｐベース層３中に集電
電極１１に囲まれてＮエミツタ層１３ａ。

１４ａ、１５ａ、１６ａをそれぞれ形成し、これらのＮ
エミッタ層１３ａ、１４ａ、１５ａ。

１６ａ上にそれぞれエミッタ電極１３ｂ、１４ｂ。

１５ｂ、　　１６ｂを形成すると共に、Ｐベース層３上
に各ゲート電極１３ｃ、１４ｃ、１５ｃ。

１６ｃを形成して構成される。このうち、第５のパイロ
ットサイリスタ１６のエミッタ電極１６ｂは前記集電電
極１１と共通化されている。しがして、各段のパイロッ
トサイリスタ１３，１４゜１５．１６の各ゲート電極１
３ｃ、１４ｃ。

１５ｃ、１６ｃは、それぞれ前段のパイロットサイリス
タ１２．１３．１４．１５の各エミッタ電極１２ｂ、１
３ｂ、１４ｂ、１５ｂにＡｇ線等の配線１８を介して順
次電気的に接続されている。

従って、各段のパイロットサイリスタ１３．．１４゜１
５．１６は、それぞれ前段のパイロットサイリスタ１２
．１３．１４．１５のターンオン電流をゲート電流とし
て受けて、ターンオン動作するようになっている。そし
てメインサイリスタ１７は、第５のパイロットサイリス
タ１６のターンオン電流を集電電極１１を介して受けて
、ターンオンするようになっている。

ここでの特徴も、初段パイロットサイリスタ部１２に凹
部７を設け、その下部のＮエミツタ層の部分を高抵抗化
してバランス抵抗としている。第４図のサイリスクのｄ
Ｖ／ｄｔが向上する理由は、配線１８が後段パイロット
サイリスタ部のＮエミッタ部をまたぐようにして電極１
２ｂと１３ｃを接続していることと、ゲート１３ｃがＮ
エミツタ層１３ａではさまれるように形成されているこ
とがある。またパイロットサイリスタ部１３．１４１５
は、働きとしてはこれら３つのパイロットサイリスタで
１つのパイロットサイリスタと等価の働きをしている。

ただ３つに分けることで、電界集中を緩和しているだけ
である。

本発明の変形例としては、例えば次のようなことが考え
られる。上記各実施例では、初段パイロットサイリスタ
２１．のゲートトリガに、第５図の如く光ｈｖを用いた
が、第６図の如く電気的駆動型のゲート電極４１を用い
てもよい。また初段パイロットサイリスタ部２１．の凹
部７１の代りに、Ｎエミツタ層４Ｉとは逆導電型の層７
．′を設けても、エミッタ層４．にとっては上記凹部７
、を設けたことと等価であるから、層７１　下に同様の
バランス抵抗を形成できるし、これを、不純物の濃度コ
ントロールすることにより形成することもできる。また
本発明においては、初段パイロットサイリスタの次段に
主サイリスクかくるように構成してもよい。

［発明の効果］通常、ＨＶＣ（直流送電）　、ＳＶＣ（無効電力補償装
置）等で使用される高耐圧光サイリスタのｄ　ｉ　／　
ｄ　を耐量は、ＨＶＣとかＳｖＣの主回路からの突入電
流より、むしろサイリスクと並列接続されるスナバ回路
からの放電電流の流れ込みて決定される。これはスナバ
放電電流の方か、急峻な立ち上がりをもつからである。

つまりターンオンで素子が耐えられるか破壊するかは、
数８５以内で決定され、初段パイロットサイリスタのｄ
ｉ／ｄｔ耐量を上げることが一番効果的である。またタ
ーンオン破壊する原因は、突入電流か局部的に集中して
起こることが多く、そのため初段パイロットサイリスタ
部をいかに均一につくるかが重要である。しかしエミツ
タ層の拡散深さ、エツチング深さ、表面状態など不均一
をつくる要因は多く、完全に均一なものを作ることは難
しい。

本発明のように、初期点弧した領域のすぐ後に、バラン
ス抵抗を入れれば、不均一部のバッファとして働き、そ
の結果ｄ　ｉ　／　ｄ　を耐量は向上する。

またバランス抵抗は拡散層を用いられるため、信頼性も
高く、容易に形成できる。またバランス抵抗は、光感度
、ｄ　ｖ　／　ｄ　を特性に何ら悪影響を与えることは
ない。

【図面の簡単な説明】

第１図ないし第６図は本発明の各実施例の構成図、第７
図は従来のサイリスタの構成図である。１・・・Ｐ層、２・・・Ｎ層、３・・・Ｐ層、４，４□
４゜・・・Ｎエミツタ層、４１□・・・高抵抗領域、７
・・・凹部、８・・・受光部、２１・・・主サイリスタ
、２１、・・・初段パイロットサイリスタ、３１・・・
絶縁膜、４１・・・電気的初段ゲート電極。第２＠出願人代理人　弁理士　鈴江武彦１３１ｆ第図

Claims

【特許請求の範囲】

（１）導電型が互に異なるように順次積層された第１、
第２、第３層と複数の第４層でサイリスタを構成する半
導体装置において、初段パイロットサイリスタ部を構成
する第４層エミッタ領域には、電極に覆われていない部
分に該部分が電極で覆われている場合より高抵抗の領域
を設けたことを特徴とする半導体装置。
（２）多段のパイロットサイリスタ部を有し、初段パイ
ロットサイリスタ部の第４層エミッタ領域上の電極は後
段のパイロットサイリスタ部の第４層エミッタ領域をま
たぐように後段のパイロットサイリスタ部のゲート電極
と接続されかつこのゲート電極は後段のパイロットサイ
リスタ部の第４層エミッタ領域間にはさまれるように配
置されていることを特徴とする請求項１に記載の半導体
装置。
（３）前記高抵抗領域は、初段パイロットサイリスタ部
の第４層エミッタ領域の一部に設けた凹部で形成された
ものであることを特徴とする請求項１または２に記載の
半導体装置。
（４）前記高抵抗領域は、初段パイロットサイリスタ部
の第４層エミッタ領域の一部に設けたこれとは逆導電型
の拡散層で形成されたものであることを特徴とする請求
項１または２に記載の半導体装置。
（５）前記高抵抗領域は、初段パイロットサイリスタ部
の第４層エミッタ領域の一部がその回りより大抵抗とな
るような濃度コントロール部により形成されたものであ
ることを特徴とする請求項１または２に記載の半導体装
置。
（６）前記高抵抗領域は、前記凹部の段部上の電極を省
略することにより設けたものであることを特徴とする請
求項３に記載の半導体装置。
（７）前記高抵抗領域は、前記凹部の段部上と該段部上
の電極との間に絶縁膜を配置することにより形成したも
のであることを特徴とする請求項３に記載の半導体装置
。
（８）前記初段パイロットサイリスタ部は、そのゲート
駆動を光で行なうものであることを特徴とする請求項１
ないし７のいずれか１つの項記載の半導体装置。
（９）前記初段パイロットサイリスタ部は、そのゲート
駆動を電気信号で行なうものであることを特徴とする請
求項１ないし７のいずれか１つの項記載の半導体装置。