JPH04196359A - Composite semiconductor device and power conversion device provided therewith - Google Patents

Composite semiconductor device and power conversion device provided therewith

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JPH04196359A
JPH04196359A JP32288090A JP32288090A JPH04196359A JP H04196359 A JPH04196359 A JP H04196359A JP 32288090 A JP32288090 A JP 32288090A JP 32288090 A JP32288090 A JP 32288090A JP H04196359 A JPH04196359 A JP H04196359A
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semiconductor
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Abstract

PURPOSE:To obtain a composite semiconductor device where an arc is easily made to start and a parasitic thyristor hardly starts operating and which is turned ON or OFF through an insulated gate and possessed of a current limiting action by a method wherein a first and a second insulated gate electrode are electrically connected together. CONSTITUTION:An intermediate P layer of a thyristor region and a P-type well layer of a MOSFET region formed on the intermediate P layer are isolated from each other by an intermediate N layer of the thyristor region. One primary electrode is brought into ohmic contact with an P layer outside the thyristor region, and the other primary electrode is brought into ohmic contact with the source layer and the well layer of the MOSFET region, whereby the N layer outside the thyristor region and the drain layer of the MOSFET region are electrically connected together. Furthermore, a first insulated gate electrode is provided onto the well layer located between the source layer and the drain layer of the MOSFET, a second insulated gate electrode is formed on the surface of the intermediate P layer of the thyristor region, and the first and the second insulated gate electrode are electrically connected together. By this setup, a device which is easily ignited, protected against malfunction, and possessed of a current limiting action can be provided.

Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は、N408ゲートでオン・オフでき、かつ飽和
特性を有する複合半導体装置及びそれを使った電力変換
装置に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Field of Industrial Application] The present invention relates to a composite semiconductor device that can be turned on and off by an N408 gate and has saturation characteristics, and a power conversion device using the same.

[従来の技術] 従来、MOSゲートでサイリスタを制御し、MOSFE
Tの飽和特性によりサイリスタの電流を制御する半導体
装置については、アイ・イー・イー・イー、エレクトロ
ン デバイス レタース(1990年2J])第11巻
、第2号、第75頁から第77頁  (IEEE、  
EIect、ron  Device  Letter
s、Vol、Il、 へ1o2゜(February 
1990) Vol、II、へa2. pp、 75〜
77 )においで論じられている。第9図はこの論文の
Fig、] に記載されている複合半導体装置を示す。
[Conventional technology] Conventionally, a thyristor is controlled by a MOS gate, and a MOSFE
Regarding semiconductor devices that control the current of a thyristor by the saturation characteristics of ,
EIect, ron Device Letter
s, Vol, Il, 1o2゜(February
1990) Vol, II, a2. pp, 75~
77). FIG. 9 shows the composite semiconductor device described in FIG. 9 of this paper.

図において10は一対の主表面100,101を有する
半導体基体で、上表[n1間にp土層]1、その上にn
−層12、その中に表面を露出して9層13及びn1+
層130か形成されている。主表面101には絶縁膜3
1とゲート電極32からなる絶縁ゲート、300が形成
され、この絶縁ゲート300下に達するように01十層
15、n、十層16が主表面101から91層131内
に延びてそれぞれ独立に形成されている。キャリア濃度
の高いp1+層]30がn2十層16下に形成され、p
層の抵抗rが小さくしている。このn1+層130とn
、十層16はカソード電極22で短絡されている。
In the figure, 10 is a semiconductor substrate having a pair of main surfaces 100, 101, with an upper surface [p soil layer between n1] 1 and an n
- layer 12, with exposed surfaces therein 9 layers 13 and n1+
A layer 130 is formed. An insulating film 3 is provided on the main surface 101.
An insulated gate 300 consisting of 1 and a gate electrode 32 is formed, and 010 layers 15, n, and 010 layers 16 extend from the main surface 101 into the 91st layer 131 and are formed independently so as to reach below this insulated gate 300. has been done. A p1+ layer with high carrier concentration] 30 is formed under the n2+ layer 16,
The resistance r of the layer is made small. This n1+ layer 130 and n
, the ten layers 16 are short-circuited at the cathode electrode 22.

主表面100にはアノード電極21がオーミックコンタ
クトしている。この複合半導体装置は、p土層11・n
−層12・9層13で構成されるpnphランジスタリ
ス−層12・9層13・n1+層15で構成されるnp
nトランジスタとからなるサイリスタが内蔵している。
An anode electrode 21 is in ohmic contact with the main surface 100 . This composite semiconductor device has p-soil layers 11 and n
- pnph transistors composed of layers 12, 9 layers 13 - np composed of layers 12, 9 layers 13, and n1+ layer 15
It has a built-in thyristor consisting of an n-transistor.

また、絶縁ゲート300とn1+層15−p層13 ・
n、十層16からなるnチャネルMOSFETを有して
いる。更に、寄生素子として、n、十層16・p、+1
30−n−層〕2・p子基板11からなる寄生サイリス
タを含んでいる。第10図は、第9図の複合半導体装置
の等価回路を示す。以下、第9図及び第10図を使って
動作原理を述べる。ます、複合半導体装置をターンオン
させるには、カソード端子Kに負の電位、アノード端子
Aに正の電位を加える。また、ゲート端子Gには、カソ
ード端子により正の電位を印加し、これにより絶縁ゲー
ト下の9層13の表面に反転層を形成し、n、十層15
とl−1,+層を短絡する。
In addition, the insulated gate 300 and the n1+ layer 15-p layer 13.
It has an n-channel MOSFET consisting of 16 layers. Furthermore, as a parasitic element, n, 10 layers 16·p, +1
30-n-layer] Contains a parasitic thyristor made of a 2.p-substrate 11. FIG. 10 shows an equivalent circuit of the composite semiconductor device of FIG. 9. The operating principle will be described below using FIGS. 9 and 10. First, to turn on the composite semiconductor device, a negative potential is applied to the cathode terminal K and a positive potential is applied to the anode terminal A. Further, a positive potential is applied to the gate terminal G through the cathode terminal, thereby forming an inversion layer on the surface of the 9th layer 13 under the insulated gate, and forming an inversion layer on the surface of the 9th layer 13 under the insulated gate.
and l-1, + layer are short-circuited.

このような状態のもとてさらに9層13にベース電流(
ホール電流■)をカソード端子Kがら流す。このホール
電流によって、9層13の抵抗及びn1+層130の両
端に電位差が生じる。この電位差が9層13とn1+層
〕5の拡散電位(シリコンでは室温で約0.7V)を超
えると、n1+層15からp層〕3へ電子○か注入する
。二の電子○がYl−層12を通過し、p土層11に流
れ込むと、p4層11より多量のホール■が11−層]
2へ注入する。このホール電流かp層]3に到達し、カ
ソード電極22へ流れるとさらにn1+層15より電子
○が注入し、n、十層15・p層]3・n−層12・p
土層11からなるサイリスタが点弧(うッチアップ)し
、複合半導体装置はオン状態となる。
Under such conditions, a base current (
A Hall current (■) is caused to flow through the cathode terminal K. This hole current generates a potential difference between the resistance of the 9 layer 13 and both ends of the n1+ layer 130. When this potential difference exceeds the diffusion potential between the 9 layer 13 and the n1+ layer 5 (approximately 0.7 V at room temperature in silicon), electrons are injected from the n1+ layer 15 to the p layer 3. When the second electron ○ passes through the Yl− layer 12 and flows into the p soil layer 11, more holes ■ than the p4 layer 11 form in the 11− layer]
Inject into 2. When this hole current reaches the p layer]3 and flows to the cathode electrode 22, electrons ○ are further injected from the n1+ layer 15.
The thyristor made of the soil layer 11 is ignited (touched up), and the composite semiconductor device is turned on.

次に、オフ状態にするには、ゲート端子Gの電位を取り
除けばよい。例えば、ゲート端子Gとカソード端子Kを
短絡すると、絶縁ゲート下の9層13表面の反転層が消
滅し、n1十層]5からp層〕3へ注入する電子○の供
給が遮断される結果、p十層1〕からのホール■の注入
もなくなり、複合半導体装置はオフ状態に至る。
Next, to turn it off, the potential at the gate terminal G may be removed. For example, when the gate terminal G and the cathode terminal K are short-circuited, the inversion layer on the surface of the 9th layer 13 under the insulated gate disappears, and the supply of electrons ○ injected from the n10th layer]5 to the p layer]3 is cut off. , p10 layer 1], and the composite semiconductor device enters the OFF state.

このような複合半導体装置の特長は、サイリスタ動作を
用いることにより、高抵抗のn−層12に多量の電子○
及びホール■を注入して、核層を低抵抗化し、複合半導
体装置内部に生じる導通時の抵抗損失を格段に小さくで
きることである。しかも、(ターンオン時に9層13に
ホール電流を流すゲート構造については上記論文では詳
細に記述していないか)絶縁ゲート300への電位の印
加・除去によって容易にオン・オフすることかでき、従
来の例えばゲート・ターンオフ(GT○)・サイリスタ
のようにゲートによって多量の電流を流し込んだり、引
き出す必要がなく、ゲート回路が棲めて簡略化されてい
るという特長がある。
The feature of such a composite semiconductor device is that by using thyristor operation, a large amount of electrons can be transferred to the high-resistance n-layer 12.
By injecting holes (1) and (2), the resistance of the core layer can be lowered, and the resistance loss during conduction occurring inside the composite semiconductor device can be significantly reduced. Moreover, it can be easily turned on and off by applying and removing a potential to the insulated gate 300. For example, there is no need to inject or draw out a large amount of current using a gate as in gate turn-off (GT○) thyristors, and the feature is that the gate circuit can be accommodated and simplified.

さらに、絶縁ゲート300とn1+層15・9層+3(
p、中層130)・n、+層16からなるMOSFET
の飽和する出力特性(飽和特性という)を利用して、n
1+層15から注入する電子○を制限することができ、
複合半導体装置はサイリスタ動作をするにもかかわらす
、飽和特性による限流作用をもたせることができる。パ
ワー半導体装置では通常第9図の構造を1つのセルとし
て、これを数百〜数万個集積化し、並列動作させる。こ
の時、限流作用の各セルがもっていると1つのセルに電
流か集中することなく、均一に各セルが電流を分担する
ため、電流集中によるパワー半導体装置の破壊を防止で
きる。この複合半導体装置はサイリスタ動作であるにも
かかわらす、限流作用をもっているので、オン状態にお
いて電流集中のない均一な電流の流れを実現でき、また
ターンオフ時も各セルの電流を均一に減することかでき
、大きな電流の遮断も容易である。
Furthermore, the insulated gate 300 and the n1+ layer 15/9 layer +3 (
MOSFET consisting of p, middle layer 130) and n, + layer 16
Using the saturated output characteristic (referred to as saturation characteristic) of n
It is possible to limit the electrons ○ injected from the 1+ layer 15,
Although the composite semiconductor device operates as a thyristor, it can have a current limiting effect due to its saturation characteristics. In a power semiconductor device, usually several hundred to tens of thousands of cells having the structure shown in FIG. 9 are integrated and operated in parallel. At this time, if each cell has a current limiting function, the current will not be concentrated in one cell, and each cell will share the current evenly, thereby preventing damage to the power semiconductor device due to current concentration. Although this composite semiconductor device operates as a thyristor, it has a current limiting effect, so it can achieve a uniform current flow without current concentration in the on state, and evenly reduce the current in each cell in the turn off state. It is also easy to interrupt large currents.

[発明が解決しようとする課題] しかし、上記の複合半導体装置は、n1+層101から
電子○が注入しにくく、点弧しすらいという問題がある
。即ち、n1+層15は絶縁ゲート300の反転層及び
n2+層16を介してカソード電極22に短絡されてい
るが、この反転層の抵抗がシート抵抗が数にΩと大きく
、この抵抗が01十層】5から注入する電子○の電流供
給を阻害する。
[Problems to be Solved by the Invention] However, the above-described composite semiconductor device has a problem in that it is difficult for electrons to be injected from the n1+ layer 101, and even ignition occurs. That is, the n1+ layer 15 is short-circuited to the cathode electrode 22 via the inversion layer of the insulated gate 300 and the n2+ layer 16, but the resistance of this inversion layer is as large as the sheet resistance, which is several Ω, and this resistance ] Blocks the current supply of electrons ○ injected from 5.

つまり、9層13とn1+層15の間の電位差が拡散電
位以上に達し、n1+層15から電子○が注入しようと
すると、この電子電流と反転層の抵抗によって01十層
15がnつ中層】6より電位が高くなる。その結果n1
+層15と9層13との電位差が小さくなり、n、中層
からの電子Oの注入が抑制され、点弧しずらくなる。こ
れを防ぐために9層13の抵抗Rを大きくする方法があ
るが、Rを大きくするために9層13のキャリア濃度を
低くかつ薄くすると、9層13に伸びた空乏層がn十層
15に達し、パンスルーし、耐圧が劣化するという問題
が新たに生じる。そこで01十層15をカソード電極2
2から遠ざかる方向に延ばしてRを大きくすることか考
えられる。この場合には、もう1つの問題か生じる。即
ち、寄生サイリスタとして存在する。ロ、中層16 ・
p、十層130−n−層12・p十層11がラッチアッ
プしやすいという問題である。9層13には、p十層1
1から到達したホール■とn1+層15から注入した電
子○の中性条件を満足すべく発生したホール■が上述の
理由よりp十層11は広いことから極めて多量に存在し
、これか全てn1+層130を通ってカソード電極22
へ流れ込む。この時p1+層130は高いキャリア濃度
によって低抵抗rになっているか、流れ込むホール電流
が太きいため、抵抗rの両端に大きい電位差が生じる。
In other words, when the potential difference between the 9 layer 13 and the n1+ layer 15 reaches the diffusion potential or higher, and electrons ○ are about to be injected from the n1+ layer 15, this electron current and the resistance of the inversion layer cause the 010 layer 15 to become n intermediate layer] The potential becomes higher than 6. As a result n1
The potential difference between the + layer 15 and the 9 layer 13 becomes smaller, and injection of electrons O from the n and middle layers is suppressed, making it difficult to ignite. To prevent this, there is a method of increasing the resistance R of the 9-layer 13, but if the carrier concentration of the 9-layer 13 is made low and thin in order to increase R, the depletion layer extending to the 9-layer 13 becomes the n-layer 15. A new problem arises in that the voltage reaches and passes through, resulting in deterioration of withstand voltage. Therefore, the 010 layer 15 is used as the cathode electrode 2.
One possibility is to increase R by extending it in the direction away from 2. In this case, another problem arises. That is, it exists as a parasitic thyristor. B, middle class 16 ・
The problem is that the p-layer 130, the n- layer 12, and the p-layer 11 are likely to latch up. 9 layers 13 include p 10 layers 1
Due to the above-mentioned reason, the p-layer 11 is wide, so there are extremely large amounts of holes ■ that have arrived from the n1+ layer 15 and holes ■ that are generated to satisfy the neutrality condition of the electrons injected from the n1+ layer 15. Cathode electrode 22 through layer 130
flows into. At this time, the p1+ layer 130 has a low resistance r due to a high carrier concentration, or the hole current flowing into the p1+ layer 130 is large, so a large potential difference occurs between both ends of the resistance r.

二の電位差がp1+層+30と02十層16の拡散電位
以」二になると、寄生サイリスタかラッチアップしてし
まう。この寄生サイリスタが一旦ラッチアップすると、
もはや絶縁ゲート300で複合半導体装置をターンオフ
することができず、電流は流れ続け、最後にはその電流
と導通損失で生じるジュール熱により装置は破壊してし
まう。
If the potential difference between the two is greater than the diffusion potential between the p1+ layer +30 and the 020 layer 16, the parasitic thyristor will latch up. Once this parasitic thyristor latches up,
The composite semiconductor device can no longer be turned off by the insulated gate 300, and the current continues to flow, and eventually the device is destroyed by the Joule heat generated by the current and conduction loss.

このように、従来の複合半導体装置では、反転層の大き
な抵抗及び寄生サイリスタの動作について配慮されてお
らず、点弧が起こりにくい、また破壊しやすいという問
題があった。
As described above, the conventional composite semiconductor device does not take into consideration the large resistance of the inversion layer and the operation of the parasitic thyristor, and has the problem of being difficult to ignite and being easily destroyed.

本発明の目的は、点弧しやすく、寄生サイリスタが動作
しにくく、絶縁ゲートでオン・オフし、限流作用を有す
る改良された複合半導体装置を提供することにある。
An object of the present invention is to provide an improved composite semiconductor device that is easy to ignite, has a parasitic thyristor that is difficult to operate, is turned on and off by an insulated gate, and has a current limiting effect.

他の目的は複合半導体装置を使った電力変換装置を提供
することにある。
Another object is to provide a power conversion device using a composite semiconductor device.

[課題を解決するための手段] 上記目的を達成する本発明複合半導体装置の特徴とする
ところは、サイリスタ領域の中間p層と、サイリスタ領
域の中間のr)層に形成されMOSFET領域のp型の
ウェル層とをサイリスタ領域の中間の0層で分離し、サ
イリスタ領域の外側のp層に一方の主電極をオーミック
コンタクトし、MOSFET領域のソース層及びウェル
層に他方の主電極をオーミックコンタクトし、サイリス
タ領域の外側の0層とMOSFET領域のドレイン層と
を電気的に接続し、MOSFET領域のソース層とドレ
イン層との間に位置するウェル層上に第1の絶縁ゲート
電極を設け、サイリスタ領域の中間のp層表面上に第2
の絶縁ゲート電極を設け、第1及び第2の絶縁ゲート電
極を電気的に接続した点にある。
[Means for Solving the Problems] The composite semiconductor device of the present invention that achieves the above object is characterized by a p-type layer formed in the intermediate p layer of the thyristor region and a p-type layer of the MOSFET region formed in the intermediate r) layer of the thyristor region. The well layer and the well layer are separated by the zero layer in the middle of the thyristor region, one main electrode is in ohmic contact with the p layer outside the thyristor region, and the other main electrode is in ohmic contact with the source layer and well layer of the MOSFET region. , the 0 layer outside the thyristor region and the drain layer of the MOSFET region are electrically connected, a first insulated gate electrode is provided on the well layer located between the source layer and the drain layer of the MOSFET region, and the thyristor A second layer is placed on the p-layer surface in the middle of the region.
The point is that an insulated gate electrode is provided, and the first and second insulated gate electrodes are electrically connected.

上記目的を達成する本発明電力変換装置の特徴とすると
ころは、インバータまたはコンバータを構成するスイッ
チング素子として、本発明複合半導体装置を使用した点
にある。
A feature of the power conversion device of the present invention that achieves the above object is that the composite semiconductor device of the present invention is used as a switching element constituting an inverter or a converter.

[作用] かかる構成の複合半導体装置はサイリスタ領域の中間の
p層とMOSFET領域のp型のウェル層をサイリスタ
領域の中間の0層で分離することにより、サイリスタ領
域の中間のp層中のホール電流がサイリスタ領域の外側
のn中層へ流れ込むようになって外側のn中層から電子
の注入かスムーズに起こるので、点弧しやすくなる。ま
た、サイリスタ領域のホール電流の大部分が第2の主電
極へ直接流れ込み、寄生サイリスタ領域を通るホール電
流が僅かとなり寄生サイリスタがラッチアップによる誤
動作することがなくなる。更に、第1及び第2の主型間
の流れる電流は、大部分がサイリスタ領域及びMOSF
ET領域の直列回路を通って流れることから、限流作用
を有する装置を得ることができる。
[Function] A composite semiconductor device having such a configuration separates the p-layer in the middle of the thyristor region and the p-type well layer in the MOSFET region by the zero layer in the middle of the thyristor region, thereby eliminating holes in the p-layer in the middle of the thyristor region. Current flows into the n-middle layer outside the thyristor region, and electron injection from the outer n-middle layer occurs smoothly, making ignition easier. Further, most of the Hall current in the thyristor region flows directly into the second main electrode, and the Hall current passing through the parasitic thyristor region is small, so that the parasitic thyristor is prevented from malfunctioning due to latch-up. Furthermore, the current flowing between the first and second main molds is mostly in the thyristor region and the MOSFET.
By flowing through a series circuit in the ET region, a device with current limiting effect can be obtained.

更にまた、かかる構成の電力変換装置によればスイッチ
ング素子として限流作用を有する本発明複合半導体装置
を使用するため、スイッチング素子を通電容量に応じて
直接並列接続が可能となり大容量化か極めて容易となる
Furthermore, since the power conversion device having such a configuration uses the composite semiconductor device of the present invention having a current limiting effect as a switching element, it is possible to directly connect the switching elements in parallel according to the current carrying capacity, and it is extremely easy to increase the capacity. becomes.

[実施例] 以下、本発明の一実施例を第1図により説明する。第2
図は第1図の等価回路である。第9図と異なる点は、第
9図の9層13をr)−層12によりpl 層(MOS
FETのウェル層)131と96層(サイリスタの中間
層)14に分割し、それぞれにn1+層150.n、+
層17を設けた点、及びn3+層17・92層14・n
−層12にまたがる絶縁ゲートG2(絶縁膜33、ゲー
ト電極34)301からなるMOSFETを有する点に
ある。次に本発明の複合半導体装置の動作原理を説明す
る。まず、この複合半導体装置をオンさせるには、カソ
ード電極22に負の電位、アノード電極21を正の電位
を加えた状態で、絶縁ゲートG、300及び絶縁ゲート
G、301にカソード電極22より正の電位を印加する
。そうすると、絶縁ゲートG、300下のpl 層13
1表面及び絶縁ゲートG、30]下の92層14表面に
反転層(チャネル)が形成され、丁〕−層12はカソー
ド電極22と短絡される。その結果カソード電極22か
ら電子○かn−層12へ流れ、p十層〕1がらホール■
の注入を促す。ホール■の大部分は92層14へ到達し
、92層14の電位を正の電位へ持ち上げ、n、十層1
7から電子Oの注入を引き起こす。
[Example] Hereinafter, an example of the present invention will be described with reference to FIG. Second
The figure is an equivalent circuit of FIG. 1. The difference from FIG. 9 is that the 9th layer 13 in FIG.
FET well layer) 131 and 96 layers (thyristor intermediate layer) 14, each with an n1+ layer 150. n,+
The point where layer 17 was provided, and the n3+ layer 17/92 layer 14/n
- It has a MOSFET consisting of an insulated gate G2 (insulating film 33, gate electrode 34) 301 spanning the layer 12. Next, the principle of operation of the composite semiconductor device of the present invention will be explained. First, in order to turn on this composite semiconductor device, with a negative potential applied to the cathode electrode 22 and a positive potential applied to the anode electrode 21, a positive potential is applied to the insulated gates G, 300 and insulated gates G, 301 from the cathode electrode 22. Apply a potential of Then, the pl layer 13 under the insulated gate G, 300
An inversion layer (channel) is formed on the surface of the 92 layer 14 under the insulated gate G, 30], and the layer 12 is short-circuited with the cathode electrode 22. As a result, electrons ○ flow from the cathode electrode 22 to the n- layer 12, and from the p layer 1 to the hole ○
Encourage injection of Most of the holes ■ reach the 92nd layer 14, raise the potential of the 92nd layer 14 to a positive potential, and
7 causes injection of electrons O.

その結果、高抵抗のn−層12がホール■及び電子Oに
よって伝導度変調され、大電流が流れ始める。一方、オ
フ状態にするには、絶縁ゲートG。
As a result, the conductivity of the high-resistance n-layer 12 is modulated by the holes (2) and electrons (0), and a large current begins to flow. On the other hand, to turn off the insulated gate G.

300及びG、30]の電位を取り除き、pl 層13
1、p、層14に反転層を消滅させれば良い。
300 and G, 30] and remove the potential of pl layer 13
It is sufficient to eliminate the inversion layer in the 1, p layer 14.

絶縁ゲートG、300により、n、+層17からの電子
○の注入は遮断され、絶縁ゲートG、301により反転
層を通ってn−層12へ流れ込む電子○も流れなくなる
。その結果、p+層11からのホール■の注入もなくな
り、複合半導体装置はオフ状態に至る。本実施例によれ
ば、97層14に到達したホール■が、92層14と9
1層131の間にn−層12が介在しているため、91
層13]へ直接流れにくく、従ってp十層11からのホ
ール+か■分n3+層17へ注入し、丁)3十層を促す
The insulated gate G, 300 blocks the injection of electrons from the n,+ layer 17, and the insulated gate G, 301 also prevents the electrons from flowing into the n- layer 12 through the inversion layer. As a result, the injection of holes (2) from the p+ layer 11 also disappears, and the composite semiconductor device enters the OFF state. According to this embodiment, the hole (2) that has reached the 97th layer 14 is connected to the 92nd layer 14 and 9
Since the n-layer 12 is interposed between the 1st layer 131, 91
Therefore, the holes from the p layer 11 are injected into the n3+ layer 17, promoting the formation of the di)30 layer.

しかも92層14をpl 層131から完全に分画して
形成すれば、92層14がカソード電極22の電位に固
定される二となく、p、M14をアノード電極21の電
位により正の電位へ持ち上げることができる。その結果
、92層14・n、+層17か順バイアスされ、n5+
層17から電子○の注入が起こりやすくなり、複合半導
体装置が容易に点弧しやすくなる。また、絶縁ゲートG
、301を設けることにより、絶縁ゲートG、 300
と同じ正の電位を加える二とにより、絶縁ゲートG。
Moreover, if the 92 layer 14 is formed by completely separating it from the pl layer 131, the 92 layer 14 will be fixed at the potential of the cathode electrode 22, and p, M14 will be brought to a positive potential by the potential of the anode electrode 21. Can be lifted. As a result, 92 layers 14・n and + layer 17 are forward biased, and n5+
Injection of electrons from the layer 17 becomes easier, and the composite semiconductor device becomes easier to ignite. Also, insulated gate G
, 301, the insulated gate G, 300
By applying the same positive potential as and to the insulated gate G.

300及びG、30]を同時にオン状態にできる、よっ
てG1  と62 を同じ絶縁ゲートで形成することも
可能である。
300 and G, 30] can be turned on at the same time. Therefore, it is also possible to form G1 and 62 with the same insulated gate.

第3図は、本発明の変形例を示す。第1図と異なる点は
、カソード電極22かn2+層22と91層131を短
絡した領域を、n、土層150より、丁13+層] 7
− p2 層14 ・n−層1.2 ・p十層11のサ
イリスタ領域側に設けた点及びカソード電極22がn1
+層131と接触する領域を、カソード電極22がn2
+層16と接触する領域よりサイリスタ領域側に設けた
点にある、これにより、第1図、第2図で、抵抗rによ
って存在していた寄生サイリスタを除外することかでき
る。つまり、I)+RI]から流れてきたホール■の一
部がF)1層13]へ流れ込んでも、抵抗rを通過する
ことなく、直接カッ−1り゛電極22へ吸収されるから
である。従って、第3図の等価回路は第4図のように寄
生サイリスタのないものとなる。さらに、n1十層+5
0をサイリスタ領域から遠ざけることにより、rl、土
層150−p、  層1.3 ] ・n−層12・p十
層11からなる寄生サイリスクの動作を防ぐことができ
るという効果もある。
FIG. 3 shows a modification of the invention. The difference from FIG. 1 is that the area where the cathode electrode 22 or the n2+ layer 22 and the 91st layer 131 are short-circuited is connected to the n, soil layer 150, and the 13+ layer] 7
- P2 layer 14 ・N- layer 1.2 ・The point provided on the thyristor region side of the p-layer 11 and the cathode electrode 22 are n1
The area where the cathode electrode 22 contacts the + layer 131 is n2.
The parasitic thyristor that existed due to the resistor r in FIGS. 1 and 2 can be eliminated by providing the thyristor region closer to the region in contact with the + layer 16. That is, even if some of the holes (2) flowing from I)+RI] flow into F)1 layer 13], they are directly absorbed into electrode 22 without passing through resistor r. Therefore, the equivalent circuit of FIG. 3 is free of parasitic thyristors as shown in FIG. 4. Furthermore, n1 10 layers +5
By moving 0 away from the thyristor region, there is also the effect that the operation of the parasitic thyristor consisting of rl, soil layer 150-p, layer 1.3], n- layer 12, and p-layer 11 can be prevented.

第5図は、本発明の別の変形例である。第1図及び第3
図と異なる点は、絶縁ゲートG’、301がn3+層1
7・92層14・n−層1またはでなく、pl 層13
1へまたかっている点、及び絶縁ゲー+−G、301を
pl 層13]側に設けた点にある。これにより、オフ
状態において、電位が不定であった92層14を、絶縁
ゲートG、301にカソード電極22に対して負の電位
を加える二とにより、絶縁ゲートG、301下のn−層
12表面に反転層を形成し、pl 層13】とp2層]
4を短絡することができる。これにより、サイリスタ領
域の高耐圧化を図ることができる。つまり、オフ状態で
92層14の電位が不定であると、アノード電極21の
影響で92層14が正の電位に印加され、97層14・
n、土層17が順バイアス状態となり、n1+層・pl
 層131が逆バイアス状態になる。一般に、絶縁ゲー
トG、を有する横型のMOSFET領域は、チャネル抵
抗を小さくするため、n1千層+50とn7千層を数μ
m以下に近接して作製するため耐圧は低い。従って、サ
イリスク領域のml・1圧か小さくなり、複合半導体装
置の耐圧も低くなる懸念があった。本実施例により、p
2層]4の電位がpl 層13〕に固定されているため
、サイリスタ領域の耐圧の低下かなく、複合半導体装置
の高耐圧化を図ることができる。もちろん、pl 層1
31と92層14を周辺の一部分において、点弧感度に
影響を及ぼさない程度に短絡しても同様の効果かおるこ
とは言うまでもない。さらに、n、土層17・p7層〕
4・丁1−層〕2のまたかり絶縁ゲートG、301を含
むnチャネル間05FETもpl 層131側に設ける
ことにより、97層14 ・n−層+ 2− p1層]
31からなるpチャネルMOSFETと前記nチャネル
MOSFETと一体に形成することができるという利点
がある。
FIG. 5 shows another modification of the invention. Figures 1 and 3
The difference from the figure is that the insulated gate G', 301 is the n3+ layer 1.
7.92 layer 14.n-layer 1 or not pl layer 13
1, and that the insulating gate +-G, 301 is provided on the PL layer 13] side. As a result, by applying a negative potential to the insulated gate G, 301 with respect to the cathode electrode 22, the potential of the 92 layer 14, which had an undefined potential in the off state, is changed to the n- layer 14 under the insulated gate G, 301. An inversion layer is formed on the surface, and the PL layer 13] and the P2 layer]
4 can be shorted. This makes it possible to increase the breakdown voltage of the thyristor region. In other words, if the potential of the 92nd layer 14 is unstable in the off state, a positive potential is applied to the 92nd layer 14 due to the influence of the anode electrode 21, and the 97th layer 14.
n, the soil layer 17 is in a forward bias state, and the n1+ layer・pl
Layer 131 becomes reverse biased. In general, a lateral MOSFET region with an insulated gate G is constructed using several micrometers of n1,000 + 50 and n7,000 layers to reduce channel resistance.
The withstand voltage is low because they are fabricated close to each other. Therefore, there was a concern that the ml/1 pressure of the silice region would become smaller and the withstand voltage of the composite semiconductor device would also become lower. According to this example, p
Since the potential of the second layer]4 is fixed to the pl layer 13], the breakdown voltage of the thyristor region does not decrease, and the composite semiconductor device can be made to have a high breakdown voltage. Of course, pl layer 1
It goes without saying that the same effect can be obtained even if the 31 and 92 layers 14 are short-circuited in a portion of the periphery to such an extent that the ignition sensitivity is not affected. Furthermore, n, soil layer 17 and p7 layer]
By providing the n-channel inter-channel 05FET including the straddling insulated gate G and 301 on the PL layer 131 side, 97 layers 14, n- layer + 2- p1 layer]
There is an advantage that the p-channel MOSFET consisting of 31 and the n-channel MOSFET can be integrally formed.

第6図は第5図の等価回路を示す。破線で示したpチャ
ネルMOSFETが第4図に付加された回路となってい
る。
FIG. 6 shows an equivalent circuit of FIG. A p-channel MOSFET indicated by a broken line is an added circuit in FIG.

第7図は、第5図の変形例を示す。第5図と異なる点は
、まず、n2+層16下のpl 層】31の短絡抵抗を
小さくするために、pl 層131より高いキャリア濃
度を有するp、1千層133を設けた点である。これに
より、n2+層16・pl、+層133(p、層]31
)・n−層]2・p十層11からなる寄生サイリスタの
ラッチアップによる誤動作をさらに確実に防止できる。
FIG. 7 shows a modification of FIG. 5. The difference from FIG. 5 is that, in order to reduce the short-circuit resistance of the PL layer 31 below the N2+ layer 16, a p1,000 layer 133 having a higher carrier concentration than the PL layer 131 is provided. As a result, n2+ layer 16・pl, + layer 133 (p, layer] 31
)・n− layer]2・P Malfunction due to latch-up of the parasitic thyristor composed of the ten layers 11 can be more reliably prevented.

また、p十層11から注入したホール■でpl 層13
1に直接到達する成分を低抵抗通路を介してカソード電
極22へ導くことができる。一方、この変形例では、n
、+層150下の91層131に、pl 層131より
キャリア濃度の高いpl、十層132を設けることによ
り、n1+層+50−p、、十層132(p、層13 
])・]n−層12−p十層]からなる寄生サイリスタ
のラッチアップも防止できる。もちろん、pl、十層]
33とp72+層132を一体で形成することも可能で
あるが、その場合、絶縁ゲート300下のpl 層13
1の表面キャリア濃度は反転層か形成されるように例え
ば10″〜1o”scm+程度に制御する必要かある。
In addition, the hole ■ injected from the p layer 11 makes the p layer 13
1 can be led to the cathode electrode 22 via a low resistance path. On the other hand, in this modification, n
By providing the PL layer 132, which has a higher carrier concentration than the PL layer 131, in the 91st layer 131 below the + layer 150, the n1+ layer +50-p, the 10th layer 132 (p, layer 13
It is also possible to prevent latch-up of a parasitic thyristor formed of ]).]n-layer 12-p ten layers. Of course, pl, 10 layers]
It is also possible to form the p72+ layer 132 and the p72+ layer 132 integrally, but in that case, the pl layer 13 under the insulated gate 300
It is necessary to control the surface carrier concentration of No. 1 to, for example, about 10" to 10" scm+ so that an inversion layer is formed.

そうすれば、p、2+層132とp、、+l:3:3は
、絶縁ゲートG、300下で連続していても良く、さら
に寄生サイリスタによるラッチアップ誤動作を防止でき
る。さらに、本変形例では、寄生サイリスタか存在する
01千層]50及びn、十層16下のp十層11とD−
層]2の間に、p十層]1からのホール■の注入を抑制
するn十層120を設けた点にある。これにより寄生サ
イリスタ領域へのホール■の注入を遮断でき、寄生効果
のない動作か可能となる。
In this way, the p,2+ layer 132 and the p, , +l:3:3 may be continuous under the insulated gate G,300, and latch-up malfunctions due to parasitic thyristors can be further prevented. Furthermore, in this modification, the parasitic thyristors are present in the 01,000 layers ] 50 and n, the p 10 layers 11 below the 10 layers 16 and the D−
The point is that an n10 layer 120 is provided between the layers 2 to suppress the injection of holes 1 from the p10 layer 1. This makes it possible to block the injection of holes (2) into the parasitic thyristor region, allowing operation without parasitic effects.

その他、p十層]1とn−層12の間にnバッファ層(
記載せず)を設け、空乏層のパンチスルー及びn−層】
2の薄膜化を図るなとの従来技術の延長の変形例も考え
られるのは言うまでもない。
In addition, an n buffer layer (
punch-through of depletion layer and n-layer]
Needless to say, a modification of the conventional technique of not trying to make the film thinner than the above-mentioned method 2 is also conceivable.

さらに、絶縁ゲートG、  、 G、  をマスクとし
て、n1+層150 +  p+y+層132.n、十
層16゜pl、十層+33.p、  層131、n3+
層17゜97層14をセルファラインで形成すれば、M
OSゲートのしきい値電圧及び構造を再現よく形成でき
る。
Furthermore, using the insulated gates G, , G, as masks, the n1+ layer 150 + p+y+ layer 132 . n, 10th layer 16°pl, 10th layer +33. p, layer 131, n3+
If layer 17°97 layer 14 is formed by self-line, M
The threshold voltage and structure of the OS gate can be formed with good reproducibility.

第8図は、第7図の一平面図を示す。上部に半導体層表
面101を示す。下部はと、表面101上に形成された
絶縁膜や電極が重った状態を示している。n1+層15
0.pl 層13]、n、十層] 6. p、、+ 1
33. n−層12.p、層〕4゜n、+層17は半導
体基体の表面]01に露出した状態を示す。その上に、
絶縁ゲート300,301が、絶縁膜として約0.1μ
mのS i O,、ゲート電極として約0.4μmのポ
リシコンが形成されている。両者はポリシリコンで結像
されている。
FIG. 8 shows a plan view of FIG. 7. The semiconductor layer surface 101 is shown at the top. The lower part shows a state in which the insulating film and electrodes formed on the surface 101 overlap. n1+ layer 15
0. pl layer 13], n, 10 layers] 6. p,,+1
33. n-layer 12. p, layer]4゜n,+ layer 17 is shown exposed to the surface]01 of the semiconductor substrate. in addition,
The insulated gates 300 and 301 have a thickness of about 0.1μ as an insulating film.
m of S i O, and a polysilicon film of about 0.4 μm is formed as a gate electrode. Both are imaged using polysilicon.

その上に絶縁膜51例えばS10.やSiNやPSGな
とが1μm程度堆積され、n1+層150、n、十層1
6.p、、十層j3;3、n3+層が露出するように除
去されている。さらに、二の絶縁膜51の上に電極22
,23.24が形成されており、電極23.24は短絡
されている。電極上にさらに絶縁膜52が形成され、一
部除去された部分よリカソード電極220が取り吊され
ている。
An insulating film 51, for example S10. , SiN, PSG, etc. are deposited to a thickness of about 1 μm, and an n1+ layer 150, an n, 10 layer 1
6. The p,, ten layers j3;3, are removed to expose the n3+ layer. Further, an electrode 22 is placed on the second insulating film 51.
, 23, 24 are formed, and the electrodes 23, 24 are short-circuited. An insulating film 52 is further formed on the electrode, and a cathode electrode 220 is suspended from the partially removed portion.

このように、本発明の各層は細長いストライプ状の平面
構造をしているか、第7図のx−x’ 。
In this way, each layer of the present invention has a planar structure in the form of an elongated stripe, as shown in the line xx' in FIG.

Y −Y ’ を中心として円形構造に形成することも
可能である。
It is also possible to form a circular structure centering on Y-Y'.

パワー半導体装置では第8図に示すような複合半導体装
置のセルを多数個集積化することにより、大電流を取り
出す。例えば第8図では、x −x、 ’又はY−Y’
 を線対称とした単位セルを数十〜数万個以上集積化す
る。
In a power semiconductor device, a large current can be extracted by integrating a large number of cells of a composite semiconductor device as shown in FIG. For example, in FIG. 8, x - x, ' or Y - Y'
Integrate tens to tens of thousands of unit cells with line symmetry.

第11図は、さらに第8図の平面構造を集積化した場合
の半導体装置の周辺構造を示す。主表面101に露出し
た半導体領域のパターン例を示す。
FIG. 11 shows a peripheral structure of a semiconductor device in which the planar structure of FIG. 8 is further integrated. An example of a pattern of a semiconductor region exposed on main surface 101 is shown.

X−Y平面パターンか繰り返えされており、集積化され
た単位セルの周辺に9層18が形成されている。p層]
8の周辺側にはn−層】2が露出し、最も周辺にはn十
層〕9か形成されている。9層18は、カソード電極に
短絡され、n−層12上に設けられたフールドブレート
等のターミネーション構造により、高電圧を阻止する構
造となっている。又、n中層19は、空乏層の伸びを止
めるチャネルストッパの役目をはたす。また、9層18
は、pl 層131、I)、、+133、p、14、を
周辺領域で短絡しており、カソード電位に各層を安定さ
せ、電圧の急峻な変化d v / d を等による誤点
弧を防止できる。
The X-Y plane pattern is repeated, and nine layers 18 are formed around the integrated unit cell. p layer]
On the peripheral side of 8, an n- layer 2 is exposed, and an n0 layer 9 is formed at the periphery. The nine layers 18 are short-circuited to the cathode electrode, and have a structure in which a high voltage is blocked by a termination structure such as a fold plate provided on the n-layer 12. Further, the n-middle layer 19 serves as a channel stopper to stop the depletion layer from growing. Also, 9 layers 18
The pl layers 131, I), +133, p, 14, are short-circuited in the peripheral region to stabilize each layer at the cathode potential and prevent false firing due to sudden changes in voltage d v / d etc. can.

第12図は、第7図のアノード側にn−層12をアノー
ド電極21に直接短絡する0層121、n十層122を
設けた本発明の変形例である。
FIG. 12 shows a modification of the present invention in which an 0 layer 121 and an n0 layer 122 are provided on the anode side of FIG. 7 to directly short-circuit the n- layer 12 to the anode electrode 21.

p+十層1をn、+層17の直下領域に設けることによ
り、寄生サイリスタが存在するn、+層150、n、土
層16下にホール■が到達しにくくなり、確実に寄生サ
イリスタのラッチアップを防止することができる。さら
に、p十層11からのホール■の注入で生じた過剰キャ
リアを、ターシオフ時にnN121、n十層122を介
して、スムーズに引き出すことができるので、ターンオ
フ時間の短縮も可能となる。n層]21は、n−層]2
を伸びる空乏層のストッパーとなり、n−層の薄膜化が
可能となり、オン電圧を低減できる。
By providing the p+10 layer 1 directly under the n,+ layer 17, it becomes difficult for the hole (■) to reach the area below the n,+ layer 150, where the parasitic thyristor exists, and the soil layer 16, ensuring that the parasitic thyristor is latched. can be prevented from rising. Furthermore, excess carriers generated by the injection of holes (2) from the p-layer 11 can be smoothly extracted through the nN layer 121 and the n-layer 122 during tertiary off, so that the turn-off time can be shortened. n-layer] 21 is n-layer] 2
This acts as a stopper for the depletion layer that extends, making it possible to make the n-layer thinner and reducing the on-state voltage.

以上説明したように、本発明による複合半導体装置は、
絶縁ゲートで電流をオン、オフできるから誤動作をしな
いことから、電力変換装置の高性能化が達成できる。第
13図は本発明複合半導体装置をスイッチング素子とし
て使用した電動機制御用インバータ装置の一例を示した
ものである。
As explained above, the composite semiconductor device according to the present invention has
Since the current can be turned on and off using an insulated gate, there will be no malfunction, which can improve the performance of power converters. FIG. 13 shows an example of an inverter device for controlling a motor using the composite semiconductor device of the present invention as a switching element.

図は3相誘導電動機IMを制御する3相インバータ装置
を示しており、その基本回路は直流端子’「、、T、間
に2個のスイッチング素子の直列回路を3個並列接続し
、各直列回路の中点から交流端子T、 、 ’r4. 
T、  を引出した構成となっている。各スイッチング
素子sW、、sw、、s〜〜3゜sw、、sw、、sw
、 には、それぞれフライホイールタイオードFD及び
スナバタイオードSD、スナバj氏抗SR、スナバコン
デンサSC力\らなるスナバ回路Sか並列接続されてい
る。スイッチング素子−とじて本発明複合半導体装置を
使用しており、スイッチング素子のオン、7jフ回路が
簡略化され、かつ信頼性の高いインバータ装置を実現で
きる。
The figure shows a three-phase inverter device that controls a three-phase induction motor IM.The basic circuit is three series circuits of two switching elements connected in parallel between the DC terminals ', T, and each series From the center point of the circuit to AC terminal T, , 'r4.
It has a configuration that brings out T. Each switching element sW, sw, s〜〜3゜sw, sw, sw
, are connected in parallel with a snubber circuit S consisting of a flywheel diode FD, a snubber diode SD, a snubber resistor SR, and a snubber capacitor SC, respectively. Since the composite semiconductor device of the present invention is used as a switching element, the on/off circuit of the switching element is simplified, and a highly reliable inverter device can be realized.

[発明の効果] 本発明によれば、限流作用をもち、MOSゲートでオン
・オフできるサイリスタにおいて、サイリスクのp層の
電位を容易に高めることができるので、サイリスタが容
易に点弧てきる。また、p土層から注入したホール電流
を寄生サイリスタを通過させずにカソード電極へ導くこ
とができるので、寄生サイリスタのラッチアップによる
誤動作がないという効果がある。さらに、pチャネルM
OSFETによって、限流作用をもたせるnチャネルM
OSFETのp層とサイリスタのp層を短絡できるので
高耐圧化が容易である。更に、本発明複合半導体装置を
電力変換装置のスイッチング素子として使用すれば、制
御回路が簡略化され信頼性の高い装置を実現できる。
[Effects of the Invention] According to the present invention, in a thyristor that has a current limiting effect and can be turned on and off by a MOS gate, the potential of the p-layer of the thyristor can be easily increased, so that the thyristor can be easily fired. . Furthermore, since the hole current injected from the p-soil layer can be guided to the cathode electrode without passing through the parasitic thyristor, there is an effect that there is no malfunction due to latch-up of the parasitic thyristor. Furthermore, p-channel M
N-channel M with current limiting effect by OSFET
Since the p-layer of the OSFET and the p-layer of the thyristor can be short-circuited, it is easy to increase the breakdown voltage. Furthermore, if the composite semiconductor device of the present invention is used as a switching element of a power conversion device, the control circuit can be simplified and a highly reliable device can be realized.

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

第1図は本発明の一実施例を示す概略断面図、第2図は
第1図の等価回路図、第3図は本発明の他の実施例を示
す概略断面図、第4図は第3図の等価回路図、第5図は
本発明の別の実施例を示す概略断面図、第6図は第5図
の等価回路図、第7図は本発明の一変形例を示す概略断
面図、第8図は第7図の一平面図、第9図は従来例を示
す概略断面図、第1O図は第9図の等価回路図、第】1
図は第8図の平面図を集積化した場合の装置の周辺部の
平面図、第12図は本発明他の変形例を示す概略断面図
、第1ご3図は本発明の電力変換装置の一実施例を示す
回路図である。 】1・・・p土層、〕2・・r)−層、I 3.  ]
 4.13]・・p層、15,16,17,150・・
・n十層、2ドアノード電極、22・・カソード電極、
23゜第1図 第2図 第3図 第4図 第5図 第6図 L                        
      j第8図 第9図 r−一入一一) 第10図 第13図 −一一一−r−−J
FIG. 1 is a schematic sectional view showing one embodiment of the present invention, FIG. 2 is an equivalent circuit diagram of FIG. 1, FIG. 3 is a schematic sectional view showing another embodiment of the present invention, and FIG. 3 is an equivalent circuit diagram, FIG. 5 is a schematic sectional view showing another embodiment of the present invention, FIG. 6 is an equivalent circuit diagram of FIG. 5, and FIG. 7 is a schematic sectional view showing a modified example of the present invention. Fig. 8 is a plan view of Fig. 7, Fig. 9 is a schematic sectional view showing the conventional example, Fig. 1O is an equivalent circuit diagram of Fig. 9, and Fig. 1
The figure is a plan view of the peripheral part of the device when the plan view of FIG. 8 is integrated, FIG. 12 is a schematic cross-sectional view showing another modification of the present invention, and FIGS. 1 and 3 are power conversion devices of the present invention. FIG. 2 is a circuit diagram showing one embodiment of the present invention. ]1... p soil layer, ]2... r)-layer, I 3. ]
4.13]... p layer, 15, 16, 17, 150...
・n ten layers, 2 door anode electrode, 22... cathode electrode,
23゜Figure 1Figure 2Figure 3Figure 4Figure 5Figure 6L
j Fig. 8 Fig. 9 r-11) Fig. 10 Fig. 13-111-r--J

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1、第1の主表面に隣接する第1導電型の第1の半導体
領域と、第1の半導体領域と第2の主表面に隣接し第1
の半導体領域より低キャリア濃度を有する第2導電型の
第2の半導体領域と、第2の主表面から第2の半導体領
域内に延び互いに第2の半導体領域によって分離され第
2の半導体領域より高キャリア濃度を有する第1導電型
の第3及び第4の半導体領域と、第2の主表面から第3
の半導体領域内に延び第3の半導体領域より高キャリア
濃度を有する第2導電型の第5の半導体領域と、第2の
主表面から第4の半導体領域内に延び互いに第4の半導
体領域によって分離され第2の半導体領域より高キャリ
ア濃度を有する第2導電型の第6及び第7の半導体領域
とからなる半導体基体、 半導体基体の第1の主表面において、第1の半導体領域
にオーミックコンタクトした第1の主電極、 半導体基体の第2の主表面において、第4及び第7の半
導体領域にオーミックコンタクトした第2の主電極、 半導体基体の第2の主表面において、第2、第3及び第
5の半導体領域上に跨がるように設けた第1の絶縁ゲー
ト電極、 半導体基板の第2の主表面において、第6、第4及び第
7の半導体領域上に跨がるように設けた第2の絶縁ゲー
ト電極、 第1及び第2の絶縁ゲート電極相互を電気的に接続する
第1の手段、 第5及び第6の半導体領域相互を電気的に接続する第2
の手段、を具備することを特徴とする複合半導体装置。 2、特許請求の範囲第1項において、第2の主電極が第
4の半導体領域にオーミックコンタクトする部分が、第
2の主電極が第7の半導体領域にオーミックコンタクト
する部分より、第3の半導体領域に近いことを特徴とす
る複合半導体装置。 3、特許請求の範囲第1項において、第2の主電極が第
4の半導体領域にオーミックコンタクトする部分が、第
2の主電極が第7の半導体領域にオーミックコンタクト
する部分が第3の半導体領域から遠いことを特徴とする
複合半導体装置。 4、特許請求の範囲第1項、第2項または第3項におい
て、第4の半導体領域の第7の半導体領域の第1の主表
面側及び第2の主電極にコンタクトする部分が他より高
キャリア濃度になっていることを特徴とする複合半導体
装置。 5、特許請求の範囲第1項、第2項、第3項または第4
項において、第1の絶縁ゲート電極を第4の半導体領域
上に延在したことを特徴とする複合半導体装置。 6、順次隣接する第1導電型の第1の半導体領域、第2
導電型の第2の半導体領域、第1導電型の第3の半導体
領域、第2導電型の第5の半導体領域からなるサイリス
タ部分と、順次隣接する第2導電型の第2の半導体領域
、第1導電型の第3の半導体領域、第2導電型の第5の
半導体領域及び該第2、第3、第5の半導体表面に設け
られた第1の絶縁ゲート電極からなる第1のMOSFE
Tと、第6、第4、第7の半導体領域及び各領域表面に
設けられた第2の絶縁ゲート電極からなる第2のMOS
FETと、第5の半導体領域と第6の半導体領域を接続
する配線部材と、第1の半導体領域にオーミックコンタ
クトした第1の主電極と、第4及び第7の半導体領域に
オーミックコンタクトした第2の主電極と、第1の絶縁
ゲート電極と第2の絶縁ゲート電極を接続するゲート電
極とを有することを特徴とする複合半導体装置。 7、特許請求の範囲第6項において、第1の絶縁ゲート
電極を第4の半導体領域上に延在したことを特徴とする
複合半導体装置。 8、一対の主表面を有し、一対の主表面間に外側のp層
が一方の主表面に露出し他の層が他方の主表面に露出す
るようにpnpnの4層からなるサイリスタ領域が設け
られ、サイリスタ領域の中間のn層内に中間のp層から
離れ他方の主表面に露出するように設けられたp型のウ
ェル層とウェル層内に他方の主表面に露出するように設
けられたソース層及びドレイン層とからなるMOSFE
T領域を有する半導体基板と、半導体基板の一方の主表
面において、外側のp層にオーミックコンタクトする第
1の主電極と、 半導体基体の他方の主表面において、MOSFET領域
のソース層及びウェル層とにオーミックコンタクトする
第2の主電極と、 MOSFET領域とドレイン層とサイリスタ領域の外側
のn層とを電気的に接続する手段と、 半導体基体の他方の主表面において、MOSFET領域
のソース層とドレイン層との間に露出するウェル層上に
設けた第1の絶縁ゲート電極と、半導体基体の他方の主
表面において、サイリスタ領域の中間のn層と外側のn
層との間に露出する中間のp層上に設けた第2の絶縁ゲ
ート電極と、 第1及び第2の絶縁ゲート電極相互を電気的に接続する
手段と、を具備することを特徴とする複合半導体装置。 9、直流端子間に少なくとも一対のスイッチング素子を
直列接続した回路を交流側の相数の整数倍だけ並列接続
し、直列接続した各回路の中点より交流端子を引き出し
た電力変換装置において、各スイッチング素子が、 第1の主表面に隣接する第1導電型の第1の半導体領域
と、第1の半導体領域と第2の主表面に隣接し第1の半
導体領域より低キャリア濃度を有する第2導電型の第2
の半導体領域と、第2の主表面から第2の半導体領域内
に延び互いに第2の半導体領域によって分離され第2の
半導体領域より高キャリア濃度を有する第1導電型の第
3及び第4の半導体領域と、第2の主表面から第3の半
導体領域内に延び第3の半導体領域より高キャリア濃度
を有する第2導電型の第5の半導体領域と、第2の主表
面から第4の半導体領域内に延び互いに第4の半導体領
域によって分離され第2の半導体領域より高キャリア濃
度を有する第2導電型の第6及び第7の半導体領域とか
らなる半導体基体、 半導体基体の第1の主表面において、第1の半導体領域
にオーミックコンタクトした第1の主電極、 半導体基体の第2の主表面において、第4及び第7の半
導体領域にオーミックコンタクトした第2の主電極、 半導体基体の第2の主表面において、第2、第3及び第
5の半導体領域上に跨がるように設けた第1の絶縁ゲー
ト電極、 半導体基板の第2の主表面において、第6、第4及び第
7の半導体領域上に跨がるように設けた第2の絶縁ゲー
ト電極、 第1及び第2の絶縁ゲート電極相互を電気的に接続する
第1の手段、 第5及び第6の半導体領域相互を電気的に接続する第2
の手段、を具備すること。
[Claims] 1. A first semiconductor region of a first conductivity type adjacent to the first main surface; a first semiconductor region adjacent to the first semiconductor region and the second main surface;
a second conductivity type second semiconductor region having a lower carrier concentration than the semiconductor region; and a second semiconductor region extending from the second main surface into the second semiconductor region and separated from each other by the second semiconductor region. third and fourth semiconductor regions of the first conductivity type having a high carrier concentration;
a fifth semiconductor region of a second conductivity type extending into the semiconductor region and having a higher carrier concentration than the third semiconductor region; and a fifth semiconductor region extending from the second main surface into the fourth semiconductor region and having a higher carrier concentration than the third semiconductor region; a semiconductor substrate comprising sixth and seventh semiconductor regions of a second conductivity type that are separated and have a higher carrier concentration than the second semiconductor region; an ohmic contact with the first semiconductor region on a first main surface of the semiconductor substrate; a first main electrode in ohmic contact with the fourth and seventh semiconductor regions on the second main surface of the semiconductor substrate; and a first insulated gate electrode provided so as to straddle the fifth semiconductor region, and a first insulated gate electrode provided so as to straddle the sixth, fourth, and seventh semiconductor regions on the second main surface of the semiconductor substrate. a second insulated gate electrode provided; a first means for electrically connecting the first and second insulated gate electrodes; and a second means for electrically connecting the fifth and sixth semiconductor regions.
A composite semiconductor device comprising: means. 2. In claim 1, the portion where the second main electrode makes ohmic contact with the fourth semiconductor region is more ohmic contact with the third semiconductor region than the portion where the second main electrode makes ohmic contact with the seventh semiconductor region. A composite semiconductor device characterized by being close to a semiconductor region. 3. In claim 1, the portion where the second main electrode makes ohmic contact with the fourth semiconductor region and the portion where the second main electrode makes ohmic contact with the seventh semiconductor region form a third semiconductor. A composite semiconductor device characterized by being far from the area. 4. In claim 1, 2, or 3, the portion of the fourth semiconductor region that contacts the first main surface side of the seventh semiconductor region and the second main electrode is larger than the other portions. A composite semiconductor device characterized by a high carrier concentration. 5. Claims 1, 2, 3, or 4
2. The composite semiconductor device according to item 1, wherein the first insulated gate electrode extends over the fourth semiconductor region. 6. A first semiconductor region of the first conductivity type adjacent to each other in sequence;
a thyristor portion consisting of a second conductivity type semiconductor region, a first conductivity type third semiconductor region, a second conductivity type fifth semiconductor region, and a second conductivity type second semiconductor region adjacent in sequence; A first MOSFE comprising a third semiconductor region of the first conductivity type, a fifth semiconductor region of the second conductivity type, and a first insulated gate electrode provided on the surfaces of the second, third, and fifth semiconductors.
A second MOS consisting of T, sixth, fourth, and seventh semiconductor regions and a second insulated gate electrode provided on the surface of each region.
FET, a wiring member connecting the fifth semiconductor region and the sixth semiconductor region, a first main electrode in ohmic contact with the first semiconductor region, and a first main electrode in ohmic contact with the fourth and seventh semiconductor regions. 1. A composite semiconductor device comprising two main electrodes and a gate electrode connecting the first insulated gate electrode and the second insulated gate electrode. 7. A composite semiconductor device according to claim 6, characterized in that the first insulated gate electrode extends over the fourth semiconductor region. 8. A thyristor region having a pair of main surfaces and consisting of four layers of pnpn such that the outer p layer is exposed on one main surface and the other layer is exposed on the other main surface between the pair of main surfaces. A p-type well layer is provided in the intermediate n-layer of the thyristor region so as to be separated from the intermediate p-layer and exposed to the other main surface, and a p-type well layer is provided in the well layer to be exposed to the other main surface. MOSFE consisting of a source layer and a drain layer
A semiconductor substrate having a T region, a first main electrode in ohmic contact with the outer p layer on one main surface of the semiconductor substrate, and a source layer and a well layer of a MOSFET region on the other main surface of the semiconductor substrate. a second main electrode in ohmic contact with the thyristor region; a means for electrically connecting the MOSFET region, the drain layer, and the n-layer outside the thyristor region; The first insulated gate electrode provided on the well layer exposed between the first insulated gate electrode and the first insulated gate electrode provided on the well layer exposed between
a second insulated gate electrode provided on the intermediate p-layer exposed between the p-layer and the second insulated gate electrode; and means for electrically connecting the first and second insulated gate electrodes to each other. Composite semiconductor device. 9. In a power conversion device in which a circuit in which at least one pair of switching elements are connected in series between DC terminals is connected in parallel for an integer multiple of the number of phases on the AC side, and the AC terminal is drawn out from the midpoint of each circuit connected in series, each The switching element includes a first semiconductor region of a first conductivity type adjacent to the first main surface, and a first semiconductor region adjacent to the first semiconductor region and the second main surface and having a lower carrier concentration than the first semiconductor region. 2nd conductivity type
and third and fourth semiconductor regions of the first conductivity type extending from the second main surface into the second semiconductor region, separated from each other by the second semiconductor region, and having a higher carrier concentration than the second semiconductor region. a semiconductor region, a fifth semiconductor region of a second conductivity type extending from the second main surface into the third semiconductor region and having a higher carrier concentration than the third semiconductor region; a semiconductor body comprising sixth and seventh semiconductor regions of a second conductivity type extending into the semiconductor region and separated from each other by a fourth semiconductor region and having a higher carrier concentration than the second semiconductor region; a first main electrode in ohmic contact with the first semiconductor region on the main surface; a second main electrode in ohmic contact with the fourth and seventh semiconductor regions on the second main surface of the semiconductor substrate; a first insulated gate electrode provided on the second main surface of the semiconductor substrate so as to span over the second, third and fifth semiconductor regions; a second insulated gate electrode provided so as to straddle the seventh semiconductor region; a first means for electrically connecting the first and second insulated gate electrodes; and a fifth and sixth semiconductor region. a second electrically connecting each other;
shall be equipped with the means of
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