JPH04320066A

JPH04320066A - サージ防護デバイス

Info

Publication number: JPH04320066A
Application number: JP11218491A
Authority: JP
Inventors: Yutaka Hayashi; 豊林; Masaaki Sato; 正明佐藤; Yoshiki Maeyashiki; 前屋敷　芳樹
Original assignee: OUME KOSUMOSU DENKI KK; SANKOOSHIYA KK; Agency of Industrial Science and Technology; Sankosha Co Ltd
Current assignee: OUME KOSUMOSU DENKI KK; SANKOOSHIYA KK; National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST; Sankosha Co Ltd
Priority date: 1991-04-18
Filing date: 1991-04-18
Publication date: 1992-11-10
Anticipated expiration: 2010-07-31
Also published as: JPH0770740B2

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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、雷とかスイッチング・
サージ等、各種サージ要因に基づく異常高電圧ないし異
常大電流から電気回路系を保護するための二端子型サー
ジ防護デバイスにおける改良に関する。

【０００２】

【従来の技術】サージ防護デバイスと呼び得るものは、
二端子型に限定してもこれまで種々考案されてきたが、
中でも好ましくは、サージの印加によって降伏したとき
、単にデバイス両端電圧を一定の降伏電圧値にクランプ
するだけではなく（すなわち、単なる定電圧ダイオード
ではなくて）、デバイスが降伏して素子電流が流れ始め
た後、それがブレーク・オーバ電流値以上にまで増加す
ると負性特性を示してブレーク・オーバし、素子両端電
圧を降伏電圧よりも低いクランプ電圧に遷移させること
で大電流の吸収を可能としたタイプである。こうしたタ
イプのサージ防護デバイスは、最初の降伏メカニズムに
雪崩降伏ないしはツェナ降伏を利用するものとパンチ・
スルー現象を利用するものとがあるが、特に後者のパン
チ・スルー型に関しては、本出願人においてもすでに、
特開昭６２−６５３８３号公報；特開昭６２−１５４７
７６号公報；特公平１−３３９５１号公報（特開昭６２
−６５３８２号公報）；にて各種の改良案共々、詳しく
開示している。本発明自体は、後述のように、少数キャ
リア注入に基づく正帰還現象を介し、ブレーク・オーバ
特性を示すものであれば、最初の降伏メカニズムが何で
あっても適用の対象とすることができるが、本項ではま
ず、従来例の説明として、上に掲げた公報群に開示の発
明に基づいて作製し得る比較的基本的な構成の二端子型
サージ防護デバイスを例に挙げ、その動作共々、図１０
に即して説明する。図示されているサージ防護デバイス
１０は、一般に半導体基板であって良い第一の半導体領
域１を有し、その導電型はｐ、ｎのいずれかに設定され
、それに応じて他の領域の導電型も決定されて行く。こ
こでは説明の便宜のため、第一半導体領域１の導電型は
ｎ型とする。第一半導体領域１の表裏両主面の中、一方
の主面には、順次、二重拡散技術で形成された第二半導
体領域２と第三領域３とがあり、また、また、この同じ
主面には、これら第二半導体領域２や第三領域３に対し
、適宜横方向に離間した位置に第四半導体領域４も形成
されている。このような構造のサージ防護デバイス１０
は、構造的にも第二、第三領域２，３に対し、第四領域
４が第一半導体領域１の一表面上にあって横方向に離間
して位置し、また、後述するように、動作上も、素子電
流が主としてこの方向に沿って流れるので、ラテラル型
ないし横型と呼ばれる（以下では横型と呼ぶ）。これに
対し、第一半導体領域１の一主面には第二半導体領域と
第三領域が形成され、対向する他の主面に第四半導体領
域が形成されたタイプのものもあって、これらは各領域
が第一半導体領域１の厚味方向に沿って上下の積層関係
となることから、ヴァーティカル型ないし縦型と呼ばれ
るが、本発明は特に、横型構造に関して限定的に考えら
れる改良に関するものなので、同じ従来例ではあっても
、こうした縦型構造には触れないものとする。

【０００３】しかるに、第二半導体領域２の導電型は第
一半導体領域１のそれと逆である必要があり、したがっ
て図示のように、第一半導体領域１がｎ型である場合に
はこの第二半導体領域２の導電型はｐ型となる。ただし
、後述する初期降伏現象に特にパンチ・スルーを利用す
る場合には、第二半導体領域２は少し低濃度のｐ型、す
なわちｐ−　型に設定した方が良いこともある。また、
第三領域３は図示の場合、半導体領域とされているが、
原理的にはこれに限らず、後述のようにパンチ・スルー
を起こした際の主電流線路の一端部を形成するので、望
ましくは高導電率であることが良いものの、シリサイド
や金属によっても形成することができる。そうは言って
も一般的なのは、やはり半導体領域とすることで、その
場合には第三領域３の導電型は第二半導体領域２とは逆
導電型とされる。したがって図示の場合にはｎ型となっ
ており、これに高導電率であることを示す意味も含め、
高濃度であるｎ＋　の表記を施している。同様のことは
第四領域４についても言え、ここで示しているように、
一方の極性のサージを吸収するだけで良いのならば、こ
れも必ずしも半導体領域でなくて良く、後述の動作から
理解されるように、第一半導体領域１に対し第一半導体
領域１にとっての少数キャリアを注入できれば良い。し
たがって、例えばシリサイド等も用いることもできるし
、第一半導体領域１がｐ型の場合には金属材料を選択す
ることもできる。半導体領域とする場合には当然、その
導電型は第一半導体領域１のそれとは逆のｐ型とされる
。

【０００４】こうした断面構造を有するサージ防護デバ
イス１０からは、デバイス端子として、第四半導体領域
４にのみオーミック接触する第一デバイス端子Ｔ１　（
図面上で左側の端子）と、第二半導体領域２と第三半導
体領域３とに共通にオーミック接触する第二デバイス端
子Ｔ２　が取出されるが、これら第一、第二デバイス端
子Ｔ１　，Ｔ２　間にサージ電圧が印加され、それが第
一半導体領域１と第二半導体領域２との間のｐｎ接合に
逆バイアスを印加する位相で、かつ、相当程度に大きい
ものであると、当該逆バイアスの印加により生じた第一
、第二領域間ｐｎ接合における空乏層は、第一半導体領
域１の側へのみならず、第三半導体領域３の側に向けて
も伸びて行き、やがてのことに当該空乏層の上方端部が
第三半導体領域３に達することにより、第一半導体領域
１と第三半導体領域３とがパンチ・スルーする。こうな
ると、第四半導体領域４から第一半導体領域１内に当該
第一半導体領域１にとっての少数キャリアが注入され、
これが第二半導体領域２で収集されて素子電流の流れ始
めとなる。こうしたパンチ・スルー動作の開始電圧が、
これらサージ防護デバイスの動作特性を示す図１１中に
おいて降伏電圧ＶＢＲと示されたものである。一方、例
え第二半導体領域２と第三半導体領域３とが第二デバイ
ス端子Ｔ２　に共通に接続されることで互いに電気的に
短絡されていても、第二半導体領域２を介して流れ始め
て以降、増加して行く素子電流の電流値と、当該素子電
流の第二半導体領域２内における電流経路に沿った抵抗
値との積により求められる電圧値（電圧降下）が、第二
半導体領域２と第三半導体領域３とにより形成されてい
る整流性接合（図示の場合は第三半導体領域３も半導体
領域であるのでｐｎ接合）の順方向電圧に等しくなると
、このｐｎ接合がターン・オンし、第三半導体領域３か
ら第二半導体領域２に対し、第二半導体領域２にとって
の少数キャリアの注入が起こる。そして、この第二半導
体領域２への少数キャリアの注入は、図１１中、電流軸
方向に急に立ち上がって行く特性曲線部分に示されるよ
うに、結果として第一、第二デバイス端子Ｔ１　，Ｔ２
　間に流れる素子電流の更なる増大を招くことになり、
これがまた、第四半導体領域４から第一半導体領域１へ
の少数キャリアの注入を促進するという正帰還現象を招
く。そのため、図１１の電圧対電流（Ｖ−Ｉ）特性図で
見ると、第一、第二デバイス端子Ｔ１　，Ｔ２　間を通
じてブレーク・オーバ電流ＩＢＯとして示された値以上
の大きさの電流が流れた場合、正帰還現象がデバイス内
部で生じていることの表れとして、当該図１１の特性図
上に良く示されているように、負性特性が生じ、第一、
第二デバイス端子Ｔ１　，Ｔ２　間に表れるデバイス両
端電圧はブレーク・オーバを開始した時の電圧値である
ブレーク・オーバ電圧ＶＢＯよりも低く、さらには最初
にパンチ・スルーを開始した時の降伏電圧ＶＢＲよりも
低いクランプ電圧（ないしオン電圧）ＶＰ　に移行する
ことができ、これにより、素子の発熱を抑えながら大き
なサージ電流の吸収が可能となる。こうしたサージ防護
デバイス１０により第一、第二デバイス端子Ｔ１　，Ｔ
２　を介して吸収可能な最大電流値は一般に“サージ耐
量”と呼ばれ、また、一旦ターン・オンしたデバイスが
そのオン状態を維持し得る最小の素子電流値が保持電流
ＩＨ　と呼ばれる。このようなブレーク・オーバ・タイ
プのサージ防護デバイスに対し、先に少し述べたように
、例えば単なる定電圧ダイオード型のサージ防護デバイ
スであると、降伏しても素子両端電圧は低くならず、む
しろ吸収電流の増大と共に漸増傾向となるので、当該素
子両端電圧と素子電流との積により決定されるデバイス
消費電力、ひいてはデバイスの発熱量は相当に大きなも
のとなる。ブレーク・オーバ・タイプの優れている点は
この一事からしても証明される。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかるに、原理構造的
に上記図１０に示される構造に準じて作製されたブレー
ク・オーバ・タイプのサージ防護デバイス１０は、先の
公報群中にても述べられている通り、本来はブレーク・
オーバ電流や保持電流の制御性も良く、サージ耐量の確
保も比較的容易な筈である。事実、本出願人においてそ
のような素子の作成に成功もしたが、逆に、思った程の
制御性が得られない場合もあった。その原因を追及した
所、一つの大きな要因として、次のような構造的原因が
掴めた。通常のこの種の半導体素子の作成分野では、特
に端子電極Ｔ１　，Ｔ２　を取出す場合、対応する領域
に対し、幾何的な対称性を保ってオーミック接触領域を
作ってしまいがちである。これに関し図示すると、図１
０の原理構造は、具体的には図１２に示されるようにな
る。対応する符号は対応する構成要素を示すが、問題となる
のは第二半導体領域２と第三半導体領域３とに共通にオ
ーミック接触を採るためのオーミック電極３２の付し方
である。明らかなように、第二デバイス端子Ｔ２　を取
出すためのオーミック電極３２は、第三半導体領域３の
表面に接触すると共に、当該第三半導体領域３の両側の
部分ＰＯ　，ＰＯ　において第二半導体領域２の表面に
も接触している。そのため、第一、第二デバイス端子Ｔ
１，Ｔ２　間に図示極性（＋，−）のサージが印加され
、それが所定の大きさ以上であって、第一半導体領域１
と第二半導体領域２との接合に直接に降伏が生ずるか、
第一半導体領域１と第三半導体領域３との間がパンチ・
スルーし、これに伴って直ちに第四半導体領域４から第
一半導体領域１に対して第一半導体領域１にとっての少
数キャリア（図示の導電型の場合には正孔）が注入され
た場合、図１２中に模式的に矢印ｆＨ　の群で示してい
るように、当該正孔流は、オーミック電極３２にあって
第四半導体領域４に近い側にて第二半導体領域２にオー
ミック接触している部分に集中的に流れ込んでしまい、
反対側のオーミック接触部分ＰＯ　にはほとんど流れ込
まない状況が生じ得る。これが故に、ブレーク・オーバ
電流ＩＢＯや保持電流ＩＨ　の制御性が悪化し、かつま
た、サージ耐量の低下をも招くことがあったのである。

【０００６】そこで本発明は、まず、こうした従来の横
型サージ防護デバイスにおける構造上の要因に起因する
欠陥を除去、解消し、ブレーク・オーバ電流や保持電流
の制御性ないしは安定性の向上を図り、できるだけ予定
通りのサージ耐量を確保し得る構造を提供せんとする。

【０００７】さらに本発明は、以下のようにまた別な観
点から、この種の横型サージ防護デバイスにおける次の
ような問題点にも鑑みた。従来、図１０や図１２に示さ
れるような構造のサージ防護デバイス１０においては、
デバイス端子Ｔ１　，Ｔ２　間に印加されたサージの電
圧がブレーク・オーバ電圧ＶＢＯよりも絶対値で小さい
範囲内にあるのにもかかわらず、ときとしてターン・オ
ン（ブレーク・オーバ）してしまう誤動作を起こすこと
があった。そしてこの誤動作は、特に、持続時間が極め
て短く、電圧の波高値もそれ程に大きくはないため、本
来ならば特に吸収する必要もない「小さなサージ」が印
加されたときに生じた。そこで本出願人は、上記公報群
に開示されている発明を提案する以前にあって、この点
についてもその原因究明に努めた所、上記のような誤動
作を生んだサージは、確かに絶対値においては「小さな
サージ」ではあったが、立ち上がりが極めて急峻で、電
圧の時間微分値ｄＶ／ｄｔ（スルー・レイトと呼ぶ）が
かなり高かったことが分かった。その結果、そのように
急峻なサージが誤動作を招いた理由は次のように説明で
きた。上述したように、原理的には図１０や図１２に示
されるような構造のサージ防護デバイスには、第一半導
体領域１と第二半導体領域２とにより、サージが印加さ
れた時に逆バイアスされるｐｎ接合が形成されているた
め、このような接合に接合容量Ｃｊ　が見込まれる。そ
こで、第一、第二デバイス端子Ｔ１　，Ｔ２　間にスル
ー・レイトがｄＶ／ｄｔのサージが印加されると、この
接合容量Ｃｊ　を充電する過渡的な電流として、次式（
１）　で表される変位電流ｉｔ　が流れる。

【数１１】しかるに接合容量Ｃｊ　は、サージ耐量を十分大きく取
るために各領域を面積的に大きくすると、それに連れて
かなり大きくなる場合が多く、例えば１００ｐＦ程度か
らそれ以上の値も普通に考えられる。その一方で、種々
のサージの性質や振舞いについては、すでに従来からも
詳しい考察、研究が多岐に亙って為されており、その結
果からすれば、例えば電話通信線路への雷サージ印加時
等にあっては、回路系への誘導ノイズ電圧値の波高値こ
そ、よしんば低くても、スルー・レイト（ｄＶ／ｄｔ）
としては１００Ｖ／μｓ程度位までの値が十分に考えら
れる。そのため、これらの値を上記（１）　式に代入す
ると明らかな通り、接合容量を充電する過渡的な電流の
値ｉｔ　は１０ｍＡ程度になり得る。スルー・レイトが
高くなればもっと大きくなり、いずれにしても、結構大
きな値の変位電流ｉｔ　が瞬時ではあるが流れ得るので
ある。

【０００８】ところが、図１０または図１２に従って実
際に作製されるサージ防護デバイスでは、高速動作が要
求されることもあって、場合によっては第四半導体領域
４と第二半導体領域２との間の距離がかなり短く設計さ
れることがあり、そうしたデバイスにおけるブレーク・
オーバ電流ＩＢＯの値は余り大きく採れなくなる傾向に
あるし、また、これまでのデバイス構造ないし作製法で
は、他の構成のサージ防護デバイスに比せば良いとは言
え、絶対的な意味では製造パラメータによるばらつきも
決して小さくはなかったこと等から、場合によってはブ
レーク・オーバ電流ＩＢＯの値が、上記のようにして求
められるサージ印加時のそのときどきの変位電流値ｉｔ
　と対して変わらない程度に、ないしはそれ以下にさえ
なることがあった。これが主たる原因となって、サージ
の尖頭電圧値は設計上のブレーク・オーバ電圧ＶＢＯに
至っていないのにもかかわらず、デバイスがブレーク・
オーバする現象を生じることがあったのである。図１１
の特性図上で言えば、そのような誤動作が起きていると
きの実効的なブレーク・オーバ電圧ＶＢＯは、当該特性
図上に示されている値よりもかなり小さい方（左側）に
移行したに等価となる。

【０００９】そこで、本出願人においては、上記した公
報群中にてすでにその対策の一つを提案しており、これ
に基づく構造の一つが、本書添付の図１３に示されるよ
うなものである。すなわち、特徴的なのは、第四半導体
領域４に電気的に接続する第一デバイス端子Ｔ１　が、
同時にまた、第四半導体領域４の近傍において第一半導
体領域１の主面にもオーミック接触しているということ
で、こうなっていると、第一半導体領域１と第二半導体
領域２とを逆バイアスする極性のサージが印加され、し
たがって第一半導体領域１と第四半導体領域４との接合
が順バイアスされる関係となる時にも、当該接合がター
ン・オンする前に、第一デバイス端子Ｔ１が第一半導体
領域１の主面に接触しているオーミック接触部分を介し
て第一半導体領域１中に当該第一半導体領域１にとって
の多数キャリアを流し込むことができ、これによって第
一半導体領域１と第二半導体領域２とで構成されるｐｎ
接合の接合容量Ｃｊ　を速やかに充電することができる
。事実、この手法により、一応は「小さなサージ」に応答
しないサージ防護デバイスを得るのに成功したし、一方
では、こうした接合容量充電のための当初の第一半導体
領域１への多数キャリアの注入という現象も、すでに説
明したパンチ・スルー発生後ではその基本的な動作自体
に悪影響を及ぼさないで済んだ。と言うのも、第一半導
体領域１と第三半導体領域３とがパンチ・スルーした後
に、上記した多数キャリアによる電流が増し、第四半導
体領域４の主として厚味方向（深さ方向）の電圧降下が
当該第四半導体領域４と第一半導体領域１との間の接合
の順方向電圧に等しくなると、そのときから第一半導体
領域１にとっての少数キャリアが第四半導体領域４から
注入され始めるため、以降、すでに述べたメカニズムに
より、デバイスの降伏からブレーク・オーバに至ること
ができるからである。また、ブレーク・オーバした後は
、一対のデバイス端子Ｔ１，Ｔ２　間のデバイス電流の
主電流通路は、端子Ｔ１　と第一半導体領域１とのオー
ミック接触部分ではなく、第三半導体領域３と第四半導
体領域４を介する経路となり、これは第一半導体領域１
に対する端子Ｔ１のオーミック接触部分を有さない図１
０または図１２に示されるデバイスにおける状態とほぼ
等価となる。

【００１０】さらに、これまではパンチ・スルー型の従
来デバイスについて述べてきたが、断面構造上は図１０
、ないし図１２に示されている構造とほとんど変わらな
くても、本出願人の知見によれば、第二半導体領域２や
第三半導体領域３の厚さを厚くする等の外、各領域の幾
何的パラメータや不純物濃度パラメータ等を適当に選択
すると、降伏開始の当初のメカニズムには雪崩降伏やツ
ェナ降伏を利用し、ブレーク・オーバに関しては上記し
たパンチ・スルー型と同様のメカニズムとなるサージ防
護デバイスも作製できることが分かったが、そのような
サージ防護デバイスや、はたまた、他の公知のサージ防
護デバイスにおいても、それが少数キャリア注入に伴う
正帰還現象を介してブレーク・オーバするタイプのもの
である場合には、上記した「小さなサージ」に対する応
答の問題が同様に起こることがあり、したがって、それ
に対する上記の対策は、やはりそれらにも適用できるこ
とも分かった。もっとも、雪崩降伏やツェナ降伏は、一
般に「ポイント・フェノメノン（局所現象）」と呼ばれ
ることもある通り、降伏をし始める個所、ないしは降伏
後も電界の集中する個所が局所的になり易いがため、サ
ージ耐量を大きく取るのが難しく、上記したパンチ・ス
ルー型デバイスに比べると不利である外、設計自由度も
小さく、製造パラメータに対する許容度も乏しい等、や
や劣った側面を見せる。しかし、そうした優劣の比較を
せず、ここで問題にした「小さなサージ」に対しての応
答やその対策についてだけ考えるならば、そうした雪崩
降伏型やツェナ降伏型のサージ防護デバイスにおいても
、上記してきた議論はほぼそのまま適用することができ
る。

【００１１】しかるに、上記のようにして第一半導体領
域に対してのオーミック接触を計ることにより、二端子
ブレーク・オーバ・タイプのサージ防護デバイスに認め
られることがあった「小さなサージ」に対する誤応答を
解消した所、今度はまた、別な問題が指摘されるに至っ
た。それは、このようにして作製されたサージ防護デバ
イスは「逆耐圧」を有さなくなるということである。こ
れは当然である。第一半導体領域１と第二半導体領域２
とが順方向にバイアスされる関係においては、第一半導
体領域１がオーミック接触部分を介して直接にデバイス
端子Ｔ１　に接触しているため、一対のデバイス端子Ｔ
１　，Ｔ２　間には実質的に、単に順方向にダイオード
が接続される結果となるからである。もちろん、被保護
回路系に対してこの種のサージ防護デバイスを現実的に
組込んで行くことを考えると、実際上、逆耐圧はあった
方が良く、しかも、望ましくはサージ吸収に関する降伏
電圧ＶＢＲよりも高い値の逆耐圧であることが良い。

【００１２】そこで本発明は、第二の目的として、この
点の解決をも計っており、第一デバイス端子Ｔ１　を第
四領域のみならず第一半導体領域に対してもオーミック
接触させるという手法を特に採らなくても、小さなサー
ジに対する誤応答を防げる他の手段を提供せんとするも
のである。換言すれば、本発明のこの第二の目的は、必
要に応じ、逆耐圧を持つことのできる二端子ブレーク・
オーバ・タイプのサージ防護デバイスも提供できること
，とも言えるが、ただし、本発明のこの目的における主
眼は、あくまで、上記のような第一、第四領域双方に対
するオーミック接触という手段にのみ限られることなく
、他の手法であっても同様に、小さくても急峻なサージ
に対する対策が立てられるようにするという点、すなわ
ち設計の自由度を増したり技術の豊富化を計るものであ
るから、要求される製品によって逆耐圧の問題が生じな
いようであれば、そのようなオーミック接触構造や、さ
らに他の手法との併存も差支えなく、逆に言って本発明
は、それら他の手法自体を積極的に排斥することをまで
、目的にしたものではない。

【００１３】さらに、ある意味ではこの第二の目的を達
成した結果として得られた知見ともなるが、上記第一の
目的における構造的工夫の外に、ブレーク・オーバ電流
ＩＢＯや保持電流ＩＨ　の制御性を向上させ得るような
構成の提供も第三の目的としている。特にこの第三の目
的は、すでに提供されている図１０や図１２に示された
従来のサージ防護デバイスの特徴とも関連している。例
えば先に述べたように、エネルギ的には小さくとも電圧
の時間微分値（ｄＶ／ｄｔ）の大きなサージに応答させ
ないようにするためには、方法論としては単純ではある
が、ブレーク・オーバ電流ＩＢＯそれ自体を大きくすれ
ば良い。しかし、それにはまた、それ以前の基本的課題として、
設計値に極力近いブレーク・オーバ電流ＩＢＯや保持電
流ＩＨ　が得られるという保証が必要である。しかるに
、既述した本出願人の手になるサージ防護デバイスは、
上掲の公報群中に詳記の通り、従前の他の公知構造デバ
イスに比すと遥かに設計自由度も大きく、設計精度も高
かったが、それでもなお、製造パラメータにこれらブレ
ーク・オーバ電流ＩＢＯや保持電流ＩＨ　の値がかなり
依存することも多かった。にもかかわらず、当該各種パ
ラメータに関する設計指針が確立しておらず、現場での
カット・アンド・トライに頼る傾向を否めなかった。こ
れがもし改善されて、そうした製造パラメータに関する
設計基準を与えることができれば、必要に応じて必要な
値のブレーク・オーバ電流ＩＢＯや保持電流ＩＨ　を得
る上でも、またデバイスごとのばらつきを抑え、安定な
デバイス特性を得る上でも極めて有利である。もちろん
、サージ耐量についても十分な値を得ることが望ましく
、換言すれば、デバイス中を流れる素子電流の均一化を
計ることが望ましい。したがって、上記の本発明第一の
目的や第二の目的に従って提供された小さなサージに対
する新たな対策手段がこの要件をも満たすことは、本発
明のまた別な目的ともなる。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本発明は上記課題の解決
のため、すでに従来例に即して詳しく述べた二端子ブレ
ーク・オーバ型で、かつ横型構造を採るサージ防護デバ
イスにおける改良として、最も基本的には下記の構成要
件（ａ）　〜（ｅ）　、すなわち、（ａ）　第一半導体領域の一方の主面側に設けられ、第
一半導体領域の導電型とは逆導電型で第一半導体領域と
の間でｐｎ接合を形成する第二の半導体領域と，（ｂ）
　第一半導体領域とは対向する側から第二半導体領域に
接触し、第二半導体領域に対し第二半導体領域にとって
の少数キャリアを注入することができ、少なくともその
面内一方向（これは、本発明の他の態様における後の構
成要件中に言うｘ方向、ｙ方向とは独立であって良い）
に沿う一断面においては一つ以上の数Ｎ個から成る第三
領域と，（ｃ）　第一半導体領域の上記と同じ一方の主面側にあ
って互いに直交する主面面内ｘ，ｙ両方向の中、ｘ方向
に沿って第二半導体領域に対し離間した位置に設けられ
、第一半導体領域に対して第一半導体領域にとっての少
数キャリアを注入し得る第四領域とを有し，（ｄ）　第
四領域にオーミック接触すると共に第一のデバイス端子
に接続した第一のオーミック電極と、第二半導体領域と
第三領域とに共通にオーミック接触すると共に第二のデ
バイス端子に接続した第二のオーミック電極との間に、
ｐｎ接合を逆バイアスする極性で降伏電圧以上の電圧の
サージが印加されると降伏し、これら第一、第二デバイ
ス端子間にてサージ電流を吸収し始めると共に、降伏後
、第四領域から第一半導体領域への少数キャリアの注入
と、第三領域から第二半導体領域に対する少数キャリア
の注入との相乗効果により、吸収し始めたサージ電流の
大きさがブレーク・オーバ電流以上になると正帰還現象
を介してブレーク・オーバし、第一、第二デバイス端子
間を絶対値において相対的に低電圧のクランプ電圧に移
行させながらサージ電流を吸収し続ける二端子ブレーク
・オーバ型のサージ防護デバイスであって；（ｅ）　第
二半導体領域と第三領域とに共通にオーミック接触する
第二のオーミック電極は、第三領域の周縁部において上
記ｘ方向に見て上記第四領域を向いた縁部の中、少なく
とも該第四領域に最も近い縁部を越えて第二半導体領域
の表面に接触する部分を有さないこと；を特徴とするサ
ージ防護デバイスを提供する。

【００１５】さらに、これら構成要件群（ａ）　〜（ｅ
）　に加え、さらに、（ｆ）　ρＢ　を第一、第三領域間の部分における第二
半導体領域のシート抵抗，Ｖｆ　を第三領域を順バイア
スする電圧，ＣＯ　をｐｎ接合の単位面積当たりの接合
容量，ｄＶ／ｄｔをそれ以上には応答させたくないサー
ジの立ち上がりの鋭さ，として、第三領域のｘ方向寸法
ｘＥ　が、下式（２）　：

【数１２】に基づいて規定されていること；を特徴とするサージ防
護デバイスも提案する。

【００１６】その上で、本発明はまた別な態様として、
上記構成要件（ａ）　〜（ｆ）　に加え、（ｇ）　第三
領域のｘ方向寸法ｘＥ　は、ブレーク・オーバした状態
を維持し得る範囲で許容し得る最大保持電流値ＩＨｍａ
ｘに対し、ＳＢ　を第二半導体領域の面積として、下式
（３）　：

【数１３】なる関係も満たしていること；を特徴とするサージ防護
デバイスも提案する。

【００１７】また、上記構成要件（ｆ）　による第三領
域のｘ方向寸法ｘＥ　の上限決定に関しては、（ｈ）　
第三領域のｘ方向寸法ｘＥ　は、ブレーク・オーバした
状態を維持するに必要な最小の保持電流値ＩＨｍｉｎに
対し、ＳＢを第二半導体領域の面積として、下式（４）
　：

【数１４】なる関係も満たしていること；を特徴とするサージ防護
デバイスも提案する。

【００１８】その一方で、上記構成要件（ｆ）　に代え
、（ｉ）　第四領域から注入された少数キャリアの中、
第二半導体領域に到達する量比βに応じ、上掲の式（２
）　に代えて、第三領域ｘ方向寸法ｘＥ　が、下式（５
）　：

【数１５】に基づいて規定されていること；を特徴とするサージ防
護デバイスも提案する。

【００１９】第三領域の平面的な形状に関しても、第三
領域が短辺と長辺を有する矩形またはほぼ矩形の平面形
状を有している場合には、さらに、（ｊ）　ｘ方向寸法ｘＥ　は短辺方向の寸法であって、
第二オーミック電極は、矩形の第三領域の一対の長辺の
中、少なくともｘ方向に見て第四領域に近い側の長辺を
越えて第二半導体領域の表面上に接触する部分を有さな
いこと；という構成要件（ｊ）　をも有するサージ防護
デバイスを提案し、また、第三領域が円形またはほぼ円
形の形状を有している場合には、当該構成要件（ｊ）　
に代え、（ｋ）　ｘ方向寸法ｘＥ　は円形またはほぼ円
形の第三領域の直径またはほぼ直径の寸法であって、第
二オーミック電極は、ｘ方向と直交し、円形またはほぼ
円形の第三領域の中心またはほぼ中心を通るｙ方向の直
線で二分した一対の半円またはほぼ半円の中、ｘ方向に
見て第四領域に近い側の半円の周縁を越えて第二半導体
領域の表面に接触する部分を有さないこと；を特徴とす
るサージ防護デバイスを提案する。そして、第三領域が
正多角形またはほぼ正多角形の平面形状を有する場合に
は、上記構成要件（ｊ）　または（ｋ）　に代えて、（ｌ）　ｘ方向寸法ｘＥ　は正多角形またはほぼ正多角
形の第三領域の中心またはほぼ中心を通る幅寸法であっ
て、第二オーミック電極は、ｘ方向と直交し、正多角形
またはほぼ正多角形の第三領域の中心またはほぼ中心を
通るｙ方向の直線で二分した面積部分の中、ｘ方向に見
て第四領域に近い側の面積部分の周縁を越えて第二半導
体領域の表面に接触する部分を有さず、かつ、ｘ方向に
見て第四領域に遠い側の面積部分にあっても第四領域に
向いた縁部を越えて第二半導体領域の表面に接触する部
分を有さないこと；という構成要件（ｌ）　を有するサ
ージ防護デバイスを提案する。また、上記構成要件（ｊ
），（ｋ），（ｌ）　に代えて採用し得る構成要件（ｍ
）　として、（ｍ）　第三領域はｘ方向に沿う一断面に
おいて少なくとも二つの離間した領域から構成され、そ
れら少なくとも二つの離間した領域は、ｘ方向と直交す
る方向における端部相互で連結しており、第二オーミッ
ク電極は、それら少なくとも二つの離間した第三領域の
中、第四領域に近い方の周縁部にあって第四領域を向い
た縁部を越えて第二半導体領域の表面に接触する部分を
有さないこと；という構成要件（ｍ）　を持つサージ防
護デバイスも提案し、この構成要件（ｍ）　に代えて、（ｎ）　少なくとも二つの離間した第三領域の中、第四
領域に対して最も近い領域を除く他の領域（したがって
、二つの場合には単に遠い方の領域、三つの場合には、
最も遠い領域のみか、あるいは最も遠い領域と真ん中の
領域となる：以下、四つ以上の場合も同様）は、第二オ
ーミック電極の上記ｘ方向に直交する方向の端部に対し
ての電流の回り各みや当該端部からの電流の流出を防ぐ
ための防護領域となっていること；という構成要件（ｎ
）　を有するサージ防護デバイスも提案する。

【００２０】これに対し、全体の構造としても発展的な
サージ防護デバイスを得るため、本発明は他の態様とし
て、（ｏ）　第一半導体領域の一方の主面には、第四領域の
両側にｘ方向に沿いそれぞれ離間して、第二半導体領域
と第三領域の組が一つづつ、計一対設けられた部分が少
なくとも一個所以上あり、第二のデバイス端子は、第二
半導体領域と第三領域の各組において各第二半導体領域
と第三領域とに共通にオーミック接触する各第二オーミ
ック電極の全てに共通に接続していること；という構成
要件（ｏ）　を付加したサージ防護デバイスも提案する
。

【００２１】同様に、この構成要件（ｏ）　に代えて、
（ｐ）　第一半導体領域の一方の主面には、複数の第四
領域と、複数の第二半導体領域と第三領域の組とが、ｘ
方向に沿い交互に設けられた部分が少なくとも一個所以
上あり、第二のデバイス端子は、第二半導体領域と第三
領域の各組において各第二半導体領域と第三領域とに共
通にオーミック接触する各第二オーミック電極の全てに
共通に接続し、第一のデバイス端子は、各第四領域にオ
ーミック接触する各第一オーミック電極の全てに共通に
接続していること；という構成要件（ｐ）　を付加した
サージ防護デバイスも提案する。

【００２２】しかるに、上記した本発明の各態様による
二端子横型サージ防護デバイスは、原則として、第一、
第二デバイス端子間に定められた極性のサージが印加さ
れたときにのみ、これを吸収するべく作用する、言わば
片極性サージ吸収用のサージ防護デバイスとなる。そこ
で、逆に、単一ないし共通の第一半導体領域を用いると
の前提の下でも、第一、第二デバイス端子間に印加され
るサージの極性の如何にはかかわらず、いずれの極性の
サージをも吸収可能とするために、本発明ではまた、別
な態様として、上記構成要件（ａ）　〜（ｅ）　中、構
成要件（ｃ）　を、（ｃ）’第一半導体領域の一方の主面側にあって互いに
直交する主面の面内ｘ，ｙ両方向の中、ｘ方向に沿って
第二半導体領域に対し離間した位置に設けられ、第一半
導体領域の導電型とは逆導電型で第一半導体領域との間
で第二のｐｎ接合を形成する第四の半導体領域と，とい
うように変更し、第四領域が半導体領域であることに限
定し、かつ、第一半導体領域との間に第二のｐｎ接合が
形成されるという概念を導入した上で、（ｑ）　第一半導体領域とは対向する側から第四半導体
領域に接触し、第四半導体領域に対し第四半導体領域に
とっての少数キャリアを注入することができ、少なくと
も面内一方向に沿う一断面においては一つ以上の数Ｍ個
から成る第五領域とを有し，という構成要件（ｑ）　を
加え、　さらに第四半導体領域と第五領域とに関し、先
の構成要件（ｄ）　を変更して、（ｄ）’第四半導体領域と第五領域とに共通にオーミッ
ク接触すると共に第一のデバイス端子に接続した第一の
オーミック電極と、第二半導体領域と第三領域とに共通
にオーミック接触すると共に第二のデバイス端子に接続
した第二のオーミック電極との間に、第一または第二ｐ
ｎ接合を逆バイアスする極性で降伏電圧以上の電圧のサ
ージが印加されると降伏し、第一、第二のデバイス端子
間にてサージ電流を吸収し始め、降伏後、第四半導体領
域から第一半導体領域への少数キャリアの注入と、第三
領域から第二半導体領域に対する少数キャリアの注入と
の相乗効果、または第二半導体領域から第一半導体領域
への少数キャリアの注入と、第五領域から第四半導体領
域に対する少数キャリアの注入との相乗効果により、吸
収し始めたサージ電流の大きさがブレーク・オーバ電流
以上になると正帰還現象を介してブレーク・オーバし、
一対のデバイス端子間を絶対値において相対的に低電圧
のクランプ電圧に移行させながらサージ電流を吸収し続
ける双極性サージ吸収用二端子ブレーク・オーバ型のサ
ージ防護サージ防護デバイスであって；という構成要件
（ｄ）’とする。そして、本発明の片極性サージ防護デ
バイスにおいて重要な構成要件である構成要件（ｅ）　
は、（ｅ）’第二半導体領域と第三領域とに共通にオー
ミック接触する第二のオーミック電極は、第三領域の周
縁部においてｘ方向に見て第四半導体領域を向いた縁部
の中、少なくとも第四半導体領域に最も近い縁部を越え
て第二半導体領域の表面に接触する部分を有さず；第四
半導体領域と第五領域とに共通にオーミック接触する第
一のオーミック電極は、第五領域の周縁部においてｘ方
向に見てｘ方向に見て第二半導体領域を向いた縁部の中
、少なくとも第二半導体領域に最も近い縁部を越えて第
四半導体領域の表面に接触する部分を有さないこと；と
いう構成要件（ｅ）’とする。

【００２３】このような構成要件群による本発明は、双
極性のサージを吸収するためのサージ防護デバイスの基
本構成を表しているが、さらに構成要件（ｆ）中に見ら
れた各パラメータに関し、ρＢ　を第一、第三領域間の
部分における第二半導体領域のシート抵抗または第一、
第五領域間の部分における第四半導体領域のシート抵抗
，Ｖｆ　を第三領域または第五領域を順バイアスする電
圧，ＣＯ　を第一のｐｎ接合または第二のｐｎ接合の単
位面積当たりの接合容量，ｄＶ／ｄｔをそれ以上には応
答させたくないサージの立ち上がりの鋭さ，として、先
の片極性サージ吸収用のサージ防護デバイスにおいて第
三領域に関するものとして示したｘ方向寸法ｘＥ　が、
第五領域に関してのものでもあるとすると、先の構成要
件（ｇ）　〜（ｎ）　は、第五領域についての構成要件
でもあるとして展開することにより、双極性サージ吸収
用のサージ防護デバイスとしての本発明の上記基本構成
に従うデバイスに関しても、このような限定事項を加え
ることが可能である。なお、この場合、既掲のパラメータＳＢ　は、第二半導
体領域のみならず、第四半導体領域の面積をも表す。

【００２４】さらに、この双極性サージ吸収用の本発明
サージ防護デバイスにおける限定としては、上記におい
ては第三領域の数と第五領域の数をそれぞれ弁別的にＭ
とＮで表し、それらは互いに異なる数であって良い場合
を含んでいたが、逆にＭ＝Ｎであっても良く、第二半導
体領域と第四半導体領域の各形状及び面積ＳＢ　も共に
同じであって、第三領域と第五領域のｘ方向寸法ｘＥ　
同志及びｙ方向寸法ｙＥ　同志も共に同じ寸法であって
良い。

【００２５】この双極性サージ吸収用の本発明サージ防
護デバイスに関しての構造的な改変としては、上記構成
要件群の上記定められた組合せに加え、（ｒ）　第一半
導体領域の一方の主面には、第四半導体領域と第五領域
との組と、第二半導体領域と第三領域の組とが、それぞ
れ複数個、ｘ方向に沿い交互に設けられた部分が少なく
とも一個所以上あり、各組の第四半導体領域中の第五領
域は離間した一対の領域から構成され、各組の第二半導
体領域中の第三領域も離間した一対の領域から構成され
ている共に、第二のデバイス端子は、第二半導体領域と
一対の第三領域から成る各組において第二半導体領域と
一対の第三領域とに共通にオーミック接触する第二オー
ミック電極の各々に対し、それらの全てに共通に接続し
、第一のデバイス端子は、各第四半導体領域と一対の第
五領域から成る各組において第四半導体領域と一対の第
五領域とに共通にオーミック接触する第一オーミック電
極の各々に対し、それらの全てに共通に接続しているこ
と；という構成要件（ｒ）　を有するサージ防護デバイ
スも提案する。

【００２６】同様に、この構成要件（ｒ）　に加えて、
（ｓ）　第四半導体領域と第五領域の組、及び第二半導
体領域と第三領域の組は、それぞれ二組づつ用いられ、
それらの一組づつが交互に第一半導体領域の一方の主面
上に並設されると共に、第一のデバイス端子は、各第四
半導体領域と一対の第五領域から成る各組において第四
半導体領域と一対の第五領域とに共通にオーミック接触
する第一オーミック電極の各々に対し、それらの全てに
共通に接続するのに代え、並設方向で中側に位置する組
の第四半導体領域と一対の第五領域とに共通にオーミッ
ク接触した第一オーミック電極にのみ接続し、第二のデ
バイス端子は、第二半導体領域と一対の第三領域から成
る各組において第二半導体領域と一対の第三領域とに共
通にオーミック接触する第二オーミック電極の各々に対
し、それらの全てに共通に接続するのに代え、並設方向
で中側に位置する組の第二半導体領域と一対の第三領域
とに共通にオーミック接触した第二オーミック電極にの
み接続する一方、新たに第三のデバイス端子を設け、各
第二半導体領域と一対の第三領域から成る各組、及び各
第四半導体領域と一対の第五領域から成る各組の中、並
設方向で外側に位置する組の第四半導体領域と一対の第
五領域とに共通にオーミック接触した第一オーミック電
極と、第二半導体領域と一対の第三領域とに共通にオー
ミック接触した第二オーミック電極とに対し、第三のデ
バイス端子を共通に接続したこと；という構成要件（ｓ
）　を加味したサージ防護デバイスも提案する。ただし
、この構成要件（ｓ）　中においては第四半導体領域と
一対の第五領域とによる各組、及び第二半導体領域と一
対の第三領域とによる各組の中、並設方向で外側に位置
する組においても一対の第五領域及び一対の第三領域を
用いているのに代え、そうした並設方向で外側に位置す
る各組にあっては、第五、第三領域をそれぞれ一つづつ
用いるだけでも良い。

【００２７】

【実施例】以下、添付図面に示す本発明各実施例につき
詳記するが、予め述べておくと、片極性サージ吸収用と
して構成された本発明サージ防護デバイスも、両極性な
いし双極性サージ吸収用として構成された本発明サージ
防護デバイスも、それぞれに適当な幾つかづつの実施例
を有するものの、すでに述べてきたように、両者の間に
は極めて密接な関連があるので、互いに参考にすること
ができる。まず、本発明のサージ防護デバイス２０とし
て基本的な片極性サージ吸収用のデバイスにつき、その
原理構造に近い構造を持つ実施例を図１（Ａ）　，（Ｂ
）　に即して説明する。両図共、後述するように、第二
オーミック電極３２を付す際の絶縁膜５１に開ける開口
パタンが少し違うだけで、他は構成的に全く同一である
が、図１（Ｂ）　には、後に本発明の最も基本的な作用
を説明するために正孔流ｆＨ　が模式的に併示されてお
り、対して図１（Ａ）には、第二、第三領域の各方向の
寸法を定義するための符号が付されていて、これも後に
、それら領域２２，２３間の寸法関係に関して本発明に
よる特定事項を説明するために用いられる。このサージ
防護デバイス２０における第一導電型の第一半導体領域
２１には、限定的ではないが、一般的な場合として、い
わゆる半導体ウエハから供給された半導体基板を用いて
いる。第一の半導体領域２１に対しては、その表裏両主
面の中、一方の主面側（表面側とする）に第一半導体領
域の第一導電型とは逆の導電型の、すなわち第一半導体
領域２１とｐｎ接合を形成する第二の半導体領域２２が
形成され、この第二半導体領域２２に対してはまた、第
一半導体領域２１とは対向する側から第三領域２３が接
触している。なお、第三領域２３は後述のように、少な
くともその面内一方向に沿う断面においては複数個の場
合もあるが、ここで最初に述べる本実施例の場合、第三
領域２３は図示の断面において一つしかなく、長辺方向
と短辺方向を有する矩形の外形輪郭を持つ場合を想定し
ており、当該断面はその短辺方向に沿う一断面である。ただし便宜上、Ｎを１以上の数とし、第三領域２３は少
なくともその面内一方向に沿う断面においてＮ個設けら
れるものとして一般化する。第一半導体領域２１の同じ
表面側には、第二半導体領域２２に対し横方向に適宜離
間して第四領域２４が形成されている。このような構造
のサージ防護デバイスは２０は、既述のように、一般に
「横型」と呼ばれる。しかるに、本実施例に関する図面
中では、半導体基板ないし第一半導体領域２１の導電型
はｎ型に想定されており、したがって第一半導体領域２
１と共にｐｎ接合を形成する第二半導体領域２２の導電
型はｐ型となっている。また、すでに述べた作用の項の
説明や後述の説明からも明らかなように、第三領域２３
は第二半導体領域２２に対し整流性の接合を形成し、第
二半導体領域２２中に当該第二半導体領域２２にとって
の少数キャリアを注入できる物質から構成されていれば
良く、かつまたオンとなるべき電圧値としての順バイア
ス電圧（順方向電圧）Ｖｆ　が規定できるものであれば
良いし、同様に、第四領域２４は第一半導体領域２１に
対し当該第一半導体領域２１中に少数キャリアを注入で
きる物質から構成されていれば良いので、接触する相手
方の導電型に応じてホール注入可能なシリサイドや電子
注入可能な金属等も選ぶことができるが、一般にはこれ
ら第三、第四領域も半導体とするのが製作上も設計上も
便利である。図示実施例の場合もそうした考えに従い、
第三領域２３は第二半導体領域２２に対して整流性の接
合を形成するｎ型領域として、また、第四領域２４は第
一半導体領域２１に対して整流性の接合を形成するｐ型
領域として、それぞれ不純物の二重拡散技術により形成
されている。ただし、第三半導体領域２３はブレーク・
オーバ後の主電流（デバイス電流）線路の一端部を形成
するので、望ましくは高導電率であることが良く、この
実施例で言えば高不純物濃度ｎ型、すなわちｎ＋　型領
域であることが良い（図中ではこうした濃度表記＋，−
は省略する）。もちろん、第一半導体領域２１に対して
、それぞれ所定の導電型、所定の厚味、所定の不純物濃
度に各領域２２，２３，２４を形成する技術自体には、
例えば上記の通り、選択的に硼素（ｐ型）や燐（ｎ型）
を拡散する技術その他、当業者であれば数多ある公知既
存の技術の中から任意適当なるものを採用することがで
き、また、第一〜第四の全ての半導体領域２１，２２，
２３，２４の導電型を反転しても、以下で説明する動作
電流ないしデバイス電流の方向が逆になるだけで、本書
における他の説明はほぼそのままに援用することができ
る。

【００２８】さて、本発明の横型サージ防護デバイス２
０は、本質的に二端子デバイスであるが、その中の一方
の端子である第一デバイス端子Ｔ１　は第一のオーミッ
ク電極３１を介して第四半導体領域２４に電気的に接続
しており、他方の端子である第二デバイス端子Ｔ２　は
、後に詳しく説明する第二のオーミック電極３２を介し
て第二半導体領域２２と第三半導体領域２３とに共通に
電気的に接続している。第一オーミック電極３１も第二
オーミック電極３２も、この種の技術分野における通常
の手法により、第一半導体領域２１の表面上に形成され
た絶縁膜５１に所定の面積、パタンの開口を開けること
でそれぞれ対応する領域にオーミック接触が採られる。ここで、第一オーミック電極３１は、第四半導体領域２
４の表面にのみ、接触するようにされるが、第二オーミ
ック電極３２は、第二半導体領域２２と第三半導体領域
２３に共通にオーミック接触するように形成される。こ
の際、本発明に従って、第二オーミック電極３２は、図
示断面が第一半導体領域２１の表面のｘ，ｙ二次元面内
方向の中、ｘ方向に沿う断面であるとするならば、当該
ｘ方向に沿って見た場合、第三半導体領域２３の周縁部
において第四半導体領域２４に向かう縁部の中、最も近
い縁部を越えて第二半導体領域２２に接触する部分は有
さないようになっている。図示の基本的な実施例の場合
には、第三半導体領域２３は一つしか示していないので
、第四半導体領域２４に向かう縁も一つしかなく、した
がって、当該縁部がそのまま、第四半導体領域２４に最
も近い縁部となっている。そこで、この実施例では、第
三半導体領域２３の表面に接触している部分での第二オ
ーミック電極３２の周縁部において、第四半導体領域２
４を向いたこの第二オーミック電極３２の縁部も、符号
Ｐｉ　で示されているように、第三半導体領域２３の表
面にのみ接触した所で留まっており、これと反対側のオ
ーミック接触縁部ＰＯ　に見られるように、第三半導体
領域２３と第二半導体領域２２の表面に対して共通に、
それらの境界を横方向に越えてオーミック接触するよう
になってはいない。先に図１２に即して説明した従来の
構造、つまり、第三領域３にオーミック接触する第二オ
ーミック電極３２が当該第三領域３のｘ方向両側にて等
しく第二半導体領域２に接触する従来構造とはこの点で
大いに相違する。ただし、図１中の右手にて、第二オー
ミック電極３２が第三半導体領域２３と第二半導体領域
２２との接触部分を横方向に越えて両者に共に接触する
部分の構造は、図１（Ａ）　に示されるように、第三半
導体領域２３の表面上のオーミック電極部分がそのまま
面上を面一で伸びて第二半導体領域２２の表面に至って
いる構造であっても良いし、図１（Ｂ）　に示されるよ
うに、第三半導体領域２３と第二半導体領域２２との接
触部分に沿って表面上に形成された絶縁膜部分５１’を
渡し越すようにして、当該第二オーミック電極３２が両
領域２２，２３にオーミック接触する構造となっていて
も良い。以下の説明及び他の実施例では、図１（Ａ）　
の構造で代表する。

【００２９】これまでに述べてきた諸点は、後述する他
の実施例においても、特に適用が不能である旨明記しな
い限り、適用することができる。同様に、これも予め述
べておくと、以降のいずれの実施例においてもそうであ
るが、図中、他の実施例と同一の符号で指摘される各構
成要素は、当該他の実施例におけるそれら符号で指摘さ
れる構成要素と同一ないし同様で良いものであり、した
がって説明の省略される場合もある。そして、どれかの
実施例に関しそれら各構成要素について説明された内容
や改変例は、特に個々の実施例で適用不能である旨を明
記しない限り、同様に援用することができる。さて、図
１に示されたサージ保護デバイス２０は、上記の通り、
第二オーミック電極３２の形成パタンに関する本発明に
よっての限定事項を除けば、すでに図１０から図１２ま
でに即して説明した従来構造と差異はないので、サージ
防護デバイスとしての基本的な動作メカニズム自体は、
当該従来例に関して説明した通りとなる。サージの印加
に伴う初期降伏メカニズムとして、第一、第三半導体領
域２１，２３間のパンチ・スルー現象の外、第一半導体
領域２１と第二半導体領域２２間の雪崩降伏ないしツェ
ナ降伏を利用し得ることも同じである。ただ、ここでも
、当該従来例との対比を容易にするため、パンチ・スル
ー現象を利用する場合につき説明すると、まず、第一、
第二デバイス端子Ｔ１　，Ｔ２　間にサージ電圧が印加
され、それが第一半導体領域２１と第二半導体領域２２
との間のｐｎ接合に逆バイアスを印加する位相（したが
って図示の場合は第四半導体領域２４に接続した第一デ
バイス端子Ｔ１　側が正となる位相）で、かつ、相当程
度に大きいものであると、当該逆バイアスの印加により
生じた第一、第二領域間のｐｎ接合における空乏層は第
一半導体領域２１の側へのみならず、第三半導体領域２
３の側に向けても伸びて行き、やがて当該空乏層の上方
端部が第三半導体領域２３に達すると、第一半導体領域
２１と第三半導体領域２３とがパンチ・スルーする。こ
のようにパンチ・スルーを利用する場合には、第二半導
体領域２２は少し低濃度のｐ型、すなわちｐ−　型（そ
れでも基板２１よりは濃くて良い）に設定した方が良い
こともあるし、その厚味に関しても適当な薄さに設定す
る。

【００３０】いずれにしろ、第一半導体領域２１と第三
半導体領域２３とがパンチ・スルーすると、第四半導体
領域２４から第一半導体領域２１に対し、当該第一半導
体領域２１にとっての少数キャリアが注入されるように
なり、図１（Ｂ）　中にあって模式的に矢印ｆＨ　で示
されているように、これが第二半導体領域２２で収集さ
れ、第二オーミック電極３２に抜けることによって、素
子電流の流れ始めとなる。こうしたパンチ・スルー動作
の開始電圧が、従来のサージ防護デバイス１０の動作特
性を示す図１１において電圧軸上、降伏電圧ＶＢＲと示
された点である。本発明のサージ防護デバイス２０でも
、その動作特性の傾向は当該従来例の説明に用いた図１
１を使うことができる。一方、例え第二半導体領域２２
と第三半導体領域２３とが第二のデバイス端子Ｔ２　に
共通に接続されることでその表面においては互いに電気
的に短絡されていても、第二半導体領域２２を介して流
れ始めて以降、増加して行く素子電流の電流値（正孔流
ｆＨ　の大きさ）と、当該素子電流の第二半導体領域２
２内における矢印ｆＨ　に沿った電流経路の抵抗値との
積により求められる電圧値（電圧降下）が、第二半導体
領域２２と第三半導体領域２３とにより形成されている
整流性接合（図示の場合は第三領域２３も半導体領域で
あるのでｐｎ接合）の順方向電圧に等しくなると、以降
、この第三半導体領域２３から第二半導体領域２２に対
して第二半導体領域２２にとっての少数キャリアの注入
が起こる。そして、この第二半導体領域２２への少数キ
ャリアの注入は、図１１中で電流軸方向に急に立ち上が
って行く特性曲線部分にて示されるように、結果として
第一、第二デバイス端子Ｔ１　，Ｔ２　間に流れる素子
電流の更なる増大を招き、これがまた、第四半導体領域
２４から第一半導体領域２１への少数キャリアの注入を
促進するという正帰還現象を招く。そのため、当該図１
１に示されている電圧対電流（Ｖ−Ｉ）特性図で見ると
、第一、第二デバイス端子Ｔ１　，Ｔ２　間を通じ、ブ
レーク・オーバ電流ＩＢＯとして示された値以上の大き
さの電流が流れた場合、正帰還現象がデバイス内部で生
じていることの表れとして、当該特性図上に良く示され
ているように負性特性が生じ、第一、第二デバイス端子
Ｔ１　，Ｔ２　間に表れるデバイス両端電圧は、ブレー
ク・オーバを開始した時の電圧値であるブレーク・オー
バ電圧ＶＢＯよりも低く、さらには最初にパンチ・スル
ーを開始した時の降伏電圧ＶＢＲよりも低いクランプ電
圧ＶＰ　に移行することができ、これにより、素子の発
熱を抑えて大きなサージ電流の吸収が可能となる。

【００３１】すでに述べたように、こうしたサージ防護
デバイス２０により第一、第二デバイス端子Ｔ１　，Ｔ
２　を介して吸収可能な最大電流値が一般に「サージ耐
量」と呼ばれ、また、一旦ターン・オンしたデバイスが
そのオン状態を維持し得る最小の素子電流値が保持電流
ＩＨ　と呼ばれる。一方、クランプ電圧ＶＰ　は、原理
的には保持電流ＩＨ　とその電流パスに沿った各部の直
列抵抗との積に、第二半導体領域２２と第三半導体領域
２３によるｐｎ接合の順方向電圧一つ分を加えた値にほ
ぼ等しい。したがって、このクランプ電圧ＶＰ　はまた、第一半導
体領域２１の抵抗率や不純物濃度のみならず、第一半導
体領域２１と第三領域２３との間の離間距離で規定され
る第二半導体領域２２の実効厚味の如何、及び（あるい
は）不純物濃度の如何によってパンチ・スルー電圧が制
御できることで、かなり広い設計幅内で任意に設定する
ことができる。逆に、第二半導体領域の厚味を厚目にし
たり、その不純物濃度を高目にする等を始め、各領域の
幾何的寸法や不純物濃度等、設計パラメータを適当に選
定すれば、動作特性図上、降伏電圧ＶＢＲで立ち上がり
始めるときの初期降伏現象には第一、第二半導体領域２
１，２２間の雪崩降伏やツェナ降伏をも利用することが
でき、その後のメカニズムは上記したと同様とすること
もできる。その場合にも、本発明のサージ保護デバイス
２０は、まずもってサージが印加されていないときには
高い降伏電圧を維持して素子内に流れる電流を最少限度
に抑え、本デバイスにより無駄に電力が消費されるのを
妨げる一方で、一旦、降伏電圧ＶＢＲ以上のサージが印
加されると、間もなく極めて低いクランプ電圧ＶＰ　を
呈し、もって大電流のサージを吸収して後続の回路系を
確実に保護し得るようになる。

【００３２】しかるに、上記のメカニズムからして、サ
ージの印加後、最初に第四半導体領域２４から第一半導
体領域２２にとっての少数キャリア（この場合は正孔）
が注入され、この正孔流ｆＨ　が第二半導体領域２２か
ら第二オーミック電極３２に至るに際し、その経路が確
定できないと、結局は第二半導体領域２２と第三半導体
領域２３とにより形成されているｐｎ接合の順方向電圧
に等しくなるまでに流れる当該正孔流ｆＨ　の大きさが
確定できなくなって、ブレーク・オーバ電流ＶＢＯが確
定できないことになり、ひいては保持電流ＩＨ　の制御
性や安定性の悪化にも継がる。事実、図１２に示した従
来例におけるような正孔流ｆＨ　が生ずると、既述した
通り、このような問題が発生した。ところが、本発明に
従って構成されたこの実施例の場合には、図１（Ｂ）　
に示されているように、第二オーミック電極３２は、第
二半導体領域２２の表面に接触するにしても、第四半導
体領域２４に近い側での接触部分は有さないので、当該
正孔流ｆＨ　は、必ず第三半導体領域２３の下面を通っ
てから、部分ＰＯ　にて第二オーミック電極３２に流れ
込むようになり、その経路を確定することができる。こ
れはすなわち、ブレーク・オーバ電流ＶＢＯや保持電流
ＩＨ　の制御性、安定性を高め得ることを意味し、実際
、本発明者の実験により、このことが確実に確かめられ
ている。サージ耐量についても、概ね、素子面積に比例
して増大する結果が得られた。

【００３３】なお、後の説明にも関連するが、第三半導
体領域２３の平面形状は、上記で仮定した矩形の外、原
理的には様々な形状が考えられ、不定形であっても良い
。しかし、一般にこの種の技術分野において作成される
種々の半導体デバイスに関しても、単に製造上の問題だ
けではなく、各パラメータを簡単にすることでデバイス
特性を向上させようとすることから考えると、必要な各
領域の平面形状は、矩形の外には円形、正多角形等に留
められるのが普通である。これらの場合には、本発明の
趣旨に従う場合、第四半導体領域と第三領域、第二半導
体領域との間の平面配置関係として、図２に模式的に示
されるような関係を採れば良い。

【００３４】すなわち、図２（Ａ）　に示すように、第
四半導体領域２４に対し、ｘ方向に離間した位置に設け
られる第二半導体領域に接して形成される第三半導体領
域２３の形状が円形ないしほぼ円形の場合には、当該円
形の中心Ｏを通り、ｘ方向に直交したｙ方向の直線で二
分される一対の半円の中、図２（Ａ）　中に斜線を付し
て示す半円部分、すなわち、第四半導体領域２４に近い
側の半円部分には、その縁部を第四半導体領域２４の側
に向かって越えて第二半導体領域２２に接触する第二オ
ーミック電極３２を設けないようにする。すなわち、図
１中に示した第二オーミック電極３２の第四半導体領域
２４側を向いた第三半導体領域２３への接触縁部Ｐｉ　
が、当該第三半導体領域の表面上に留まるようにする。これと反対側の半円部分では、図１中に部分ＰＯ　で示
されているように、第二半導体領域２２と第三半導体領
域２３の両表面に各接触するように、第二オーミック電
極３２を形成すれば良い。

【００３５】図２（Ｂ）　に示されるように、第三半導
体領域２３が正多角形、例えば正六角形であって、その
中心Ｏを通り、ｘ方向に直交するｙ方向の直線が当該正
多角形の対向する一対の頂点部分を通るか、あるいはこ
れを９０°回転させた関係において、一対の対向辺部の
中央を通るならば、当該直線にて分断される二つの面積
部分の中、図２（Ｂ）　中に斜線を付して示すように、
第四半導体領域２４に近い側の面積部分の縁を越えて第
二半導体領域２２の表面上に伸び、当該第二半導体領域
の表面に接触する第二オーミック電極部分は形成しない
ようにし、これと反対側にてのみ、第二、第三半導体領
域２２，２３に対し、第二オーミック電極３２がそれら
表面に共通にオーミック接触するように計る。

【００３６】また、図２（Ｃ）　に示されるように、第
三半導体領域２３が三角形であって、その中心を遠り、
ｘ方向と直交する直線で二分した所、第四半導体領域に
近い側の斜線の付されている面積部分のみならず、反対
側の面積部分でも、符号Ｅ’で示されるように、第四半
導体領域２４を向いた縁部Ｅ’，Ｅ’が生ずるようであ
れば、やはり、ここを越えては第二オーミック電極３２
の第二半導体領域２２に対するオーミック接触部分を形
成しないようにする。そして、この三角形を例としての
説明は、正多角形に再度、一般化することができ、上記
のような条件から外れて、正多角形が図示の回転角位置
から９０°ではない任意の角度、回転した位置を占める
ときの配慮として、有効に適用することができる。不定
形状に一般化することさえでき、要は、任意形状の第三
半導体領域において、第四半導体領域の方を向いた縁部
を越えては、第二オーミック電極３２を第二、第三半導
体領域の双方の表面に共通に接触させないようにすれば
良い。

【００３７】図２に関してのこれらの配慮は、他の実施
例、特に後述の双極性サージ吸収用の本発明サージ防護
デバイスの実施例に関しても同様に適用できる。また、
第三半導体領域２３を複数個の領域から形成する場合、
個々の領域の並設方向は、上記ｘ方向に沿うばかりでは
なく、ｙ方向に沿って複数個を設けることも考えられる
。もちろんその場合、各第三半導体領域２３は互いに電
気的接続を採る。

【００３８】上記のように、本発明に従うと、ブレーク
・オーバ電流ＶＢＯや保持電流ＩＨ　の制御性ないし安
定性が向上するが、すでに述べた「小さなサージ」に対
する対策も立てられるものとなる。つまり、図１に示さ
れているサージ防護デバイス２０の構造では、第二デバ
イス端子Ｔ２　側が負、第一デバイス端子Ｔ１　側が正
となる極性ないし位相のサージが印加されると、その時
に逆バイアスされるｐｎ接合が第一半導体領域２１と第
二半導体領域２２とにより形成されている。このような
接合には接合容量Ｃｊ　が見込まれるので、第一、第二
デバイス端子Ｔ１　，Ｔ２　間に印加されるそのときど
きのサージの電圧の時間微分値（ｄＶ／ｄｔ）に応じ、
この接合容量Ｃｊ　を充電する過渡的な電流として、既
掲の（１）　式で表される変位電流ｉｔ　が流れる。し
たがって、これも既述のように、当該接合容量Ｃｊ　の
値が大きいと、例えば電話通信線路への雷サージ印加時
等にあって回路系への誘導ノイズ電圧値の波高値こそ、
よしんば低く、本来なら吸収する必要もない程の「小さ
なサージ」であっても、そのスルー・レイト（ｄＶ／ｄ
ｔ）がかなり高かったがため、結構大きな値の変位電流
ｉｔ　が瞬時ではあるが流れ、当該サージの尖頭電圧値
は設計上のブレーク・オーバ電圧ＶＢＯに至っていない
のにもかかわらず、デバイスがブレーク・オーバするこ
とがある。換言すれば、印加されるサージの速さないし
鋭さに応じ、サージ防護デバイス２０としてのブレーク
・オーバ電圧ＶＢＯが変動してしまうことになる。そこ
で、本発明のサージ防護デバイス２０においては、上記
のように、動作の初期の中に流れる、図１（Ｂ）　に示
した正孔流ｆＨ　の経路の制御ないし安定化が可能なこ
とから、次のような工夫により、そのように小さなサー
ジには応答することなく、デバイスとしてのブレーク・
オーバ電圧ＶＢＯを設計された一義的な値に安定化させ
ることができる。

【００３９】ここで再び、簡単のため、第三半導体領域
２３は矩形形状をしているものとする。そして、図１（
Ｂ）　に示されるように、そのｘ方向（この場合、短辺
方向）の寸法はｘＥ　であり、第二半導体領域２２の短
辺方向寸法であるｘ方向寸法はｘＢであるとし、さらに
、次のような記号を定義する。ｙＥ　：第三半導体領域２３のｙ方向寸法，ｙＢ　：第
二半導体領域２２のｙ方向寸法，ρＢ　：第一半導体領
域と第三半導体領域との間の部分における第二半導体領
域のシート抵抗，Ｉｆｆ：第三半導体領域２３を順バイアスするに必要な
電流値．しかるに、第三半導体領域２３を順バイアスするに必要
な電流Ｉｆｆの電流密度Ｊは、次式（６）　で示される
。

【数１６】しかるに、この式（６）　の右辺分母は、結局の所、第
二半導体領域２２の全面積ＳＢ（＝ｘＢ・ｙＢ）であ。一方、第三半導体領域２３がオンとなるべきときの順方
向電圧Ｖｆ　は、一般には０．５Ｖ程度であるが、同じ
電流値ではあっても、当該電流（例えば図１（Ｂ）　中
の正孔流ｆＨ）が第三半導体領域２３の下面に沿って長
い経路に沿って走った結果、この順方向電圧Ｖｆ　に相
当する電圧降下が最も生じ易い点というのは、図１に示
される本発明のデバイスの場合、既述のように第二オー
ミック電極３２がそのｘ方向で第四半導体領域２４に対
して離れた部分ＰＯ　においてのみ、第二半導体領域２
２に接触している結果、各第三半導体領域２３の底面に
おいて横方向（ｘ方向）で第四半導体領域２４に最も近
い個所となる。したがって、このように第三半導体領域
２３のｘ方向寸法ｘＥ　のほぼ全長に沿って流れる素子
電流（正孔流ｆＨ）による電圧降下を考えれば良いから
、当該第三半導体領域２３の順バイアス電圧Ｖｆ　は、
上記の電流密度Ｊを用い、次式（７）　で示すことがで
きる。

【数１７】そこで、これを計算し、電流密度Ｊにつき解くと、次式
（８）　が得られる。

【数１８】そのため、上記　（６）式とこの　（８）式を電流密度
Ｊに関し等しいと置くと、第三半導体領域２３を順方向
にバイアスするに必要な全電流Ｉｆｆについて解くこと
ができ、次式（９）　のようになる。

【数１９】その一方、第一半導体領域２１と第二半導体領域２２と
で形成される接合容量Ｃｊ　は、単位面積当たりの接合
容量をＣＯ　とすると、次式（１０），

【数２０】で表せるから、立ち上がりの速さないし鋭さがｄＶ／ｄ
ｔのサージが第一、第二デバイス端子Ｔ１　，Ｔ２　間
に印加されたとき、これに伴う既述　（１）式の変位電
流ｉｔは、次式（１１）のように書き直すことができる
。

【数２１】したがって、こうした変位電流ｉｔ　により、第三半導
体領域２３が順バイアスされないためには、次式（１２
），

【数２２】が満たされれば良いので、先の　（９）式，（１１）式
とこの（１２）式とから、第三半導体領域２３の各ｘ方
向寸法ｘＥに関して解くと、先に挙げた重要な　（２）
式を得ることができる。

【００４０】つまり、被保護回路のインピーダンスの関
係等もあって、それ以上に鋭い（速い）立ち上がりのサ
ージは考えられないか、または対象とする必要がないが
、ここまでの鋭さないし速さのサージに対しては誤応答
を生じさせたくないとする当該鋭さないし速さｄＶ／ｄ
ｔを決定すれば、後のパラメータは全て既知であるので
、それらと共に当該決定したｄＶ／ｄｔ値を上記　（２
）式に代入することにより、各第三半導体領域２３を形
成する際のｘ方向寸法ｘＥ　の上限を決定することがで
きる。しかも、第三半導体領域２３のｙ方向の寸法ｙＥ
　や第二半導体領域２２の面積ＳＢ等は無関係となって
いる。したがって、それら各領域の実際の作成に関し、
製造寸法パラメータに起因する誤差要因はその分、確実
に減らすことができる。

【００４１】これは、先に図２に即して説明したように
、第三半導体領域が種々の平面形状をしている場合にも
適用可能である。ただし、第三半導体領域２３が円形か
それに近い形状の場合、あるいは正多角形ないしはそれ
に近い形状の場合、さらには不定任意形状の場合には、
図２に即して説明した約束を守って第二オーミック電極
３２を形成した上で、上記のｘ方向寸法ｘＥ　に関して
は、第四半導体領域２４から発した少数キャリア流が当
該第三半導体領域の下面を通って第二オーミック電極３
２に流れ込むに際しての最長距離方向に沿う第三半導体
領域寸法に関する限定と考えれば良い。換言すれば、そ
のような最長距離方向をｘ方向と定義することで、上記
の式（２）　は有効に用いることができる。それより短
い距離では電圧降下分も小さくなるからである。

【００４２】このようにして、本発明の目的の一つとし
て、図１３に示された従来例のように、第四半導体領域
２４の側から別途に第一半導体領域２１にオーミック接
触した電極を介し、第一半導体領域２１にとっての多数
キャリアを流し込むことにより、第一、第二半導体領域
２１，２２間の接合容量Ｃｊ　を充電してしまおうとす
る手法に依らなくとも、高いｄＶ／ｄｔ値のサージに対
する対策を立てることができる。また、このような第四
半導体領域２４と第一半導体領域２１とに共通にオーミ
ック接触するオーミック接触構造を必須としないのであ
るから、図１に示されるように、第一のデバイス端子Ｔ
１　に接続する第一のオーミック電極３１は、第四半導
体領域２４に対してのみ、導通を採るように構成するこ
とができ、サージ防護デバイス２０としての逆方向耐圧
も確保することができる。なお、降伏メカニズムが特に
パンチ・スルーであるような場合、変位電流ｉｔによっ
て第一、第三領域２１，２３間にパンチ・スルーが生じ
た直後は、それらの間にある第二半導体領域２２のシー
ト抵抗も相当高くなる。しかし、この領域中を電流が流
れ出すと空乏層も縮小し、少なくとも第三半導体領域２
３をなめるような直下部分では、そのシート抵抗はその
ときの電流値に見合っての第二半導体領域２４に本来見
込まれるシート抵抗値ないしはそれに近くなる。そのた
め、上記したシート抵抗ρＢ　とは、そのような場合の
第二半導体領域のシート抵抗として設定すれば良い。逆
に、雪崩降伏による場合には、第三半導体領域近くの第
二半導体領域までには空乏層が伸びてきていないので、
そこの抵抗はそのときの電流値に応じた第二半導体領域
のシート抵抗ρＢ　に基づき、異常に高くなることはな
い。

【００４３】また、上記　（２）式に従う場合にも、第
三半導体領域２３のｘ方向寸法ｘＥ　や直径ｘＥ　（円
形ないしほぼ円形の場合）には、図１（Ａ）　中に示す
ように、当該第三半導体領域の厚味寸法ｈＥ　を補正要
因として加味することも考えられるが、一般に第三半導
体領域の厚味ｈＥ　は第三半導体領域２３の短辺幅ｘＥ
　や直径ｘＥ　を相当短くしてもそれに比してさえ極め
て薄く、代表的にはせいぜい３〜４μｍ程度であるし、
また、特に雪崩降伏型に認められるように、寸法的に多
少厚くなったとしても（それでも数μｍオーダには留ま
ることが多い）、第二半導体領域２２に対して第三半導
体領域２３が拡散によって形成された領域であるような
場合には、第三半導体領域２３の断面両側における横方
向の拡散抵抗は第三半導体領域下の第二半導体領域抵抗
に比し極めて低いので、このような第三半導体領域の厚
味ｈＥ　はその影響を無視することができる。ただし、
無視することが最も簡単ではあるが、無視せねばならな
いことはなく、上記　（２）式に基づいている限り、第
三領域に関する寸法ｘＥ　にそのような適当量の補正を
施すことは当然に許容することができる。しかし、本書
では以降、便宜のため、当該第三半導体領域２３の厚味
ｈＥ　は無視する。

【００４４】しかるに、本発明では、さらに保持電流Ｉ
Ｈ　についても配慮している。要求される保持電流ＩＨ
　の値は、被保護回路のインピーダンスと、当該回路で
定常的に使用される電流値とに鑑み、サージ消失後、速
やかに高絶縁オフ状態に戻る値として決定されるが、一
般に通信回線の保護等においては、この保持電流ＩＨ　
は最低でも１００ｍＡ程度以上は要求されることが多い
。その一方、高ければ高い程良いというものでもなく、
もちろんのこと、サージ防護デバイス自体が自己破壊す
る程の電流値となって良い訳がない。しかし、これを逆
に言うなら、自己破壊しない範囲であれば、保持電流値
は相当高い値に設定した方が良いこともある。本出願人
は先に挙げた公報類にてすでに開示の発明に基づき、ま
た、本願開示の所に基づき、極めて多くの種類のパンチ
・スルー型サージ防護デバイスを製造し、あるいは試作
してきたが、自己破壊を起こす電流密度の値はかなり高
く採ることができ、１．５Ａ／ｍｍ２　程度は確保し得
た。このような前提の下に保持電流ＩＨ　というものに
つき考えるに、ここでもまず便宜のため、第三半導体領
域２３が矩形の平面形状を持っている場合で代表して説
明すると、これは、当該第三半導体領域２３が少数キャ
リア注入を止めるときに相当する先の電流値Ｉｆｆと、
第四半導体領域２４からの少数キャリア注入が止まると
きの電流値ＩＣ　との和、すなわち、ＩＨ　＝Ｉｆｆ＋
ＩＣ　と考えることができる。ここで、電流値Ｉｆｆに
ついては、先に　（９）式にて求めた通りなので、例え
上記の電流値ＩＣ　が零の場合でも所望の保持電流ＩＨ
　を得るためには、結局、当該（９）式中のＩｆｆを保
持電流ＩＨ　で置き換え、これを第三半導体領域２３の
ｘ方向寸法ｘＥ　について解くことにより、次式（１３
）を得ることができる。

【数２３】したがって、この（１３）式により求めた第三半導体領
域２３のｘ方向の寸法ｘＥが、上記した当該ｘ方向寸法
に関する上限式（２）　をも満たすようにしながら保持
電流ＩＨ　を設計することができるが、逆に考えると、
必要な最小保持電流ＩＨｍｉｎの値（例えば上記のよう
に１００ｍＡ）のときに必要となるｘ方向寸法ｘＥ　が
、上記　（２）式にて規定されるｘ方向寸法ｘＥ　の上
限よりさらに短くなる場合には、当該（１３）式を上限
式に置き換えることで既述の　（４）式に変形し、これ
ら　（２）式と（１３）式のどちらか小さい方の値を上
限として、その寸法未満で各第三半導体領域２３のｘ方
向寸法ｘＥ　を設計することになる。しかし、実際には
、上記　（２）式の方が大きな値となる傾向にあるので
、応答させたくないとするサージのｄＶ／ｄｔ値を決定
し、これに基づいて上記　（２）式の上限を求めても、
なお、必要な最小保持電流ＩＨｍｉｎは十分に確保され
ることが多い。

【００４５】逆に、上記（１３）式を変形することで、
各第三半導体領域２３の下限値について考慮した方が遥
かに有利である。言い換えれば、サージ防護デバイスが
自己破壊しないという条件を満たす上で、どこまで、各
第三半導体領域２３のｘ方向寸法ｘＥ　を狭められるか
、ということを考えた方が実用的である。そこで、上記
（１３）式を、許容し得る最大保持電流ＩＨｍａｘに関
しての各第三半導体領域２３のｘ方向寸法ｘＥ　の下限
式に変形すると、既述の　（３）式となる。このように
して、本発明では、第三半導体領域２３のｘ方向寸法ｘ
Ｅ　に関し、その上限として上記　（２）式を、また下
限として上記　（３）式を提示するが、ここで具体的な
例を挙げてみる。試作例は極めて多数に昇ったが、その
中から第二半導体領域２２が５００μｍ角、すなわち上
記ｘ方向寸法ｘＢ　もｙ方向寸法ｙＢ　も共に等しく５
００μｍであり、第一半導体領域２１とによって見込ま
れる接合容量Ｃｊ　が２３ｐＦ、第二半導体領域２２の
第三半導体領域下面におけるシート抵抗が動作電圧ほぼ
１５０Ｖで１４２００Ω／□であった素子を代表的に取
り上げてみる。この素子において、ｄＶ／ｄｔ値が１０
０Ｖ／μｓ以上のサージには応答させないようにしたい
場合、上記（１１），（１２）式に各値を代入、演算す
ると、そのときの電流値Ｉｆｆはほぼ０．５５ｍＡ以上
あれば良いと計算される。そこで、当該Ｉｆｆ値や既掲
の他の値を上記　（２）式に代入し、計算すると、第三
半導体領域２３の短辺幅ｘＥ　はほぼ８８μｍ以下なら
ば良いことになる。また、この寸法範囲にあれば、（１
３）式を保持電流ＩＨ　について解き、計算すると明ら
かなように、短辺幅ｘＥ　が上限寸法８８μｍにあると
きにも、当該保持電流ＩＨ　の値は、先に必要な最低保
持電流ＩＨｍｉｎの値として仮定した例えば１００ｍＡ
を十分に越えた値となる。

【００４６】逆に、既述した自己破壊の問題を考え、最
大保持電流値ＩＨｍａｘを５００ｍＡに設定した場合、
短くできる方の下限につき、（３）式に基づいて計算す
ると、各第三半導体領域２３のｘ方向寸法ｘＥ　は、ほ
ぼ６μｍと求められる。したがって、このようなデバイ
ス・パラメータ例の場合には、各第三半導体領域２３の
ｘ方向寸法ｘＥ　を、最低６μｍから最大８８μｍの寸
法範囲内で、必要な保持電流値ＩＨの値を満たすように
設計できることが分かる。また、本発明デバイスの動作
原理からして明らかなように、降伏メカニズムが何であ
っても、上記のようにして保持電流を制御できれば、こ
れに連れてブレーク・オーバ電流をも制御できる。

【００４７】このようなことは、第三半導体領域２３が
円形その他の場合にも適用できる。先と同様、図２に即
して説明した約束を守って第二オーミック電極３２を形
成した上で、上記のｘ方向寸法ｘＥ　に関しては、第四
半導体領域２４から発した少数キャリア流が当該第三半
導体領域の下面を通って第二オーミック電極３２に流れ
込むに際しての最長距離方向に沿う第三半導体領域寸法
に関する限定と考えれば良い。

【００４８】いずれにしても上記のような条件により、
本発明によればこの種のブレーク・オーバ型で横型の二
端子サージ防護デバイス２０に関し、極めて重要な設計
指針が与えられることが証明されるが、次に、サージ耐
量について考えてみる。既述の動作メカニズムにより、
この種のサージ防護デバイスでは、それがオンした後の
主電流通路（デバイス電流通路）は、第三半導体領域２
３と第四半導体領域２４とを主として通るものとなる。したがって、第三半導体領域２３の面積が大きい程、サ
ージ耐量は増すことが容易に予想される。そこで、第二
半導体領域の面積ＳＢ　に対する第三半導体領域２３の
全面積（すなわちｘＥ・ｙＥ）の比を変化させ、サージ
耐量の変化を見た。その結果は図３（Ａ）　に示されて
いるが、試作範囲は、サージ耐量が飽和傾向を示し始め
る点に近い所として第二半導体領域面積ＳＢ　に対する
第三半導体領域面積（ｘＥ・ｙＥ）の比が６７％から、
小さな方では２０％までで終えており、面積比６０％以
上では実際のサージ耐量はほぼ８０Ａ／ｍｍ２　以上が
得られている。面積比が２０％の場合にも、サージ耐量
は面積比６０％素子の半分程度になっているが、基本的
に必要なブレーク・オーバ特性は示すことが確認された
ので、図１に示されているような、片極性サージ吸収用
の本発明サージ防護デバイス２０の場合には、当該図３
（Ａ）　からして、第二半導体領域２２に対する第三半
導体領域２３の面積比が２０％から８０％の範囲内にあ
れば良好なサージ耐量特性が得られることになる。した
がって、この範囲内で上記した第三領域のｘ方向寸法ｘ
Ｅを設計することが実際には最も望ましい。

【００４９】なお、第四半導体領域２４から注入された
少数キャリアの中、第二半導体領域２２に対してはβだ
けしか到達しないことが分かっている場合には、上記　
（２）式は既述した　（５）式に変形して使用すること
もでき、当該βは実測ないしは演算により求めることが
できる。なお、上記ｘ方向を第三半導体領域２３の長辺
方向とした場合にも、上記　（２）式を始め、上記各式
は有効に利用できる。ただ、短辺方向とした方が、第三
半導体領域の下面をなめる電流経路がより短くなるので
、電圧の時間微分値ｄＶ／ｄｔの高い「小さなサージ」
に対する耐性はより高まるということである。

【００５０】以上、図１にその基本構造例を示す片極性
サージ吸収用の実施例に基づき説明してきたが、これに
関するさらに他の実施例の提示は後に回し、次に、本発
明のサージ防護デバイスは２０を双極性サージ吸収用し
て構築した場合の基本的な構造例につき、図４に即して
説明する。図４に示される本発明サージ防護デバイス２
０でも、構造上、図１に示された実施例と相違する所は
少なく、相違点と言えば、第四半導体領域２４が幾何的
にも物理的にも、そして冶金学的にも、第二半導体領域
２２と同様の半導体領域とされ、かつ、この第四半導体
領域２４内には、これも上記の意味で第三半導体領域２
３と同様の第五半導体領域２５が付加されている点、ま
た、第二デバイス端子Ｔ２　が第二、第三半導体領域２
２，２３に共通にオーミック接触した第二オーミック電
極３２に導通しているのと同様、第一デバイス端子Ｔ１
　も第四半導体領域２４のみならず、第五半導体領域２
５にも第一オーミック電極３１を介して接続している点
位である。換言すれば、この双極性サージ吸収用の実施
例でも、すでに述べてきた片極性サージ吸収用として構
成された本発明サージ防護デバイスの持つ構成要件は全
て有しているので、それらについては同一の符号を付す
と共に、特に適用できない旨を述べない限り、それら各
構成要件に関してのこれまでの説明は全て援用すること
ができる。

【００５１】しかるに、こうした図４に示されるサージ
防護デバイス２０では、第四半導体領域２４がこれまで
述べてきた片極性サージ吸収用の本発明サージ防護デバ
イスにおける図１中の第四半導体領域２４と全く同様の
機能を呈するように構成されているのみならず、印加さ
れるサージの極性が反転した場合には、上述した第二半
導体領域２２と等価な半導体領域として機能し、全く同
様に、第五半導体領域２５は、これまでの説明における
とは逆の極性のサージが印加された場合、第三半導体領
域２３に代わって当該第三半導体領域２３が果たしてい
たと同等の働きをなす。もちろん、この新たに追加され
た第五半導体領域２５と第四半導体領域２４とにオーミ
ック接触する第一オーミック電極３１も、図示の断面に
おいて、第五半導体領域２５から見て第二半導体領域２
２に向き、かつ第二半導体領域２２に最も近い縁部（た
だし、この実施例でも、第五半導体領域は一つしかない
から、第二半導体領域に向いた縁部がそのまま、第二半
導体領域に最も近い縁部になる）を越えて、当該第五半
導体領域２５と第四半導体領域２４とに共通に接触する
部分は持たず、符号Ｐｉ　で示されているように、こち
らの側に向いた当該オーミック電極３１のオーミック接
触部分は第五半導体領域２５の表面に留まっており、反
対側の縁部が第四半導体領域２４と第五半導体領域２５
とに共通に接触する部分を有している。また、第五半導
体領域２５のｘ方向寸法ｘＥ　や第四半導体領域２４の
ｘ方向寸法ｘＢ　等、各寸法パラメータや、不純物濃度
関係、第一半導体領域２１のシート抵抗値等、他の物理
的パラメータも、先の片極性サージ吸収用として構成さ
れた本発明実施例に関しての種々限定事項を満足してい
る。

【００５２】こうしたことから、図１に示した片極性サ
ージ吸収用のデバイス２０について述べてきたように、
このデバイスでも、第一デバイス端子Ｔ１側が正、第二
デバイス端子Ｔ２　側が負となる極性でのサージ印加時
には、当該図１に示されたデバイスと全く同様の動作を
なす。パンチ・スルーや雪崩降伏、ツェナ降伏等を起こ
すｐｎ接合は第一半導体領域２１と第二半導体領域２２
とで構成されるｐｎ接合であるし、新たに設けられた第
五半導体領域２５は第四半導体領域２４との間で逆バイ
アスとなって有意の働きをしない。これに対し、第二デ
バイス端子Ｔ２　側が正、第一デバイス端子Ｔ１　側が
負となる極性のサージが印加されると、パンチ・スルー
や雪崩降伏、ツェナ降伏等を起こすｐｎ接合は、この図
４に示されるサージ防護デバイス２０では、第一半導体
領域２１と第四半導体領域２２との間の第二のｐｎ接合
となり、第二半導体領域２２との間で逆バイアスとなる
第三半導体領域２３の方が有意の機能をしない状態（図
１に示す構造のデバイスでサージ吸収対象極性とは逆極
性印加時に相当）となる。念のため、降伏現象にはこれ
までの実施例と同様にパンチ・スルーを利用するものと
し、これまでとは逆極性のサージ印加時について述べて
みると、第一半導体領域２１と第四半導体領域２４との
間の第二のｐｎ接合が逆バイアスされ、これにより生じ
た空乏層が第一半導体領域２１の側へのみならず、第五
半導体領域２５の側に向けても伸び、やがてのことに当
該空乏層の下方端部が第五半導体領域２５に達すると第
一半導体領域２１と第五半導体領域２５間がパンチ・ス
ルーする。こうなると、第二半導体領域２２の方から第
一半導体領域２１内に当該第一半導体領域２１にとって
の少数キャリアが注入され、これが第四半導体領域２４
で収集されて素子電流の流れ始めとなる。一方で、例え
第四半導体領域２４と第五半導体領域２５とが第一デバ
イス端子Ｔ１　に共通に接続されることでその表面にお
いては互いに電気的に短絡されていても、第四半導体領
域２４を介して流れ始めて以降、増加して行く素子電流
の電流値と、当該素子電流の第四半導体領域２４内にお
ける電流経路に沿った抵抗値との積により求められる電
圧値（電圧降下）が、第四半導体領域２４と第五半導体
領域２５とにより形成される整流性接合（図示の場合は
第五領域２５も半導体領域であるのでｐｎ接合）の順方
向電圧に等しくなると、以降、第五半導体領域２５から
第四半導体領域２４に対して第四半導体領域２４にとっ
ての少数キャリアの注入が起こる。そして、この第四半
導体領域２４への少数キャリアの注入は、結果として第
一、第二デバイス端子Ｔ１　，Ｔ２　間に流れる素子電
流の更なる増大を招くことになり、これがまた、第二半
導体領域２２から第一半導体領域２１への少数キャリア
の注入を促進するという正帰還現象を招く。そのため、
先に掲げた図１１に示されている電圧対電流（Ｖ−Ｉ）
特性図に対し、原点対称な関係で第三象限に描かれるが
、やがてのことに既述した正帰還現象がデバイス内部で
生じていることの表れとして、第一、第二デバイス端子
Ｔ１　，Ｔ２　間に表れるデバイス両端電圧は、ブレー
ク・オーバを開始した時の電圧値であるブレーク・オー
バ電圧−ＶＢＯよりも絶対値において低く、さらには最
初にパンチ・スルーを開始した時の降伏電圧−ＶＢＲよ
りも絶対値において低いクランプ電圧−ＶＰ　に移行す
ることができ、これにより、素子の発熱を抑えながら大
きなサージ電流の吸収が可能となる。

【００５３】しかるに、このように第一デバイス端子Ｔ
１　側が負となる極性のサージにおいても、上記メカニ
ズムの中、第五半導体領域２５と第四半導体領域２４と
で構成される第二ｐｎ接合に順方向電圧が与えられるま
での過程において、第一のオーミック電極３１は、第五
半導体領域２５から見て第二半導体領域２２に近い側に
は第四半導体領域２４の表面にオーミック接触する部分
を持たないために、先に図１（Ｂ）　にて示した正孔流
ｆＨ　と同様、その矢印の方向こそ、この場合は逆にな
るが、やはり第五半導体領域２５の下面を均一になめな
がら第四半導体領域表面の部分ＰＯ　で示される個所に
て第一オーミック電極３１に流れ込んで行くことができ
、当該正孔流ｆＨ　の経路を確定することができる。そ
のため、これに伴う既述した種々の効果、例えばブレー
ク・オーバ電流ＶＢＯ、保持電流ＩＨ　の制御性、安定
性の向上効果やサージ耐量の向上効果を同様に享受する
ことができる。また、当該印加されたサージの電圧がブ
レーク・オーバ電圧−ＶＢＯより絶対値において小さい
範囲内にあるにも拘らず、その電圧の時間微分値ｄＶ／
ｄｔがかなり大きかったがためにターン・オン（ブレー
ク・オーバ）してしまう誤動作が生ずるおそれは、既述
の第二半導体領域２２に関する寸法パラメータを第四半
導体領域２４のそれらとし、第三半導体領域２３に対す
る各パラメータを新たに追加した第五半導体領域２５の
それらとすることにより、第五半導体領域の形状に応じ
て上記各式を満たすことで同様に低減することができる
。こうしたことから、保持電流、ブレーク・オーバ電流
やサージ耐量についての他の考察も然りであって、図１
に示した本発明デバイスにおける第二半導体領域２２、
第三半導体領域２３、第四半導体領域２４に関する各説
明を、それぞれ、図４に示される本発明デバイスの第四
半導体領域２４、第五半導体領域２５、第二半導体領域
２２に対するものと読み換えれば、当該説明はほとんど
そのまま、適用することができる。

【００５４】ただし、少し異なるのは、この図４の本発
明デバイス２０のように、双極性のサージを吸収する構
成とすると、図１の片極性サージ吸収用デバイスではデ
バイスがオンとなった後の主電流通路の一端側を形成す
る第四半導体領域２４の面積が極めて広く採れたのに対
し、この中に新たに逆極性サージ時に有効に機能する第
五半導体領域２５を設けねばならないことから、当該第
四半導体領域２４の面積が小さくなることである。した
がって、図１の片極性サージ吸収用のサージ防護デバイ
ス２０におけると同一極性のサージ吸収時について考え
ると、サージ耐量は一応、低下することが予想される。そこで、本発明者はこの点についても検討を施したが、
実際には片極性サージ吸収用のサージ防護デバイスに比
し、極端な低下を起こさない設計範囲があることが分か
った。図３（Ｂ）　はこれを証明するもので、図４に示
されているように、ｘ方向寸法がｘＢ　で、これに直交
するｙ方向寸法がｙＢ　の第四半導体領域２４中にあっ
て、ｘ方向寸法ｘＥ　、ｙ方向寸法ｙＥ　の矩形第五半
導体領域２５の占める割り合いが減り、つまりは残存す
る第四半導体領域２４の有効面積が増す程、双極性サー
ジ吸収用のデバイスであっても片極性サージ吸収用デバ
イスのサージ耐量の８０％に向けて飽和し、十分なサー
ジ耐量が得られた。逆に、第四半導体領域２４中におい
て第五半導体領域２５の占める面積が６７％程度まで増
えても、片極性サージ吸収用デバイスの場合の３０％以
上のサージ耐量は確保できた。もちろん、必要なサージ
耐量に応じ、第四、第五半導体領域相互の面積比は決定
できるが、その範囲は、種々多くの試作例で０．１〜０
．９の間まで、許容することができた。このことはまた
、逆極性についても言えるから、双極性サージ吸収用と
した本発明サージ防護デバイス２０では、第二半導体領
域２２中に占める第三半導体領域の面積比も上記の値範
囲内となる。

【００５５】以上、片極性サージ吸収用、双極性サージ
吸収用のそれぞれに対して本発明の有用性を説明したが
、以下、本発明のサージ防護デバイスに採用し得る他の
構造的改変例等につき説明する。ただし、先の約束の通
り、各実施例において採用した構成要素は、他の実施例
において特に適用できないことを明言しない限り適用す
ることができるし、もちろん、各実施例において上記図
１、図４の各実施例に関し説明した各寸法条件は全て満
たしているものである。特に、双極性サージ吸収用とし
ての本発明デバイスの改変例はまた、第二半導体領域中
の第三半導体領域または第四半導体領域中の第五半導体
領域を除き、かつ、それらがあるがために必要となった
追加の構成要件等は除けば、容易に片極性サージ吸収用
としての本発明デバイスの他の改変実施例となり得る。まず、図４に併示されている改変構成例につき、一つづ
つ説明するが、これまでは最初の降伏メカニズムに第一
半導体領域２１と第三領域（第三半導体領域）２３間、
または第一半導体領域２１と第五領域（第五半導体領域
）２５間のパンチ・スルーを予定してきた。しかし、こ
れも既述のように、本発明のサージ防護デバイスでは、
初期降伏メカニズムには雪崩降伏やツェナ降伏等、いわ
ゆる「ポイント・フェノメノン（局所現象）」と呼ばれ
る他の降伏現象を利用することもできる。ところが、一
方ではこうした場合、第一半導体領域２１と第二半導体
領域２２や第一半導体領域２１と第四半導体領域２４と
で形成される各ｐｎ接合において、印加されたサージの
極性に応じ逆バイアスとなる側のｐｎ接合で当該降伏を
し始める個所や、ないしは降伏後においても電界の集中
する個所が通常、局所的になり易い。そこで、意図的に
このような降伏原理を採用する場合には、電流の局所集
中現象を低減するために、図４中、仮想線で示されるよ
うに、第二、第四半導体領域２２，２４と第一半導体領
域２１との接触面積領域に複数個所、適当なるパタンで
第一半導体領域と同一導電型の高濃度不純物領域（した
がってこの場合はｎ＋　領域）４１，・・・・・を点々
と形成すれば良い。こうすると、雪崩降伏が各高濃度不
純物領域４１，・・・・・の一つ一つにおいてはそれら
の角部ないし端部から生じ始めたにしても、全体として
は降伏を開始する部分を当該高濃度不純物領域４１，・
・・・・の数に応じて増やすことができ、それらから一
斉に降伏に伴っての素子電流を流し始めることができる
ので、総体的に見るとデバイス電流の均一化、ひいては
サージ耐量等、電気的特性の安定化を得ることができる
。

【００５６】逆に、本質的には最初の降伏メカニズムに
パンチ・スルーを利用しようとした場合にも、第一半導
体領域２１と第二、第四半導体領域２２，２４とで構成
される第一、第二ｐｎ接合部分の中、印加されるサージ
の極性に応じてどちらか一方のｐｎ接合のいわゆる角部
となる部分で比較的早い時期に不測の雪崩降伏が生ずる
と、やはり動作上、大いに不都合である。したがって、
これを防ぐか抑制するには、当該図４中に符号３３，３
４でそれぞれを示したように、第二半導体領域２２と第
三半導体領域２３とに共通にオーミック接触するオーミ
ック電極３２には第一半導体領域２１の主面に表れてい
る第二半導体領域２２とのｐｎ接合の境界部分を越えて
当該第二半導体領域２２から第一半導体領域２１の上に
まで張り出した部分３４を、また、第四半導体領域２４
と第五半導体領域２５とに共通にオーミック接触するオ
ーミック電極３１には第一半導体領域２１の主面に表れ
ている第四半導体領域２４とのｐｎ接合の境界部分を越
えて当該第四半導体領域２４から第一半導体領域２１の
上にまで張り出した部分３３を設けると良い。これらの
張出し部分３３，３４と第一半導体領域２１の主面との
間にはそれぞれ絶縁膜５１が介在するが、このような張
り出し部分３３，３４はいわゆるフィールド・プレート
３３，３４となり、特に、第一半導体領域２１と第二、
第四半導体領域２２，２４とで形成される上記各ｐｎ接
合のそれぞれの各角部における電界の集中を緩和する作
用を有する。したがってこれは、初期降伏現象にパンチ
・スルーを利用する場合に当該角部における不測の雪崩
降伏等を避ける意味から有効ではあるが、雪崩降伏原理
等を利用する場合にも電流の集中を低減する上では有効
である。特に、既述したように複数の高濃度不純物領域
４１，・・・・・（図４中、仮想線）を設ける等、複数
個所にての雪崩降伏を意図した場合には、まさしく、他
の降伏予定個所と一緒にではなく、ｐｎ接合角部にての
み、早目に降伏が生じてしまうのを予防することができ
る。

【００５７】同様の目的のためには、上記のようなフィ
ールド・プレート３３，３４に代えて、あるいはこれに
加えて、図４中、仮想線の領域６１，６２で示されてい
るように、第二半導体領域２２と第四半導体領域２４の
周囲にそれらと同一導電型であるがそれらには触れない
状態でガード・リング６１，６２を設けるのもまた良い
配慮である。これはもちろん、電界を緩和する働きを有
し、各ｐｎ接合角部近傍における局所的な降伏を抑制す
る効果を持つ。

【００５８】第五半導体領域の平面形状については、こ
れも片極性サージ吸収用として構成された実施例に関し
、すでに図２に即して種々の形態例につき説明したが、
これはもちろん、双極性サージ吸収用の本発明サージ防
護デバイスにおいても、第三半導体領域２３または第五
半導体領域のどちらか、あるいは双方に関し、適用する
ことができる。普通は、特性の対称性が要求されるから
、第三、第五半導体領域２３，２５も、それらの離間距
離の中央を通る分割線に関し線対称の平面形状となって
いるのが良い。しかるに、これらの平面形状に関しては
また、さらに、図５に示すような説明を付加することで
、本発明の要旨構成中に認められる表現の意味を理解す
ることができる。図５に示されるのは、双極性サージ吸
収用として構成された本発明サージ防護デバイスの一実
施例であるが、まず、面内一方向に沿う断面である当該
図５中の下半分に着目してみると、第二半導体領域２２
の中には互いに離間した二つの第三半導体領域２３，２
３があり、同様に、第四半導体領域２４の中には、この
断面においては二つの第五半導体領域２５，２５がある
。したがって、第二半導体領域２４の中の第三半導体領
域２３，２３の各々に関してそれぞれ、第四半導体領域
２４を向いた縁部２３Ｅ１，２３Ｅ２というものを定義
することができる。ところが、そうした縁部２３Ｅ１，
２３Ｅ２にあっても、第四半導体領域２４に最も近い縁
部ということになれば、それは図中、右手に位置する縁
部２３Ｅ１のみとなる。そこで、本発明の要旨構成に従
い、第三領域の周縁部においてｘ方向（図示断面方向）
に見て第四領域を向いた縁部の中、少なくとも第四領域
に最も近い縁部を越えては第二半導体領域の表面に接触
する部分を有さない，という構成要件に従い、この実施
例でも、第二オーミック電極３２は、当該縁部２３Ｅ１
を越えては第二半導体領域２２の表面に接触する部分を
有していない。全く同様にして、図示断面において第四
半導体領域２４中の二つの第五半導体領域２５，２５に
関しても、第二半導体領域２２を向いた縁部２５Ｅ１，
２５Ｅ２の中、第二半導体領域２２に最も近い縁部は縁
部２５Ｅ１のみとなり、第一オーミック電極３１は、こ
の縁部２５Ｅ１を越えて第四半導体領域２４の表面に接
触する部分を有していない。

【００５９】さらに、本発明要旨構成中に認められるよ
うに、面内一方向（ｘ方向）において少なくとも二つの
第三領域または第五領域，という表現は、図５中、上半
分に示しているような第三半導体領域２３、第五半導体
領域２５の平面形状を許容することを意味している。す
なわち、第三半導体領域２３、第五半導体領域２５は共
に、平面形状としてこの場合、枠形状をしている。換言
すれば、ｘ方向に直交するｙ方向においては、ｘ方向に
沿う断面では二領域である各領域の端部相互が接続部分
２３Ｃ，２３Ｃ；２５Ｃ，２５Ｃで接続されているので
ある。このようになっていても、既述のメカニズムから
して本発明の目的が全うされることは明らかであるが、
さらに進んで、このような構造によると、図５中、見易
いように仮想線で示した第二、第一オーミック電極３２
，３１は、実際上、平面形状では枠形状となっている第
三、第五半導体領域２３，２５のそれぞれの枠の中の開
口を介してのみ、第二半導体領域２２、第四半導体領域
２４に接しているので、ｙ方向の端部を介しての電流の
回り込み、ないしは各領域の導電型の反転に応じた当該
それら端部からの電流の流出を防ぐことができる。端部
を介しての電流の回り込み（ないしその逆）があると設
計性が悪化し、かつまたサージ耐量も低下すことがある
。こうしたことからすると、図５中の下半分に示される
断面構造において、第四半導体領域２４から遠い側の第
三半導体領域２３は、図中に括弧で符号２６として示す
ように、これまで説明してきた第三半導体領域２３の機
能を持たず（すなわち、本発明の各態様に従っての寸法
上の制限等がなく）、上記に関しての単なる電流防護領
域２６であっても良く、第二半導体領域２２から遠い側
の第五半導体領域２５に関しても、同様にこれが単なる
電流防護領域２６として構成されていても良い。

【００６０】なお、第二オーミック電極３２の平面形状
と、第一オーミック電極３１の平面形状は、図中ではあ
えて変えて示してある。第二オーミック電極３２は、そ
のｙ方向両端部分が上記した第三半導体領域２３のｙ方
向端部接続部分２３Ｃの上に載っているのに対し、第一
オーミック電極３１の両端部分は第半導体領域２５のｙ
方向端部接続部分２５Ｃから離れている。これはどちら
でも良いことを説明の便宜上、一遍に示したもので、実
際にはどちらかを選び、第一、第二オーミック電極３１
，３２共、同じ形状とするのが良い。また、第三半導体
領域２３、第五半導体領域２５に関する平面形状は、図
５に示されている四角の枠形状の外にもドーナッツ形状
とか、他の任意の枠形状に変換できる。図２に関する説
明との奏合からこのことは明らかである。さらに、例え
ば図５の上半分に示される平面形状において、内部の開
口の数が第二、第四半導体領域の並設方向（ｘ方向）に
見て二つに増えれば、図５の下半分に示されるｘ方向に
沿った断面では、第三半導体領域２３や第五半導体領域
２５の数は三つとなり、以下同様に、枠内開口の数の増
加と共に、断面構造においてはそれより一つ多い数の第
三ないし第五半導体領域数となる。そして、そのような
場合にも、第三領域２３において第四半導体領域２４に
最も近い縁部とか、第五領域２５において第二半導体領
域２２に最も近い縁部というものは一つしかない。ただ
し、本発明要旨構成上の定義からして逆に、第二、第一
オーミック電極３２，３１のそれぞれに関し、上記少な
くとも最も近い縁部以外の縁部（例えば図５中では縁部
２３Ｅ２や２５Ｅ２）であるならば、これを越えて第二
半導体領域２２や第四半導体領域２４に接触する部分を
有しているかいないかは、その時々の設計に任して差支
えない。そして、この図５に即して述べた種々の説明は
、図３（Ａ）　までに即して述べたように、本発明に従
い片極性サージ吸収用として構成されたサージ防護デバ
イスにおいてもその第三半導体領域２３と第二オーミッ
ク電極３２に関する説明としてそのままに適用すること
ができる。

【００６１】次に、集積化につき考える。以上の各実施
例では、本発明のサージ防護デバイス２０は、言わば単
位の構造しか有していない。しかし、当然のことながら
、第一半導体領域２１を全てに共通の第一半導体領域と
して、図１や図４に示された本発明サージ防護デバイス
構造を複数個、並設、集積化することが可能である。片極性サージ吸収用を例に採って図示すると、例えば図
６のような構造があり、複数の第四半導体領域２４・・
・・・・・・の各第一オーミック電極３１に接続した各
第一デバイス端子Ｔ１　を全て並列接続し、各第四半導
体領域に一組づつ対応する第二、第三半導体領域２２，
２３の各々に共通にオーミック接触する第二オーミック
電極３２をそれらの第二デバイス端子Ｔ２　を介して全
て並列接続すれば、大電流吸収可能なサージ防護デバイ
スが構築できるし、結果として共通の一枚の基板上に個
々に独立に動作し得る複数個のサージ防護デバイスを構
築することもできる。その場合、必要に応じ、隣接する
デバイス構造間には仮想線７０で示される素子間分離領
域（機械的に溝掘りされること等も含む）を形成すれば
良い。

【００６２】一方、このように単純に、図１ないし図４
に示されている構造を、第一半導体領域２１の一主面に
沿って適宜離間させるだけに代えて、少し工夫すると、
次のような構造を得ることもできる。図７に示されるの
は、片極性サージ吸収用として構築された本発明サージ
防護デバイスの改変例であって、第一半導体領域２１の
一主面に形成されている第四半導体領域２４の両側に、
それぞれ適宜離間して一対の第二半導体領域２２−１，
２２−２が設けられ、この中に、それぞれ第三半導体領
域２３−１，２３−２が形成されるようにし、それら一
対の第二半導体領域２２−１，２２−２と各対応する第
三半導体領域２３−１，２３−２とに共通にオーミック
接触する第二オーミック電極をそれぞれのために一つづ
つ（３２−１，３２−２）設け、それら各々に第二デバ
イス端子Ｔ２−１　，Ｔ２−２　を設ければ、当該二つ
ある第二オーミック電極Ｔ２−１　，Ｔ２−２の各々と
、第四半導体領域２４にオーミック接触する第一オーミ
ック電極３１ないし第一デバイス端子Ｔ１　との間で、
すでに説明したメカニズムにより、定められた極性のサ
ージに関してはその吸収を行なうことができる。したが
って、このような構造をさらに複数個、第一半導体領域
２４の一主面上に横方向に適宜離間させながら、また、
必要に応じ既述の素子間分離領域等を形成しながら設け
ることもできる。もちろん、各第二オーミック電極３２
−１，３２−２は、それぞれ第四半導体領域２４を向い
た方向においては、第三半導体領域２３−１，２３−２
の表面上にてオーミック接触する縁部Ｐｉ　，Ｐｉに留
まり、第二、第三半導体領域２２，２３間の境界を越え
てまで、第二半導体領域２２−１，２２−２の表面に接
触する部分は有していない。また、第四半導体領域中に
仮想線２４−１，２４−２で示されているように、第四
半導体領域２４も一対あって、それらが共通に第一オー
ミック電極３１に接続されていても良い。この場合には
、片方の第四半導体領域２４−１が、図中でその左方に
ある第二半導体領域２２−１と第三半導体領域２３−１
とに対して組をなし、他方の第四半導体領域２４−２が
、図中でその右方にある第二半導体領域２２−２と第三
半導体領域２３−２とに対して組をなす。そして、それ
ら一対の第四半導体領域２４−１，２４−２の間におい
ては、第一オーミック電極３１が直接に第一半導体領域
２１の主面にオーミック接触していても良く、そうであ
れば、先に図１３に示した従来例の説明の項で述べたよ
うに、既存の手法の一つとして、「小さなサージ」に応
答させないための手段が併用されることになる。もちろ
ん、本発明でも既述の通り、この「小さなサージ」に対
する誤応答の問題は解決されるから、上記のように第一
半導体領域２１に対するオーミック接触の必要がなけれ
ば、一対の第四半導体領域２４−１，２４−２の間は、
第一半導体領域２１の主面上に形成された絶縁膜の上を
第一オーミック電極３１が渡し越すようになっていて良
い。

【００６３】図８は、第一半導体領域２１の主面に、第
四半導体領域２４と第五半導体領域２５との組と、第二
半導体領域２２と第三半導体領域２３の組とを、それぞ
れ複数個、ｘ方向に沿い交互に設けたもので、それら各
組の第四半導体領域２４中の第五半導体領域２５は離間
した一対の領域から構成され、また、各組の第二半導体
領域２２中の第三半導体領域２３も離間した一対の領域
から構成されている。その上で、第二のデバイス端子Ｔ
２　は、第二半導体領域２２と一対の第三半導体領域２
３，２３から成る各組においてそれら第二半導体領域２
２と該一対の第三半導体領域２３，２３とに共通にオー
ミック接触する第二オーミック電極３２の各々に対し、
それらの全てに共通に接続し、また、第一のデバイス端
子Ｔ１　は、各第四半導体領域２４と一対の第五半導体
領域２５，２５から成る各組においてそれら第四半導体
領域２４と該一対の第五半導体領域２５，２５とに共通
にオーミック接触する第一のオーミック電極３１の各々
に対し、それらの全てに共通に接続している。こうなっ
ていると、双極性のサージを吸収でき、かつ、並列効果
により、大電流のサージを吸収することができる。すな
わち、隣接し合う第二半導体領域２２と第四半導体領域
２４を考えた場合、それら各領域２２，２４の中の一対
の第三半導体領域２３，２３と第五半導体領域２５，２
５の中で、隣接し合うもの同志が、図４に基本構成を示
した双極性サージ吸収用の本発明デバイスにおける構成
とほぼ同様の構成を提供する。他方の第三半導体領域２
３や第五半導体領域２５は、逆隣りに隣接する第四半導
体領域２４や第二半導体領域２２と組をなして図４に示
される構成と同様の構成を構築する。したがって、第一
、第二のオーミック電極３１，３２を全体として見ると
、図示断面をｘ方向に沿った断面とするならば、当該ｘ
方向の等しく両側において、符号Ｐｉ　，Ｐｉ　にて示
されているように、第二半導体領域２２と第三半導体領
域２３の境界を越えて第二半導体領域２２の表面に接触
したり、また、第四半導体領域２４と第五半導体領域２
５の境界を越えて第四半導体領域２４の表面に接触する
ようなことはなく、一対の第三半導体領域２３，２３の
間及び一対の第五半導体領域２５，２５の間にてのみ、
第二半導体領域２２及び第四半導体領域２４の表面にオ
ーミック接触している。これはあたかも、図４に示され
ている基本構成を左右逆にして二つ用い、かつ、これに
より向かい合いになった第二半導体領域２２または第四
半導体領域２４を近付け、共通の領域として横方向に連
結した場合に相当する。換言すれば、この図８に示され
る構造では中央に示されているオーミック接触部分ＰＯ
　が、図４に示されていた単位のサージ防護デバイス構
造においての当該部分ＰＯ　に相当する。したがって、
先の（１）　〜（１３）式を利用して、「小さなサージ
」に対する誤応答の問題やブレーク・オーバ電流ＶＢＯ
、保持電流、サージ耐量等についての望ましい結果を得
るために本発明に従う場合には、寸法パラメータについ
ては、図８に併示されているように、第三半導体領域２
３または第五半導体領域２５の一つ分に関してのみ、ｘ
方向寸法ｘＥ　を考え、同様に、第二半導体領域２２や
第四半導体領域２４のｘ方向寸法についても、図示され
ている半分の寸法を先のｘ方向寸法ｘＢ　とすることに
なる。

【００６４】同様に、第二半導体領域２２中に一対の第
三半導体領域２３，２３を設けた組と第四半導体領域２
４中に一対の第五半導体領域２５，２５を設けた組を複
数組づつ第一半導体領域２１の一主面上に適宜間隔を置
いて交互に配するにしても、図９に示されているように
、例えばこれらを二組づつ用い、二つの第四半導体領域
２４と各一対の第五半導体領域２５，２５にオーミック
接触する計二つの第一のデバイス端子Ｔ１　，Ｔ１　の
中、それら各組の上記並設方向で中側に位置する組の第
四半導体領域２４と一対の第五半導体領域２５，２５と
にオーミック接触した第一デバイス端子Ｔ１　を独立の
端子ＴＡ　として取出し、また、二つの第二半導体領域
２４と各一対の第三半導体領域２３，２３に接触する計
二つの第二デバイス端子Ｔ２　，Ｔ２　の中、これも同
様に各組の上記並設方向で中側に位置する組の第二半導
体領域２２と一対の第三半導体領域２３，２３にオーミ
ック接触する第二デバイス端子Ｔ２　を独立の端子ＴＢ
　として取出す一方で、当該並設方向でそれぞれ外側に
位置することになった残りの第一デバイス端子Ｔ１　と
第二デバイス端子Ｔ２　とを共通接続し、新たに第三の
端子ＴＣ　として取出せば、この種の分野で良く見られ
るように、デルタ結線回路として、代表的には一通信回
線分を任せ得る三端子型のサージ防護装置を構築するこ
とができる。すなわち、一通信回線を構成する一対の線
路の各々と接地の間に印加される、いわゆるコモン・モ
ード・サージと、一対の線路間に印加される、いわゆる
ノーマル・モード・サージの双方に対し、等しく防御を
計り得る装置を得ることができる。これがもし、双極性
サージ吸収可能ではあるが基本的な二端子型のサージ防
護デバイスによってのみ、同様の目的を果たそうとした
ならば、そのような素子が三つ、必要になる。ただし、
このようなデルタ結線回路として使用される場合には、
第四半導体領域２４と一対の第五半導体領域２５，２５
とによる各組、及び上記第二半導体領域２２と上記一対
の第三半導体領域２３，２３とによる各組の中、並設方
向で外側に位置する組においては、一対の第五半導体領
域２５，２５及び一対の第三半導体領域２３，２３を用
いるのに代え、それぞれ一つづつの第五半導体領域２５
と第三半導体領域２３を用いることができる。省略可能
な第三半導体領域及び第五半導体領域には、同図中、仮
想線の符号２３’または２５’を付した。

【００６５】

【発明の効果】本発明によれば、片極性サージ吸収用と
しても双極性サージ吸収用としても、共に適当なるサー
ジ防護デバイスを提供することができ、特に、降伏メカ
ニズムが開始してからブレーク・オーバに至るまでの素
子電流の電流経路を制御ないし確定できる結果、ブレー
ク・オーバ電流や保持電流の制御性、安定性に関して良
好な結果が得られ、サージ耐量も向上する。また、本発
明の一つの態様によれば、電圧の尖頭値は小さくてもそ
の電圧の時間微分値が大きかったがために従来構造では
ブレーク・オーバしてしまっていたような誤応答を効果
的に防ぐことができる。これに関し、従来構造において
そうした「小さなサージ」に対する対策として示された
中に認められるような、降伏動作側とは対向する領域側
にあって第一半導体領域に対してオーミック接触するよ
うな電極構造も、本発明では必須とはしないから、吸収
対象のサージとは逆極性の電圧に関してデバイスとして
の逆耐圧を確保することもできる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に従って構成された片極性サージ吸収用
としてのサージ防護デバイスの原理構造ないしは基本的
実施例の概略構成図である。

【図２】第三半導体領域が種々の平面形状を採る場合の
オーミック電極の付し方の説明図である。

【図３】片極性サージ吸収用として構成された本発明の
サージ防護デバイスでの第二半導体領域中に占める第三
半導体領域の面積比とサージ耐量との関係の傾向と、双
極性サージ吸収用として構成された本発明のサージ防護
デバイスでの第四半導体領域の有効残存面積比とサージ
耐量との関係、及び片極性サージ吸収用のサージ防護デ
バイスに対するサージ耐量の関係の傾向を示す説明図で
ある。

【図４】本発明に従って構成された双極性サージ吸収用
としてのサージ防護デバイスの原理構造ないしは基本的
実施例の概略構成図である。

【図５】第三半導体領域や第五半導体領域が平面的に見
ると枠形状を採る場合の説明図である。

【図６】片極性サージ吸収用として構成された本発明の
基本的な実施例構成に基づき、大電流吸収に適した構造
に改変した実施例の概略構成図である。

【図７】片極性サージ吸収用として構成された本発明の
基本的な実施例構成に基づき改変されたさらに他の実施
例の概略構成図である。

【図８】双極性サージ吸収用として構成された本発明の
基本的実施例に基づき並列構成の一例として改変された
実施例の概略構成図である。

【図９】いわゆるデルタ結線回路としてのサージ防護に
適した構成を持つ本発明実施例の概略構成図である。

【図１０】片極性サージ吸収用として構成された従来の
サージ防護デバイスの原理的な構成図である。

【図１１】従来のサージ防護デバイスのサージ吸収に関
する特性図である。

【図１２】従来のサージ防護デバイスにおいて発生して
いた問題点を説明するための説明図である。

【図１３】従来において小さなサージに対する誤応答を
防ぐために施された工夫を有するサージ防護デバイスの
概略構成図である。

【符号の説明】

２０　　本発明サージ防護デバイス２１　　第一半導体領域２２　　第二半導体領域２３　　第三半導体領域２４　　第四半導体領域２５　　第五半導体領域３１　　第一オーミック電極３２　　第二オーミック電極３３　　フィールド・プレート３４　　フィールド・プレート５１　　絶縁膜６１　　ガード・リング６２　　ガード・リングＴ１　　　第一デバイス端子Ｔ２　　　第二デバイス端子Ｐｉ　　　第三半導体領域または第五半導体領域の表面
上に留まったオーミック接触の縁部分ｆＨ　　　正孔流

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】　　第一半導体領域の一方の主面側に設け
られ、該第一半導体領域の導電型とは逆導電型で該第一
半導体領域との間でｐｎ接合を形成する第二の半導体領
域と，上記第一半導体領域とは対向する側から上記第二
半導体領域に接触し、該第二半導体領域に対し該第二半
導体領域にとっての少数キャリアを注入することができ
、少なくともその面内一方向に沿う一断面においては一
つ以上の数Ｎ個から成る第三領域と，上記第一半導体領
域の上記一方の主面側にあって互いに直交する該主面の
面内ｘ，ｙ両方向の中、該ｘ方向に沿って上記第二半導
体領域に対し離間した位置に設けられ、該第一半導体領
域に対して該第一半導体領域にとっての少数キャリアを
注入し得る第四領域とを有し，該第四領域にオーミック
接触すると共に第一のデバイス端子に接続した第一のオ
ーミック電極と、上記第二半導体領域と上記第三領域と
に共通にオーミック接触すると共に第二のデバイス端子
に接続した第二のオーミック電極との間に、上記ｐｎ接
合を逆バイアスする極性で降伏電圧以上の電圧のサージ
が印加されると降伏し、該第一、第二デバイス端子間に
てサージ電流を吸収し始めると共に、該降伏後、上記第
四領域から上記第一半導体領域への上記少数キャリアの
注入と、上記第三領域から上記第二半導体領域に対する
上記少数キャリアの注入との相乗効果により、上記吸収
し始めたサージ電流の大きさがブレーク・オーバ電流以
上になると正帰還現象を介してブレーク・オーバし、上
記第一、第二デバイス端子間を絶対値において相対的に
低電圧のクランプ電圧に移行させながらサージ電流を吸
収し続ける二端子ブレーク・オーバ型のサージ防護デバ
イスであって；上記第二半導体領域と上記第三領域とに
共通にオーミック接触する上記第二のオーミック電極は
、該第三領域の周縁部において上記ｘ方向に見て上記第
四領域を向いた縁部の中、少なくとも該第四領域に最も
近い縁部を越えて該第二半導体領域の表面に接触する部
分を有さないこと；を特徴とするサージ防護デバイス。
【請求項２】　　請求項１に記載のデバイスであって；
ρＢ　を上記第一、第三領域間の部分における第二半導
体領域のシート抵抗，Ｖｆ　を上記第三領域を順バイア
スする電圧，ＣＯ　を上記ｐｎ接合の単位面積当たりの
接合容量，ｄＶ／ｄｔをそれ以上には応答させたくない
サージの立ち上がりの鋭さ，として、上記第三領域の上
記ｘ方向寸法ｘＥ　が、【数１】に基づいて規定されていること；を特徴とするデバイス
。
【請求項３】　　請求項２に記載のデバイスであって；
上記第三領域の上記ｘ方向寸法ｘＥ　は、上記ブレーク
・オーバした状態を維持し得る範囲で許容し得る最大保
持電流値ＩＨｍａｘに対し、ＳＢ　を上記第二半導体領
域の面積として、【数２】なる関係も満たしていること；を特徴とするデバイス。
【請求項４】　　請求項２または３に記載のデバイスで
あって；上記第三領域の上記ｘ方向寸法ｘＥ　は、上記
ブレーク・オーバした状態を維持するに必要な最小の保
持電流値ＩＨｍｉｎに対し、ＳＢ　を上記第二半導体領
域の面積として、【数３】なる関係も満たしていること；を特徴とするデバイス。
【請求項５】　　請求項２，３または４に記載のデバイ
スであって；上記第四領域から注入された少数キャリア
の中、上記第二半導体領域に到達する量比βに応じ、上
記式（１）【数４】に代えて、上記第三領域ｘ方向寸法ｘＥ　が、【数５】に基づいて規定されていること；を特徴とするデバイス
。
【請求項６】　　請求項２，３，４または５に記載のデ
バイスであって；上記第三領域は短辺と長辺を有する矩
形またはほぼ矩形の平面形状を有し；上記ｘ方向寸法ｘ
Ｅ　は上記短辺方向の寸法であって；上記第二オーミッ
ク電極は、該矩形の第三領域の一対の上記長辺の中、少
なくとも上記ｘ方向に見て上記第四領域に近い方の長辺
を越えて上記第二半導体領域の表面上に接触する部分を
有さないこと；を特徴とするデバイス。
【請求項７】　　請求項２，３，４または５に記載のデ
バイスであって；上記第三領域は円形またはほぼ円形の
形状を有し；上記ｘ方向寸法ｘＥ　は該円形またはほぼ
円形の第三領域の直径またはほぼ直径の寸法であって；
上記第二オーミック電極は、該ｘ方向と直交し、該円形
またはほぼ円形の第三領域の中心またはほぼ中心を通る
上記ｙ方向の直線で二分した一対の半円またはほぼ半円
の中、上記ｘ方向に見て上記第四領域に近い側の半円の
周縁を越えて上記第二半導体領域の表面に接触する部分
を有さないこと；を特徴とするデバイス。
【請求項８】　　請求項２，３，４または５に記載のデ
バイスであって；上記第三領域は正多角形またはほぼ正
多角形であり；上記ｘ方向寸法ｘＥ　は該正多角形また
はほぼ正多角形の第三領域の中心またはほぼ中心を通る
幅寸法であって；上記第二オーミック電極は、該ｘ方向
と直交し、該正多角形またはほぼ正多角形の第三領域の
上記中心またはほぼ中心を通る上記ｙ方向の直線で二分
した面積部分の中、上記ｘ方向に見て上記第四領域に近
い側の面積部分の周縁を越えて上記第二半導体領域の表
面に接触する部分を有さず、かつ、該ｘ方向に見て上記
第四領域に遠い側の面積部分にあっても上記第四領域に
向いた縁部を越えて該第二半導体領域の表面に接触する
部分を有さないこと；を特徴とするデバイス。
【請求項９】　　請求項２，３，４または５に記載のデ
バイスであって；上記第三領域は上記ｘ方向に沿う一断
面において少なくとも二つの離間した領域から構成され
；該少なくとも二つの離間した領域は、該ｘ方向と直交
する方向におけるそれらの端部相互で接続しており；上
記第二オーミック電極は、上記少なくとも二つの離間し
た第三領域の中、上記第四領域に近い方の第三領域の周
縁部において該第四領域を向いた縁部を越えて該第二半
導体領域の表面に接触する部分を有さないこと；を特徴
とするデバイス。
【請求項１０】　　請求項９に記載のデバイスであって
；上記第三領域が、上記ｘ方向に沿う一断面において少
なくとも二つの離間した領域から構成されているのに代
え、該少なくとも二つの離間した領域の中、上記第四領
域に対して最も近い側を除く他の領域は、上記第二オー
ミック電極の上記ｘ方向に直交する方向の端部に対して
の電流の回り込みや該端部からの電流の流出を防ぐため
の防護領域となっていること；を特徴とするデバイス。
【請求項１１】　　請求項１，２，３，４，５，６，７
，８，９または１０に記載のデバイスであって；上記第
一半導体領域の上記一方の主面には、上記第四領域の両
側に上記ｘ方向に沿いそれぞれ離間して、上記第二半導
体領域と上記第三領域の組が一つづつ、計一対設けられ
た部分が少なくとも一個所以上あり；上記第二のデバイ
ス端子は、上記第二半導体領域と上記第三領域の各組に
おいて各第二半導体領域と第三領域とに共通にオーミッ
ク接触する各第二オーミック電極の全てに共通に接続し
ていること；を特徴とするデバイス。
【請求項１２】　　請求項１，２，３，４，５，６，７
，８，９または１０に記載のデバイスであって；上記第
一半導体領域の上記一方の主面には、複数の上記第四領
域と、複数の上記第二半導体領域と上記第三領域の組と
が、上記ｘ方向に沿い交互に設けられた部分が少なくと
も一個所以上あり；上記第二のデバイス端子は、上記第
二半導体領域と上記第三領域の各組において各第二半導
体領域と第三領域とに共通にオーミック接触する各第二
オーミック電極の全てに共通に接続し；上記第一のデバ
イス端子は、上記各第四領域にオーミック接触する各第
一オーミック電極の全てに共通に接続していること；を
特徴とするデバイス。
【請求項１３】　　第一半導体領域の一方の主面側に設
けられ、該第一半導体領域の導電型とは逆導電型で該第
一半導体領域との間で第一のｐｎ接合を形成する第二の
半導体領域と，上記第一半導体領域とは対向する側から
上記第二半導体領域に接触し、該第二半導体領域に対し
該第二半導体領域にとっての少数キャリアを注入するこ
とができ、少なくともその面内一方向に沿う一断面にお
いては一つ以上の数Ｎ個から成る第三領域と，上記第一
半導体領域の上記一方の主面側にあって互いに直交する
該主面の面内ｘ，ｙ両方向の中、該ｘ方向に沿って上記
第二半導体領域に対し離間した位置に設けられ、該第一
半導体領域の導電型とは逆導電型で該第一半導体領域と
の間で第二のｐｎ接合を形成する第四の半導体領域と，
上記第一半導体領域とは対向する側から上記第四半導体
領域に接触し、該第四半導体領域に対し該第四半導体領
域にとっての少数キャリアを注入することができ、少な
くとも上記面内一方向に沿う上記一断面においては一つ
以上の数Ｍ個から成る第五領域とを有し，上記第四半導
体領域と上記第五領域とに共通にオーミック接触すると
共に第一のデバイス端子に接続した第一のオーミック電
極と、上記第二半導体領域と上記第三領域とに共通にオ
ーミック接触すると共に第二のデバイス端子に接続した
第二のオーミック電極との間に、上記第一または上記第
二ｐｎ接合を逆バイアスする極性で降伏電圧以上の電圧
のサージが印加されると降伏し、上記第一、第二のデバ
イス端子間にてサージ電流を吸収し始め、該降伏後、上
記第四半導体領域から上記第一半導体領域への上記少数
キャリアの注入と、上記第三領域から上記第二半導体領
域に対する上記少数キャリアの注入との相乗効果、また
は上記第二半導体領域から上記第一半導体領域への上記
少数キャリアの注入と、上記第五領域から上記第四半導
体領域に対する上記少数キャリアの注入との相乗効果に
より、上記吸収し始めたサージ電流の大きさがブレーク
・オーバ電流以上になると正帰還現象を介してブレーク
・オーバし、上記一対のデバイス端子間を絶対値におい
て相対的に低電圧のクランプ電圧に移行させながらサー
ジ電流を吸収し続ける双極性サージ吸収用二端子ブレー
ク・オーバ型のサージ防護デバイスであって；上記第二
半導体領域と上記第三領域とに共通にオーミック接触す
る上記第二のオーミック電極は、該第三領域の周縁部に
おいて上記ｘ方向に見て上記第四半導体領域を向いた縁
部の中、少なくとも該第四半導体領域に最も近い縁部を
越えて該第二半導体領域の表面に接触する部分を有さず
；上記第四半導体領域と上記第五領域とに共通にオーミ
ック接触する上記第一のオーミック電極は、該第五領域
の周縁部において上記ｘ方向に見て上記第二半導体領域
を向いた縁部の中、少なくとも該第二半導体領域に最も
近い縁部を越えて該第四半導体領域の表面に接触する部
分を有さないこと；を特徴とするサージ防護デバイス。
【請求項１４】　　請求項１３に記載のデバイスであっ
て；ρＢ　を上記第一、第三領域間の部分における第二
半導体領域のシート抵抗または上記第一、第五領域間の
部分における第四半導体領域のシート抵抗，Ｖｆ　を上
記第三領域を順バイアスする電圧または第五領域を順バ
イアスする電圧，ＣＯ　を上記第一のｐｎ接合の単位面
積当たりの接合容量または上記第二のｐｎ接合の単位面
積当たりの接合容量，ｄＶ／ｄｔをそれ以上には応答さ
せたくないサージの立ち上がりの鋭さ，として、上記第
三領域または上記第五領域の上記ｘ方向寸法ｘＥ　が、
【数６】に基づいて規定されていること；を特徴とするデバイス
。
【請求項１５】　　請求項１４に記載のデバイスであっ
て；上記第三領域または第五領域の上記ｘ方向寸法ｘＥ
　は、上記ブレーク・オーバした状態を維持し得る範囲
で許容し得る最大保持電流値ＩＨｍａｘに対し、ＳＢ　
を上記第二半導体領域の面積または上記第四半導体領域
の面積として、【数７】なる関係も満たしていること；を特徴とするデバイス。
【請求項１６】　　請求項１４または１５に記載のデバ
イスであって；上記第三領域または第五領域の上記ｘ方
向寸法ｘＥ　は、上記ブレーク・オーバした状態を維持
するに必要な最小の保持電流値ＩＨｍｉｎに対し、ＳＢ
　を上記第二半導体領域の面積または上記第四半導体領
域の面積として、【数８】なる関係も満たしていること；を特徴とするデバイス。
【請求項１７】　　請求項１４，１５または１６に記載
のデバイスであって；上記第四半導体領域から注入され
た少数キャリアの中、第二半導体領域に到達する量比β
または上記第二半導体領域から注入された少数キャリア
の中、第四半導体領域に到達する量比βに応じ、上記式
（６）【数９】に代えて、上記第三領域または第五領域の上記ｘ方向寸
法ｘＥ　が、【数１０】に基づいて規定されていること；を特徴とするデバイス
。
【請求項１８】　　請求項１４，１５，１６または１７
に記載のデバイスであって；上記数Ｎと数Ｍは共に等し
く、上記第二半導体領域と上記第四半導体領域の各形状
及び上記面積ＳＢ　も共に同じであって、上記第三領域
と上記第五領域の上記ｘ方向寸法ｘＥ　同志及び上記ｙ
方向寸法ｙＥ　同志も共に同じ寸法であること；を特徴
とするデバイス。
【請求項１９】　　請求項１４，１５，１６，１７また
は１８に記載のデバイスであって；上記第三領域または
上記第五領域は短辺と長辺を有する矩形またはほぼ矩形
の平面形状を有し；上記ｘ方向寸法ｘＥ　は上記短辺方
向の寸法であって；上記第二オーミック電極は、該矩形
の第三領域の一対の上記長辺の中、少なくとも上記ｘ方
向に見て上記第四半導体領域に近い側の長辺を越えて上
記第二半導体領域の表面上に接触する部分を有さず；上
記第一オーミック電極は、該矩形の第五領域の一対の上
記長辺の中、少なくとも上記ｘ方向に見て上記第二半導
体領域に近い側の長辺を越えて上記第四半導体領域の表
面上に接触する部分を有さないこと；を特徴とするデバ
イス。
【請求項２０】　　請求項１４，１５，１６，１７また
は１８に記載のデバイスであって；上記第三領域または
上記第五領域は円形またはほぼ円形の形状を有し；上記
ｘ方向寸法ｘＥ　は該円形またはほぼ円形の第三領域ま
たは第五領域の直径またはほぼ直径の寸法であって；上
記第二オーミック電極は、該ｘ方向と直交し、該円形ま
たはほぼ円形の第三領域の中心またはほぼ中心を通る上
記ｙ方向の直線で二分した一対の半円またはほぼ半円の
中、上記ｘ方向に見て上記第四半導体領域に近い側の半
円の周縁を越えて上記第二半導体領域の表面に接触する
部分を有さず；上記第一オーミック電極は、該ｘ方向と
直交し、該円形またはほぼ円形の第五領域の中心または
ほぼ中心を通る上記ｙ方向の直線で二分した一対の半円
またはほぼ半円の中、上記ｘ方向に見て上記第二半導体
領域に近い側の半円の周縁を越えて上記第四半導体領域
の表面に接触する部分を有さないこと；を特徴とするデ
バイス。
【請求項２１】　　請求項１４，１５，１６，１７また
は１８に記載のデバイスであって；上記第三領域または
上記第五領域は正多角形またはほぼ正多角形であり；上
記ｘ方向寸法ｘＥ　は該正多角形またはほぼ正多角形の
第三領域または第五領域の中心またはほぼ中心を通る幅
寸法であって；上記第二オーミック電極は、該ｘ方向と
直交し、該正多角形またはほぼ正多角形の第三領域の上
記中心またはほぼ中心を通る上記ｙ方向の直線で二分し
た面積部分の中、上記ｘ方向に見て上記第四半導体領域
に近い側の面積部分の周縁を越えて上記第二半導体領域
の表面に接触する部分を有さず、かつ、該ｘ方向に見て
該第四半導体領域に遠い側の面積部分にあっても該第四
半導体領域に向いた縁部を越えて該第二半導体領域の表
面に接触する部分を有さず；上記第一オーミック電極は
、該ｘ方向と直交し、該正多角形またはほぼ正多角形の
第五領域の上記中心またはほぼ中心を通る上記ｙ方向の
直線で二分した面積部分の中、上記ｘ方向に見て上記第
二半導体領域に近い側の面積部分の周縁を越えて上記第
四半導体領域の表面に接触する部分を有さず、かつ、該
ｘ方向に見て該第二半導体領域に遠い側の面積部分にあ
っても該第二半導体領域に向いた縁部を越えて該第四半
導体領域の表面に接触する部分を有さないこと；を特徴
とするデバイス。
【請求項２２】　　請求項１４，１５，１６，１７また
は１８に記載のデバイスであって；上記第三領域は上記
ｘ方向に沿う一断面において少なくとも二つの離間した
領域から構成され、該少なくとも二つの離間した領域は
、該ｘ方向と直交する方向におけるそれらの端部相互で
接続しており；上記第二オーミック電極は、上記少なく
とも二つの離間した第三領域の中、上記第四半導体領域
に近い方の第三領域の周縁部において該第四半導体領域
を向いた縁部を越えて該第二半導体領域の表面に接触す
る部分を有さないと共に；上記第五領域は上記ｘ方向に
沿う一断面において少なくとも二つの離間した領域から
構成され、該少なくとも二つの離間した領域は、該ｘ方
向と直交する方向におけるそれらの端部相互で接続して
おり；上記第一オーミック電極は、上記少なくとも二つ
の離間した第五領域の中、上記第二半導体領域に近い方
の第五領域の周縁部において該第二半導体領域を向いた
縁部を越えて該第四半導体領域の表面に接触する部分を
有さないこと；を特徴とするデバイス。
【請求項２３】　　請求項２２に記載のデバイスであっ
て；上記第三領域が、上記ｘ方向に沿う一断面において
少なくとも二つの離間した領域から構成されているのに
代え、該少なくとも二つの離間した領域の中、上記第四
半導体領域に対して最も近い側を除く他の領域は、上記
第二オーミック電極の上記ｘ方向に直交する方向の端部
に対しての電流の回り込みや該端部からの電流の流出を
防ぐための防護領域となっていると共に；上記第三領域
も、上記ｘ方向に沿う一断面において少なくとも二つの
離間した領域から構成されているのに代え、該少なくと
も二つの離間した領域の中、上記第四半導体領域に対し
て最も近い側を除く他の領域は、上記第一オーミック電
極の上記ｘ方向に直交する方向の端部に対しての電流の
回り込みや該端部からの電流の流出を防ぐための防護領
域となっていること；を特徴とするデバイス。
【請求項２４】　　請求項１３，１４，１５，１６，１
７，１８，１９，２０，２１，２２または２３に記載の
デバイスであって；上記第一半導体領域の上記一方の主
面には、上記第四半導体領域と上記第五領域との組と、
上記第二半導体領域と上記第三領域の組とが、それぞれ
複数個、上記ｘ方向に沿い交互に設けられた部分が少な
くとも一個所以上あり；該各組の第四半導体領域中の第
五領域は、少なくとも上記面内一方向に沿う一断面にお
いては離間した二つの領域から構成され；該各組の第二
半導体領域中の第三領域も、少なくとも上記面内一方向
に沿う一断面においては離間した二つの領域から構成さ
れている共に；上記第二のデバイス端子は、上記第二半
導体領域と上記一対の第三領域から成る各組において該
第二半導体領域と該一対の第三領域とに共通にオーミッ
ク接触する第二オーミック電極の各々に対し、それらの
全てに共通に接続し；上記第一のデバイス端子は、上記
各第四半導体領域と上記一対の第五領域から成る各組に
おいて該第四半導体領域と該一対の第五領域とに共通に
オーミック接触する第一オーミック電極の各々に対し、
それらの全てに共通に接続していること；を特徴とする
デバイス。
【請求項２５】　　請求項２４に記載のデバイスであっ
て；上記第四半導体領域と第五領域の組、及び上記第二
半導体領域と第三領域の組は、それぞれ二組づつ用いら
れ、それらの一組づつが交互に上記第一半導体領域の上
記一方の主面上に並設されると共に；上記第一のデバイ
ス端子は、上記各第四半導体領域と上記一対の第五領域
から成る各組において該第四半導体領域と該一対の第五
領域とに共通にオーミック接触する第一オーミック電極
の各々に対し、上記それらの全てに共通に接続するのに
代え、上記並設方向で中側に位置する組の該第四半導体
領域と該一対の第五領域とに共通にオーミック接触した
第一オーミック電極にのみ接続し；上記第二のデバイス
端子は、上記第二半導体領域と上記一対の第三領域から
成る各組において該第二半導体領域と該一対の第三領域
とに共通にオーミック接触する第二オーミック電極の各
々に対し、上記それらの全てに共通に接続するのに代え
、上記並設方向で中側に位置する組の該第二半導体領域
と該一対の第三領域とに共通にオーミック接触した第二
オーミック電極にのみ接続する一方；新たに第三のデバ
イス端子を設け、上記各第二半導体領域と上記一対の第
三領域から成る各組、及び上記各第四半導体領域と上記
一対の第五領域から成る各組の中、上記並設方向で外側
に位置する組の上記第四半導体領域と一対の第五領域と
に共通にオーミック接触した第一オーミック電極と、上
記第二半導体領域と一対の第三領域とに共通にオーミッ
ク接触した第二オーミック電極とに対し、該第三のデバ
イス端子を共通に接続したこと；を特徴とするデバイス
。
【請求項２６】　　請求項２５に記載のデバイスであっ
て；上記第四半導体領域と上記一対の第五領域とによる
各組、及び上記第二半導体領域と上記一対の第三領域と
による各組の中、上記並設方向で外側に位置する組にお
いては、該一対の第五領域及び該一対の第三領域を用い
るのに代え、それぞれ一つづつの第五領域及び第三領域
を用いること；を特徴とするデバイス。