JPH05145063A - Gate turn-off thyristor - Google Patents

Gate turn-off thyristor

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Publication number
JPH05145063A
JPH05145063A JP33000591A JP33000591A JPH05145063A JP H05145063 A JPH05145063 A JP H05145063A JP 33000591 A JP33000591 A JP 33000591A JP 33000591 A JP33000591 A JP 33000591A JP H05145063 A JPH05145063 A JP H05145063A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
layer
thyristor
emitter
gto
unit
Prior art date
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Pending
Application number
JP33000591A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Choji Shishido
長次 宍戸
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Nihon Inter Electronics Corp
Original Assignee
Nihon Inter Electronics Corp
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Publication date
Application filed by Nihon Inter Electronics Corp filed Critical Nihon Inter Electronics Corp
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Abstract

PURPOSE:To uniformly turn ON an entire GTO thyristor, to eliminate a current concentration to a specific element and to prevent a damage of the element by surrounding a plurality of unit gate turn-off (GTO) thyristors discontinuously with a plurality of small circular unit emitter short-circuiting layers. CONSTITUTION:Unit GTO thyristors are radially formed in a ring state on a semiconductor pellet 1, and a discontinuous and small circular dotlike emitter short-circuiting layer 22 is so disposed outside a projected part of a second emitter layer 11 of a cathode side as to surround the projected part. The GTO thyristor is forwardly biased between its gate and its cathode in the operation, and a hole current flows from a gate electrode 4 to a cathode electrode 3. Then, electrons are emitted from the layer 11 correspondingly, and an electron current Ie flows to an anode electrode 6. Thereafter, a hole current Ih flows from a first emitter layer 7 of an anode side to the electrode 3. This is repeated to turn ON the thyristor.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、ゲートターンオフサイ
リスタ(以下、GTOサイリスタと略記する。)に関す
るものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a gate turn-off thyristor (hereinafter abbreviated as GTO thyristor).

【0002】[0002]

【従来の技術】高耐圧GTOサイリスタとして現在、4
500〜6000Vの素子が製造されており、例えば、
4500Vの素子では空乏層がNベース側に約600μ
mも延びる。そのため、素子の信頼性を考慮すると、N
ベースの幅が800〜900μmも必要となる。Nベー
ス幅が増加すると、定常損失が増加し、大電流、高速化
にとって大きな問題となる。これらの問題を改善するた
めに、Nベース層に高不純物濃度のN型バッファ層を付
加したPIN構造が知られている。この構造を備えた従
来のGTOサイリスタを図4ないし図6に示す。図4は
半導体ペレットを4分割したGTOサイリスタの上面
図、図5は図4のX−X線に沿う断面図、図6は単位G
TOサイリスタの拡大図であり、(A)はそのカソード
側から見た上面図、(B)はその断面図である。
2. Description of the Related Art Currently, there are four high voltage GTO thyristors.
A device of 500 to 6000 V is manufactured, and for example,
In the 4500V element, the depletion layer is about 600μ on the N base side.
m also extends. Therefore, considering the reliability of the element, N
A base width of 800 to 900 μm is also required. As the N base width increases, steady loss increases, which is a big problem for large current and high speed operation. In order to improve these problems, a PIN structure in which an N-type buffer layer having a high impurity concentration is added to the N base layer is known. A conventional GTO thyristor having this structure is shown in FIGS. 4 is a top view of a GTO thyristor obtained by dividing a semiconductor pellet into four parts, FIG. 5 is a sectional view taken along line XX of FIG. 4, and FIG. 6 is a unit G.
It is an enlarged view of a TO thyristor, (A) is the top view seen from the cathode side, (B) is the sectional view.

【0003】これらの図において、半導体ペレット1
に、単位GTOサイリスタが放射状に、かつ、リング状
に形成され、2はそのカソードエミッタセグメントを示
している。3は、このカソードエミッタセグメント2上
に設けられたカソード電極(図5参照)、4は堀込み部
のゲート領域上に設けられたゲート電極、5はゲート・
カソード間を絶縁するための絶縁膜、6は他方の主面上
に設けられたアノード電極、7は第1エミッタ層、8は
N型バッファ層、9は第1ベース層、10は第2ベース
層、11は第2エミッタ層、12は第2エミッタ層11
をアノード側に投影した部分に形成したエミッタ短絡
層、13はN型バッファ層8とアノード電極6間の短絡
抵抗である。
In these figures, the semiconductor pellet 1
In addition, unit GTO thyristors are formed radially and in a ring shape, and 2 indicates its cathode emitter segment. 3 is a cathode electrode provided on the cathode emitter segment 2 (see FIG. 5), 4 is a gate electrode provided on the gate region of the dug portion, and 5 is a gate electrode.
An insulating film for insulating between the cathodes, 6 is an anode electrode provided on the other main surface, 7 is a first emitter layer, 8 is an N-type buffer layer, 9 is a first base layer, and 10 is a second base. Layer, 11 is the second emitter layer, 12 is the second emitter layer 11
Is a short-circuited emitter layer formed on the portion projected to the anode side, and 13 is a short-circuit resistance between the N-type buffer layer 8 and the anode electrode 6.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記のよう
な構造の従来のGTOサイリスタは、N型バッファ層8
が高濃度不純物層により形成されて低抵抗となっている
ので、短絡抵抗13が小さくなり過ぎてしまい、GTO
サイリスタをターンオンさせる場合のゲートトリガ電流
が大きくなる。このため、該ゲートトリガ電流を大きく
しないと、ターンオンさせるための短絡抵抗13による
電圧降下を生じさせることができなくなり、場合によっ
ては、GTOサイリスタをターンオンできなくなった
り、一部の単位GTOサイリスタのみがターンオンし
て、単位GTOサイリスタを破壊させてしまうおそれが
あるという解決すべき課題があった。
By the way, the conventional GTO thyristor having the above structure has the N-type buffer layer 8
Is formed of a high-concentration impurity layer and has a low resistance, the short-circuit resistance 13 becomes too small, and the GTO
The gate trigger current when turning on the thyristor becomes large. Therefore, unless the gate trigger current is increased, a voltage drop due to the short-circuit resistor 13 for turning on cannot be generated, and in some cases, the GTO thyristor cannot be turned on, or only some unit GTO thyristors cannot be turned on. There was a problem to be solved that the unit GTO thyristor may be turned on and destroyed.

【0005】[0005]

【発明の目的】本発明は、上記のような課題を解決する
ためになされたもので、トリガゲート電流を従来よりも
小さくできるエミッタ短絡層とバッファ構造を備えたG
TOサイリスタを提供することを目的とするものであ
る。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above problems, and is provided with a G having an emitter short-circuit layer and a buffer structure capable of making the trigger gate current smaller than in the prior art.
The purpose is to provide a TO thyristor.

【0006】[0006]

【問題点を解決するための手段】本発明のGTOサイリ
スタは、PNIPN構造を備え、かつ、エミッタ短絡層
を備える複数の単位ゲートターンオフサイリスタが、半
導体基板内に並列に配置されたゲートターンオフサイリ
スタにおいて、前記エミッタ短絡層は、複数の単位ゲー
トターンオフサイリスタの周囲を、不連続で、かつ、複
数の小円状の単位エミッタ短絡層で囲む構成としたこと
を特徴とするものである。
A GTO thyristor of the present invention is a gate turn-off thyristor having a PNIPN structure and a plurality of unit gate turn-off thyristors having an emitter shorting layer arranged in parallel in a semiconductor substrate. The emitter shorting layer is characterized in that the periphery of the plurality of unit gate turn-off thyristors is discontinuous and surrounded by a plurality of small circular unit emitter shorting layers.

【0007】[0007]

【作用】本発明のGTOサイリスタは、単位GTOサイ
リスタの周囲をいわゆるドット状の単位エミッタ短絡層
で囲むようにしたので、従来のように第2エミッタ層か
ら電子電流が真下に流れることなく、斜め真下に放射状
に流れる。このため、N型バッファ層とアノード電極間
との短絡抵抗が電子電流の通路が長くなった分だけ大き
くなり、従ってトリガゲート電流を従来よりも小さくし
ても第1エミッタ層からの正孔電流が大きくなりターン
オンし易くなる。
In the GTO thyristor of the present invention, the periphery of the unit GTO thyristor is surrounded by the so-called dot-shaped unit emitter short-circuit layer. Radial flow directly below. Therefore, the short-circuit resistance between the N-type buffer layer and the anode electrode increases as the path of the electron current becomes longer. Therefore, even if the trigger gate current is made smaller than in the conventional case, the hole current from the first emitter layer is increased. Becomes larger and it becomes easier to turn on.

【0008】[0008]

【実施例】以下に、本発明の実施例を図1ないし図3を
参照して詳細に説明する。まず、本発明のGTOサイリ
スタにおけるカソード側の構造は、従来と同様であり、
半導体ペレット1に、単位GTOサイリスタが放射状
で、かつ、リング状に形成され、2はそのカソードエミ
ッタセグメントを示す(図1、図2参照)。また、図3
の各層の符号も従来構造を示す図5の符号と一致させて
ある。本発明の特徴は、アノード側のエミッタ短絡層の
配置にある。即ち、カソード側の第2エミッタ層11を
アノード側に投影した部分の第1エミッタ層7内には、
エミッタ短絡層を設けることなく、図1、あるいは、図
2(A)のように、第2エミッタ層11の投影部分の外
側に、不連続で、かつ、小円状のいわゆるドット状のエ
ミッタ短絡層22を、該投影部分を囲むように配置した
ものである。このドット状のエミッタ短絡層22は、そ
の数を次第に増加していくと、該投影部分を完全にN型
高濃度不純物層で囲むことになってしまう。これでは、
トリガゲート電流が増大し、従来と同様にターンオンし
ない単位GTOサイリスタが出てくる。よって、本発明
では上記投影部分を完全に囲むことなく、不連続に囲む
ことが重要な構成要素となっている。
Embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to FIGS. First, the structure of the cathode side in the GTO thyristor of the present invention is the same as the conventional one,
A unit GTO thyristor is formed in a radial shape and a ring shape on the semiconductor pellet 1, and 2 indicates its cathode emitter segment (see FIGS. 1 and 2). Also, FIG.
The reference numerals of the respective layers are also the same as those of FIG. 5 showing the conventional structure. The feature of the present invention lies in the arrangement of the emitter shorting layer on the anode side. That is, in the portion of the first emitter layer 7 where the second emitter layer 11 on the cathode side is projected on the anode side,
Without providing an emitter short-circuit layer, as shown in FIG. 1 or FIG. 2A, a so-called dot-shaped emitter short circuit, which is discontinuous and small, is formed outside the projected portion of the second emitter layer 11. The layer 22 is arranged so as to surround the projected portion. When the number of the dot-shaped emitter short-circuit layers 22 is gradually increased, the projected portion is completely surrounded by the N-type high-concentration impurity layer. With this,
The trigger gate current increases, and a unit GTO thyristor that does not turn on like the conventional one appears. Therefore, in the present invention, it is an important constituent element that the projection portion is not completely surrounded but is discontinuously surrounded.

【0009】次に、上記GTOサイリスタの動作につ
き、図3を参照して説明する。図において、まず、GT
Oサイリスタをターンオンさせるために、ゲート・カソ
ード間を順バイアスする。すると、ゲート電極4からカ
ソード電極3に向けて正孔電流が流れる。次に、これに
対応して第2エミッタ層11から電子が放出され、矢印
の方向に電子電流Ieがアノード電極6に向かって流れ
る。次に、これに対応してアノード側の第1エミッタ層
7からカソード電極3に向かって矢印の方向に正孔電流
Ihが流れる。この繰り返しによりGTOサイリスタは
ターンオンすることになる。
Next, the operation of the GTO thyristor will be described with reference to FIG. In the figure, first, GT
Forward turn on the gate and cathode to turn on the O thyristor. Then, a hole current flows from the gate electrode 4 toward the cathode electrode 3. Next, correspondingly, electrons are emitted from the second emitter layer 11, and an electron current Ie flows toward the anode electrode 6 in the direction of the arrow. Then, correspondingly, the hole current Ih flows from the first emitter layer 7 on the anode side toward the cathode electrode 3 in the direction of the arrow. By repeating this, the GTO thyristor is turned on.

【0010】ところで、従来のGTOサイリスタの構造
では、第2エミッタ層11をアノード側に投影した部分
内にエミッタ短絡層12が存在していたために、電子電
流Ieは、当該投影部分内のエミッタ短絡層12を介し
てアノード電極6に流れており、このため、正孔電流I
hが有効に放出されず、前記のようにトリガゲート電流
が大きくなっていた。本発明の構造では、エミッタ短絡
層22が第2エミッタ層11のカソード側への投影部分
の外側にドット状に配置されているために、従来のよう
に第2エミッタ層11から電子電流Ieが真下に流れる
ことなく、斜め真下に流れる。このため、N型バッファ
層8とアノード電極6間との短絡抵抗23を電子電流I
eの通路が長くなった分だけ大きくすることができ、従
ってトリガゲート電流を従来よりも小さくしても第1エ
ミッタ層7からの正孔電流Ihが大きくなりターンオン
し易くなる。
By the way, in the structure of the conventional GTO thyristor, since the emitter short-circuit layer 12 exists in the portion where the second emitter layer 11 is projected to the anode side, the electron current Ie is short-circuited in the projection portion. It flows through the layer 12 to the anode electrode 6 and therefore, the hole current I
h was not effectively released, and the trigger gate current was large as described above. In the structure of the present invention, since the emitter short-circuit layer 22 is arranged in a dot shape outside the projected portion of the second emitter layer 11 on the cathode side, the electron current Ie is emitted from the second emitter layer 11 as in the conventional case. It does not flow directly below, but flows diagonally below. For this reason, the short-circuit resistance 23 between the N-type buffer layer 8 and the anode electrode 6 is connected to the electron current I.
The length of the passage of e can be increased as much as possible. Therefore, even if the trigger gate current is made smaller than in the conventional case, the hole current Ih from the first emitter layer 7 becomes large and it becomes easy to turn on.

【0011】次に、上記エミッタ短絡層22の具体的構
成例を図2に示す。カソードエミッタセグメント2の幅
=300μm、長さ=2500μmの第2エミッタ層1
1をアノード側に投影した場合の該投影部分の周囲に、
直径=40μmφのエミッタ短絡層22を12個配置し
た。上記の場合、カソードエミッタセグメント2の1本
当たりのトリガゲート電流は、従来では7mA必要とし
たものが、本発明では1.5mAに改善された。
Next, FIG. 2 shows a specific structural example of the emitter shorting layer 22. Second emitter layer 1 in which cathode emitter segment 2 has width = 300 μm and length = 2500 μm
Around the projected portion when 1 is projected on the anode side,
Twelve emitter short-circuit layers 22 having a diameter of 40 μmφ were arranged. In the above case, the trigger gate current per cathode emitter segment 2 required 7 mA in the conventional case, but was improved to 1.5 mA in the present invention.

【0012】[0012]

【発明の効果】以上のように、本発明によれば、複数の
単位GTOサイリスタの周囲を、不連続で、かつ、複数
の小円状の単位エミッタ短絡層で囲む構成としたので、
トリガゲート電流が小さく、単位GTOサイリスタ全体
を均一にターンオンさせることでき、特定のものへの電
流集中がなく、素子破壊を生じさせないなどの優れた効
果がある。
As described above, according to the present invention, the periphery of the plurality of unit GTO thyristors is discontinuous and surrounded by the plurality of small circular unit emitter short-circuit layers.
The trigger gate current is small, the entire unit GTO thyristor can be turned on uniformly, there is no current concentration on a specific object, and there is an excellent effect that element breakdown does not occur.

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

【図1】半導体ペレットを4分割した本発明のGTOサ
イリスタのカソード側から見た上面図である。
FIG. 1 is a top view of a GTO thyristor of the present invention in which a semiconductor pellet is divided into four parts, as viewed from the cathode side.

【図2】本発明のGTOサイリスタにおける単位GTO
サイリスタの拡大図であり、(A)はその上面図、
(B)はそのY−Y線の沿う断面図である。
FIG. 2 is a unit GTO in the GTO thyristor of the present invention.
It is an enlarged view of a thyristor, (A) is the top view,
(B) is a sectional view taken along the line YY.

【図3】本発明のGTOサイリスタの構造を示す断面図
である。
FIG. 3 is a sectional view showing a structure of a GTO thyristor of the present invention.

【図4】半導体ペレットを4分割した従来のGTOサイ
リスタのカソード側から見た上面図である。
FIG. 4 is a top view of a conventional GTO thyristor in which a semiconductor pellet is divided into four, viewed from the cathode side.

【図5】従来のGTOサイリスタの構造を示す図4にお
けるX−X線に沿う断面図である。
5 is a cross-sectional view taken along line XX in FIG. 4 showing the structure of a conventional GTO thyristor.

【図6】従来のGTOサイリスタにおける単位GTOサ
イリスタの拡大図であり、(A)はその上面図、(B)
はそのZ−Z線の沿う断面図である。
6A and 6B are enlarged views of a unit GTO thyristor in a conventional GTO thyristor, FIG. 6A being a top view thereof, and FIG.
Is a sectional view taken along the line ZZ.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 半導体ペレット 2 カソードエミッタセグメント 3 カソード電極 4 ゲート電極 5 絶縁膜 6 アノード電極 7 第1エミッタ層 8 N型バッファ層 9 第1ベース層 10 第2ベース層 11 第2エミッタ層 22 エミッタ短絡層 23 短絡抵抗 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Semiconductor pellet 2 Cathode emitter segment 3 Cathode electrode 4 Gate electrode 5 Insulating film 6 Anode electrode 7 First emitter layer 8 N-type buffer layer 9 First base layer 10 Second base layer 11 Second emitter layer 22 Emitter short-circuit layer 23 Short circuit resistance

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 PNIPN構造を備え、かつ、エミッタ
短絡層を備える複数の単位ゲートターンオフサイリスタ
が、半導体基板内に並列に配置されたゲートターンオフ
サイリスタにおいて、前記エミッタ短絡層は、複数の単
位ゲートターンオフサイリスタの周囲を、不連続で、か
つ、複数の小円状の単位エミッタ短絡層で囲む構成とし
たことを特徴とするゲートターンオフサイリスタ。
1. A gate turn-off thyristor having a PNIPN structure and having a plurality of unit gate turn-off thyristors provided in parallel in a semiconductor substrate, wherein the emitter short-circuit layer has a plurality of unit gate turn-offs. A gate turn-off thyristor characterized in that the thyristor is surrounded by a plurality of small circular unit emitter short-circuit layers around the thyristor.
JP33000591A 1991-11-19 1991-11-19 Gate turn-off thyristor Pending JPH05145063A (en)

Priority Applications (1)

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JP33000591A JPH05145063A (en) 1991-11-19 1991-11-19 Gate turn-off thyristor

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2013534051A (en) * 2010-06-21 2013-08-29 アーベーベー・テヒノロギー・アーゲー Phase-controlled thyristor with improved pattern of local emitter short-circuited dots
CN103887329A (en) * 2014-03-10 2014-06-25 沈阳通美电器有限公司 IGCT deep gate pole structure

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