JPH06103744B2 - Optical trigger thyristor - Google Patents

Optical trigger thyristor

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JPH06103744B2
JPH06103744B2 JP3148089A JP14808991A JPH06103744B2 JP H06103744 B2 JPH06103744 B2 JP H06103744B2 JP 3148089 A JP3148089 A JP 3148089A JP 14808991 A JP14808991 A JP 14808991A JP H06103744 B2 JPH06103744 B2 JP H06103744B2
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潤一 西澤
尚茂 玉▲むし▼
賢一 野中
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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、従来型の光トリガサイ
リスタの増幅ゲート構造に改良を加え、従来型光トリガ
サイリスタよりも光トリガ感度を飛躍的に増大した光ト
リガサイリスタに係り、とくに中小電力の変換装置のみ
ならず大電力の変換装置内のスイッチング素子として利
用可能な光トリガサイリスタに関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an optical trigger thyristor in which the amplification gate structure of a conventional optical trigger thyristor is improved and the optical trigger sensitivity is drastically increased as compared with the conventional optical trigger thyristor. The present invention relates to an optical trigger thyristor that can be used not only as a power converter but also as a switching element in a large power converter.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来、サイリスタを光でトリガすること
は広く行われており、LASCR,Light Act
ivated Thyristor,ホトサイリスタ等
の名称で実施されていることは周知の事実である。
2. Description of the Related Art Conventionally, it has been widely practiced to trigger a thyristor with light, such as LASCR and Light Act.
It is a well-known fact that it is implemented under the names such as Ivated Thyristor and Photothyristor.

【0003】図4は、従来型の光トリガサイリスタの例
を示すもので、増幅用サイリスタを集積化した構造であ
る。光がベース内部まで進入するように、また、増幅用
サイリスタの光感度を上げるために、光が照射される部
分のpベース層が掘り込まれて薄くなっている。また、
dv/dt耐量を向上させるために増幅用サイリスタ及
び主サイリスタのカソード・ベース間は短絡されている
構造が一般的である。nカソード領域811、pベース
層803、nベース層802及びpアノード層801に
よってnpnp四層構造の増幅ゲート用補助サイリスタ
が形成され、同時にnカソード層804、pベース層8
03、nベース層802及びpアノード層801によっ
て主サイリスタが形成されている。補助サイリスタのn
カソード811とpベース層803は電極833によっ
て短絡され、主サイリスタのnカソード804とpベー
ス層803は電極832によって短絡されている。
FIG. 4 shows an example of a conventional optical trigger thyristor, which has a structure in which amplification thyristors are integrated. In order to allow light to enter the inside of the base and to increase the photosensitivity of the amplifying thyristor, the p base layer in the portion to be irradiated with light is dug in and thinned. Also,
In order to improve the dv / dt withstand capability, the structure in which the cathode and the base of the amplification thyristor and the main thyristor are short-circuited is common. The n-cathode region 811, the p-base layer 803, the n-base layer 802 and the p-anode layer 801 form an amplification gate auxiliary thyristor having an npnp four-layer structure, and at the same time, the n-cathode layer 804 and the p-base layer 8 are formed.
03, the n base layer 802, and the p anode layer 801 form a main thyristor. Auxiliary thyristor n
The cathode 811 and the p base layer 803 are short-circuited by the electrode 833, and the n cathode 804 and the p base layer 803 of the main thyristor are short-circuited by the electrode 832.

【0004】光ファイバ等で導入された入射光861は
薄く成されたnカソード層811を透過してpベース層
803とnベース層802の接合に形成された空乏層内
において電子正孔対を生成する。発生した正孔は薄くな
されたpベース層内のベース抵抗部分850を流れ、一
方、発生した電子はnベース層802とpアノード層8
01の接合界面に累積し、pアノード層801からの正
孔注入を引き起こす。この注入された正孔と光によって
発生した正孔による電流は薄くなされたpベース層内の
ベース抵抗部分850を流れるとともに、補助サイリス
タのベース電位が上昇し、ターン・オンしきい値になる
と補助サイリスタはオンする。オン状態では、正孔電流
はnカソード811内を流れ電極833を通って今度は
主サイリスタのpベース層803内のベース抵抗部分8
54を流れるようになる。電子電流はnカソード811
から薄くなされたpベース層内を拡散で流れてpベース
層803とnベース層802強電界部分を流れ、nベー
ス層802とpアノード層801接合部分に累積し、さ
らにpアノード801からの正孔注入を促進するととも
にpアノード電極831へ流出する。
Incident light 861 introduced by an optical fiber or the like is transmitted through the thin n-cathode layer 811 to form electron-hole pairs in the depletion layer formed at the junction of the p-base layer 803 and the n-base layer 802. To generate. The generated holes flow through the base resistance portion 850 in the thinned p base layer, while the generated electrons are generated in the n base layer 802 and the p anode layer 8.
01 accumulates at the junction interface and causes hole injection from the p anode layer 801. The current due to the injected holes and the holes generated by the light flows through the thinned base resistance portion 850 in the p base layer, and the base potential of the auxiliary thyristor rises to reach the turn-on threshold. The thyristor turns on. In the ON state, the hole current flows in the n cathode 811, passes through the electrode 833, and in turn the base resistance portion 8 in the p base layer 803 of the main thyristor.
It will flow through 54. Electron current is n cathode 811
Flow through diffusion in the thinned p base layer, flow through the strong electric field portion of the p base layer 803 and the n base layer 802, accumulate at the junction portion of the n base layer 802 and the p anode layer 801, and further from the positive electrode of the p anode 801. The hole injection is promoted and it flows out to the p anode electrode 831.

【0005】補助サイリスタがターン・オンした状態で
は圧倒的な数の正孔電流がpアノード801からpベー
ス803に向けて注入されるようになるため、主サイリ
スタのベース層803内のベース抵抗部分854を多く
の正孔電流が流れて主サイリスタのベース電位はターン
・オンしきい値の値をこえると、主サイリスタがオンす
ることになる。主サイリスタのオン状態では、正孔電流
はnカソード804内を流れてカソード電極832に吸
収されつづけ、また電子電流はnカソード804からp
ベース803内を拡散で流れ、nベース層802をドリ
フト走行してpアノード801内を流れてアノード電極
831に吸収される。851はアノード端子を、852
は主サイリスタのカソード端子をそれぞれ表す。
When the auxiliary thyristor is turned on, an overwhelming number of hole currents are injected from the p anode 801 toward the p base 803, so that the base resistance portion in the base layer 803 of the main thyristor. When a large amount of hole current flows through 854 and the base potential of the main thyristor exceeds the turn-on threshold value, the main thyristor turns on. In the ON state of the main thyristor, the hole current flows through the n cathode 804 and is continuously absorbed by the cathode electrode 832, and the electron current flows from the n cathode 804 to the p electrode 804.
It flows in the base 803 by diffusion, drifts in the n base layer 802, flows in the p anode 801 and is absorbed by the anode electrode 831. 851 is an anode terminal, 852
Represents the cathode terminal of the main thyristor.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】前述したように、従来
型光トリガサイリスタは、トリガ機構として増幅用補助
サイリスタを用いているが、増幅用補助サイリスタはバ
イポーラベース構造である。均一ベースのバイポーラベ
ース構造の直流的光増幅度(電流増幅率)βは、入射光
強度が小さいという近似で次式で表せる。
As described above, the conventional optical trigger thyristor uses the auxiliary amplification thyristor as the trigger mechanism, but the auxiliary amplification thyristor has the bipolar base structure. The DC optical amplification factor (current amplification factor) β of the uniform base bipolar base structure can be expressed by the following equation in the approximation that the incident light intensity is small.

【0007】[0007]

【数1】 [Equation 1]

【0008】(1)式においてDn 、Dp は、それぞれ
電子、正孔の拡散定数、Lp は正孔の拡散距離、Wb
ベース幅、ne はエミッタの不純物密度、pb はベース
の不純物密度である。実際にはβの値は高々102 〜1
3 程度である。このため増幅用のサイリスタを光でト
リガするにはかなり強い光電力を必要とする。以上述べ
たように、従来型光トリガサイリスタでは、増幅ゲート
の光感度が小さいために、トリガ用光源として非常に高
出力のものが必要であるという問題点があった。そのた
め、図4に示すような増幅用補助サイリスタのベース層
を薄くする方法、あるいはこのようなベース層に工夫を
凝らした補助サイリスタを複数段接続することで光増幅
度を増大させる試みがなされていたが、構造的に複雑な
ものとなっていた。
In the equation (1), D n and D p are diffusion constants of electrons and holes, L p is a diffusion distance of holes, W b is a base width, n e is an impurity density of the emitter, and p b is It is the impurity concentration of the base. Actually, the value of β is at most 10 2 to 1
It is about 0 3 . Therefore, in order to trigger the amplification thyristor with light, considerably high optical power is required. As described above, the conventional optical trigger thyristor has a problem that an extremely high output light source is required as the trigger light source because the optical sensitivity of the amplification gate is small. Therefore, an attempt has been made to increase the optical amplification degree by thinning the base layer of the amplification auxiliary thyristor as shown in FIG. 4 or by connecting a plurality of devised auxiliary thyristors to such a base layer. However, it was structurally complicated.

【0009】本発明は、上記問題点に鑑み、従来型光ト
リガサイリスタよりも飛躍的に光トリガ感度を向上させ
た光トリガサイリスタを提供せんとするものである。
In view of the above problems, the present invention is to provide an optical trigger thyristor with dramatically improved optical trigger sensitivity as compared with the conventional optical trigger thyristor.

【0010】[0010]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明による光トリガサイリスタは、増幅ゲートと
して静電誘導トランジスタ(SIT)ゲート構造を応用
するものであり、詳しくは、本発明による光サイリスタ
の一つは、第1導電形高不純物密度のアノード領域と、
該アノード領域の上部に形成された第2導電形の第1ベ
ース領域と、該第1ベース領域の上部に形成された第1
導電形の第2ベース領域と、該第2ベース領域の上部の
一部に形成されたカソード領域とで形成された4層構造
主サイリスタと、前記第1ベース領域の上部の一部に前
記第2ベース領域と少なくとも一部で接続されるように
形成された第1導電形高不純物密度のドレイン領域と、
該ドレイン領域の上部に形成された第1導電形低不純物
密度のチャンネル領域と、該チャンネル領域の上部の一
部に形成された第1導電形高不純物密度のソース領域
と、該ソース領域を挟むように上記チャンネル領域の上
部に形成された第2導電形高不純物密度のゲート領域と
で構成される静電誘導ホトトランジスタと、前記第2ベ
ース領域と前記チャンネル領域との間に設けられた分離
領域とから少なくとも構成されている。さらに、本発明
による光サイリスタの他の一つは、第1導電形高不純物
密度のアノード領域と、該アノード領域の上部に形成さ
れた第2導電形の第1ベース領域と、該第1ベース領域
の内部に形成された第2導電形高不純物密度の埋め込み
領域と、上記第1ベース領域の上部に形成された第1導
電形の第2ベース領域と、該第2ベース領域の上部の一
部に形成されたカソード領域とで形成された4層構造主
サイリスタと、前記第1ベース領域の上部の一部に前記
第2ベース領域と少なくとも一部で接続されるように形
成された第1導電形高不純物密度のドレイン領域と、該
ドレイン領域の上部に形成された第1導電形低不純物密
度のチャンネル領域と、該チャンネル領域の上部の一部
に形成された第1導電形高不純物密度のソース領域と、
該ソース領域を挟むように上記チャンネル領域の上部に
形成された第2導電形高不純物密度のゲート領域とで構
成される静電誘導ホトトランジスタと、前記第2ベース
領域と前記チャンネル領域との間に設けられた分離領域
とから少なくとも構成されている。
In order to achieve the above object, an optical trigger thyristor according to the present invention applies a static induction transistor (SIT) gate structure as an amplification gate. One of the thyristors is a first conductivity type high impurity density anode region,
A first base region of a second conductivity type formed on the anode region, and a first base region formed on the first base region.
A four-layer structure main thyristor formed of a conductive second base region and a cathode region formed in a part of the upper part of the second base region, and the first layer in a part of the upper part of the first base region. A drain region of the first conductivity type having a high impurity density, which is formed so as to be connected to at least a part of the second base region;
The first conductivity type low impurity density channel region formed on the drain region, the first conductivity type high impurity density source region formed on a part of the channel region, and the source region are sandwiched. And the isolation region provided between the second base region and the channel region, and the static induction phototransistor formed on the channel region with the second conductivity type high impurity density gate region. And at least a region. Further, another one of the optical thyristors according to the present invention is the first conductivity type high impurity concentration anode region, the second conductivity type first base region formed on the anode region, and the first base. A second conductivity type high impurity density buried region formed inside the region, a first conductivity type second base region formed above the first base region, and an upper part of the second base region. A four-layer structure main thyristor formed of a cathode region formed in the first part, and a first part formed in at least a part of the upper part of the first base region so as to be connected to the second base region. A drain region having a high conductivity type conductivity, a channel region having a first conductivity type low impurity density formed on the drain region, and a first conductivity type high impurity density formed on a part of the channel region. Source area of
Between an electrostatic induction phototransistor formed of a second conductivity type high impurity density gate region formed above the channel region so as to sandwich the source region, and between the second base region and the channel region. And a separation region provided in the.

【0011】[0011]

【作用】SITゲート構造では、ソース側の電子がドレ
インに流れる時に越える電位障壁と比較して、ゲート中
の正孔がソース側に抜ける時の電位障壁の方が大きいた
めに、正孔はゲート領域に蓄積されやすく、電流増幅率
βは非常に大きくなる。しかも入力光強度が小さければ
小さいほど大きいという特徴があり、SITゲート構造
の直流的な光増幅度の最大値は入射光強度が暗電流正孔
電流と同等となる極限に相当し、
In the SIT gate structure, the potential barrier when the holes in the gate escape to the source side is larger than the potential barrier that the source side overcomes when the electrons flow to the drain. It is easily accumulated in the region, and the current amplification factor β becomes very large. Moreover, there is a characteristic that the smaller the input light intensity is, the larger it is. The maximum value of the direct-current optical amplification of the SIT gate structure corresponds to the limit where the incident light intensity is equivalent to the dark current hole current,

【0012】[0012]

【数2】 [Equation 2]

【0013】(2)式において、WG はゲート電位障壁
の実効値、nS はソースの不純物密度、pG はゲートの
不純物密度、kはボルツマン定数、Tは絶対温度、qは
単位電荷量、VbiGSはゲート領域中の正孔がソース側に
抜ける時に越えるべきゲート・ソース間の電位障壁高
さ、VbiG * S はソース側の電子がドレインに流れる時
に越えるべき真のゲート点G* とソース間の電位障壁高
さである。真のゲートとは、SITゲート構造に特有の
ものであって、チャンネル中に生じる電位の鞍部点であ
る。
In equation (2), W G is the effective value of the gate potential barrier, n S is the source impurity density, p G is the gate impurity density, k is the Boltzmann constant, T is the absolute temperature, and q is the unit charge amount. , V biGS is the potential barrier height between the gate and the source that should be exceeded when holes in the gate region escape to the source side, and V biG * S is the true gate point G * that should be exceeded when electrons on the source side flow to the drain . The height of the potential barrier between the source and the source. The true gate is unique to the SIT gate structure and is the saddle point of the potential generated in the channel.

【0014】(2)式から明らかなように、ゲート・ソ
ース間と、真のゲート点G* とソース間の電位障壁の差
が光増幅度(電流増幅率)に大きく影響していて、この
ためにSITゲート構造の光増幅度(電流増幅率)は、
前述したバイポーラベース構造の光増幅度(電流増幅
率)よりも非常に大きくなる。実験結果として108
越える値も10-10 (W/cm2 )という極めて微弱な光
に対し得られており、SITゲート構造を従来型光トリ
ガサイリスタの増幅ゲートに応用すれば、光トリガ感度
が飛躍的に改善され、微弱光で高速ドライブされる光ト
リガサイリスタが実現できる。すなわち、静電誘導ホト
トランジスタと主サイリスタの集積化によって従来型光
トリガサイリスタのトリガ感度が向上するわけである。
As is clear from the equation (2), the difference in potential barrier between the gate and the source and between the true gate point G * and the source has a great influence on the optical amplification factor (current amplification factor). Therefore, the optical amplification factor (current amplification factor) of the SIT gate structure is
This is much higher than the optical amplification factor (current amplification factor) of the bipolar base structure described above. As a result of the experiment, values exceeding 10 8 have been obtained for extremely weak light of 10 −10 (W / cm 2 ), and if the SIT gate structure is applied to the amplification gate of the conventional optical trigger thyristor, the optical trigger sensitivity is increased. Is dramatically improved, and an optical trigger thyristor that can be driven at high speed with weak light can be realized. That is, the integration of the static induction phototransistor and the main thyristor improves the trigger sensitivity of the conventional optical trigger thyristor.

【0015】[0015]

【実施例】以下、図面を参照して本発明の実施例を説明
する。図1に本発明の一実施例を示す。本実施例の主な
特徴は、増幅ゲート構造を平面ゲート形静電誘導ホトト
ランジスタ(SIPT)で構成していることである。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 shows an embodiment of the present invention. The main feature of this embodiment is that the amplification gate structure is composed of a planar gate type static induction phototransistor (SIPT).

【0016】図1において、主サイリスタは、n+ カソ
ード領域704、第2ベース領域であるpベース領域7
03、第1ベース領域であるn- 高抵抗層702、n+
第2ゲート領域705及びp+ アノード領域701から
形成されており、n+ 第2ゲート領域705は、p+
ノード領域701との間にSITゲート構造を形成して
いる。領域732及び731はそれぞれカソード電極、
アノード電極を示しており、751及び752はそれぞ
れアノード端子、カソード端子である。
In FIG. 1, the main thyristor comprises an n + cathode region 704 and a second base region p base region 7.
03, first base region n high resistance layer 702, n +
It is formed from the second gate region 705 and the p + anode region 701, and the n + second gate region 705 forms a SIT gate structure with the p + anode region 701. Regions 732 and 731 are cathode electrodes,
An anode electrode is shown, and 751 and 752 are an anode terminal and a cathode terminal, respectively.

【0017】図1において、増幅用pチャンネルSIP
Tは、p+ ソース領域711とp-低不純物密度チャン
ネル領域713とp+ ドレイン領域714とn+ ゲート
領域712とで構成され、p+ ドレイン領域714は主
サイリスタの第2ベース領域であるpベース領域703
と第1ベース領域であるn- ベース領域702に隣接し
ている。p+ ソース領域711とn+ ゲート領域712
の表面露出部分には、それぞれソース電極733とゲー
ト電極734が設けられている。
In FIG. 1, a p-channel SIP for amplification is used.
T is composed of p + source region 711, p low impurity density channel region 713, p + drain region 714 and n + gate region 712, and p + drain region 714 is the second base region of the main thyristor. Base region 703
And n base region 702 which is the first base region. p + source region 711 and n + gate region 712
A source electrode 733 and a gate electrode 734 are provided on the exposed surface portion of each.

【0018】増幅用pチャンネルSIPTのp+ ソース
領域711は、正の電圧(ソースバイアス電圧)Vst
55にバイアスされていて、n+ ゲート領域712は抵
抗RGt754を介してゲートバイアス電圧VGt753に
バイアスされている。pベース領域703とp- チャン
ネル領域713との間はベベル状にエッチングした溝部
があり、分離領域となっている。抵抗RGtの大きさを調
整することにより光トリガ感度及び応答時間を制御する
ことができる。
The p + source region 711 of the amplifying p-channel SIPT has a positive voltage (source bias voltage) V st 7
Biased to 55, the n + gate region 712 is biased to the gate bias voltage V Gt 753 through the resistor R Gt 754. There is a beveled groove between the p base region 703 and the p channel region 713, which serves as a separation region. By adjusting the size of the resistor R Gt, the optical trigger sensitivity and response time can be controlled.

【0019】トリガ用光パルスLT760が光ファイバ
等の光伝送媒体を介して入射していない状態では、増幅
用SIPTはオフしている。トリガ用光パルスLT76
0の波長としては光の侵入距離の長い、GaAs赤外発
光ダイオードなどが適している。トリガ用光パルスLT
760が照射されると増幅用SIPTはオンして、正の
バイアス電圧Vst755により主サイリスタのpベース
領域703が正にバイアスされ、主サイリスタがターン
・オンする。主サイリスタのターン・オンは以下のよう
にして起こる。
The amplification SIPT is off when the trigger light pulse LT760 is not incident via the optical transmission medium such as an optical fiber. Light pulse for trigger LT76
As the wavelength of 0, a GaAs infrared light emitting diode or the like having a long light penetration distance is suitable. Optical pulse LT for trigger
When 760 is irradiated, the amplification SIPT turns on, the p-base region 703 of the main thyristor is positively biased by the positive bias voltage V st 755, and the main thyristor turns on. Turn-on of the main thyristor occurs as follows.

【0020】p+ アノード領域701から注入される正
孔の量が増大して主サイリスタのpベース領域703の
ベース抵抗を流れる正孔電流として寄与するが、pベー
ス領域703内のベース抵抗降下によってpベース領域
703の電位がターン・オンしきい値を超えると主サイ
リスタがターン・オンし、n+ カソード領域704から
の電子はpベース領域703を拡散で流れ、n- 高抵抗
層702をドリフト走行してn+ ゲート領域705もし
くはn- 高抵抗層702とp+ アノード領域701の界
面に蓄積される。主サイリスタのオン状態では、pベー
ス領域703に流入する正孔はn+ カソード領域704
を通ってカソード電極732に吸収されつづけ、電子電
流はp+ アノード領域701を通ってp+ アノード電極
731に吸収されつづける。従って、主サイリスタを早
くターン・オンさせるためには、p+ アノード領域70
1からの正孔注入量を増大させる必要があり、そのため
には、n+ ゲート領域705がSITゲート構造となっ
ていることが望ましい。すなわち、静電誘導ホトトラン
ジスタの光増幅度は(2)式で説明したように非常に高
く、図1に示された実施例ではSITゲート構造を有す
るSIホトトランジスタを増幅用補助トランジスタとし
て使用するため、光トリガ感度が非常に高くなってい
る。
The amount of holes injected from the p + anode region 701 increases and contributes as a hole current flowing through the base resistance of the p base region 703 of the main thyristor, but due to the base resistance drop in the p base region 703. When the potential of the p base region 703 exceeds the turn-on threshold value, the main thyristor turns on, and electrons from the n + cathode region 704 flow in the p base region 703 by diffusion and drift in the n high resistance layer 702. It runs and is accumulated at the interface between the n + gate region 705 or the n high resistance layer 702 and the p + anode region 701. In the ON state of the main thyristor, holes flowing into the p base region 703 are n + cathode region 704.
Through which the electron current continues to be absorbed by the cathode electrode 732 and through the p + anode region 701 to the p + anode electrode 731. Therefore, in order to quickly turn on the main thyristor, the p + anode region 70
It is necessary to increase the amount of hole injection from 1. Therefore, it is desirable that the n + gate region 705 has a SIT gate structure. That is, the optical amplification degree of the static induction phototransistor is very high as described in the equation (2), and the SI phototransistor having the SIT gate structure is used as the amplification auxiliary transistor in the embodiment shown in FIG. Therefore, the optical trigger sensitivity is very high.

【0021】以上説明した本発明の実施例に関して、S
ITゲート構造の直流的な光増幅度(電流増幅率)の実
験結果を、バイポーラベース構造の実験結果と比較しな
がら説明する。
Regarding the embodiment of the present invention described above, S
The experimental result of the direct current optical amplification factor (current amplification factor) of the IT gate structure will be described in comparison with the experimental result of the bipolar base structure.

【0022】図2はSIPTの直流的な光増幅度Gの入
射光強度Pi 依存性を示している。ドレインバイアス電
圧VD をパラメータとしていて、同時にSIPTのゲー
ト電位の変化ΔVG を示してある。
FIG. 2 shows the dependency of the direct-current optical amplification degree G of SIPT on the incident light intensity P i . The drain bias voltage V D is used as a parameter, and at the same time, the change ΔV G in the gate potential of the SIPT is shown.

【0023】図3は、バイポーラホトトランジスタ(B
PT)の直流的な光増幅度Gの入射光強度Pi 依存性を
示している。コレクタバイアス電圧VC をパラメータと
していて、同時にBPTのベース電位の変化ΔVB も示
してある。
FIG. 3 shows a bipolar phototransistor (B
12 shows the dependency of the direct current optical amplification degree G of (PT) on the incident light intensity P i . The collector bias voltage V C is used as a parameter, and the change ΔV B of the base potential of the BPT is also shown.

【0024】図2、図3から明らかなように、SIPT
とBPTの直流的な光増幅度Gの光強度Pi 依存性の傾
向は、まったく異なる。BPTでは直流的な光増幅度G
は光強度Pi の増加に伴いしだいに増加するが、Pi
102 μW/cm2 で高々3×102 程度である。一方、
SIPTでは、光強度が弱い程直流的な光増幅度Gは大
きくなる傾向を示し、Pi =10-4μW/cm2 において
は、108 を越えるGが得られている。
As is clear from FIGS. 2 and 3, the SIPT
And the tendency of the direct current optical amplification degree G of the BPT to depend on the light intensity P i are completely different. In BPT, the optical amplification degree G is DC.
Gradually increases as the light intensity P i increases, but P i =
It is 10 2 μW / cm 2 and at most about 3 × 10 2 . on the other hand,
In the SIPT, the weaker the light intensity is, the more the direct-current optical amplification degree G tends to increase, and at P i = 10 −4 μW / cm 2 , G exceeding 10 8 is obtained.

【0025】以上述べたようにSITゲート構造では、
バイポーラベース構造と比較して、はるかに大きな光増
幅度(電流増幅率)が得られる。よって、SITゲート
構造を光トリガサイリスタの増幅ゲート構造に応用すれ
ば、高光感度、高速のトリガサイリスタが実現できる。
As described above, in the SIT gate structure,
A much larger optical amplification factor (current amplification factor) can be obtained as compared with the bipolar base structure. Therefore, if the SIT gate structure is applied to the amplification gate structure of the optical trigger thyristor, a high photosensitivity and high speed trigger thyristor can be realized.

【0026】一例として、400V−10Aの光トリガ
に際し、本発明によるSITゲート構造による増幅ゲー
ト構造を用いた場合、約123μWの光でターン・オン
遅延1.8μsであり、ターン・オン立ち上がり時間は
1.1μsであった。SITゲート構造の代わりにバイ
ポーラベース構造による増幅ゲート構造を用いた場合、
同程度の光強度では主サイリスタのゲート電位は0.6
eVまでしか上昇せず光トリガができなかった。
As an example, in the case of an optical trigger of 400V-10A, when the amplification gate structure of the SIT gate structure according to the present invention is used, the turn-on delay is 1.8 μs and the turn-on rise time is about 123 μW of light. It was 1.1 μs. When an amplification gate structure having a bipolar base structure is used instead of the SIT gate structure,
At the same light intensity, the gate potential of the main thyristor is 0.6
It was only able to rise to eV and could not trigger light.

【0027】[0027]

【発明の効果】上述のように、本発明による光トリガサ
イリスタは、従来型光トリガサイリスタよりも飛躍的に
光トリガ感度が向上している。従って、本発明による光
トリガサイリスタを、従来の光トリガサイリスタが応用
されていたスイッチング装置に用いれば、極めて高速、
高感度のスイッチング装置が実現できる。さらに、光ト
リガサイリスタの大電力から中、小電力分野における応
用範囲を大きく広げるものであり、工業的利用価値は高
い。
As described above, the optical trigger thyristor according to the present invention has a dramatically improved optical trigger sensitivity as compared with the conventional optical trigger thyristor. Therefore, if the optical trigger thyristor according to the present invention is used in a switching device to which the conventional optical trigger thyristor is applied, extremely high speed,
A highly sensitive switching device can be realized. Further, it broadens the application range of the optical trigger thyristor from high power to medium and low power fields, and has high industrial utility value.

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

【図1】光増幅部が静電誘導ホトトランジスタで形成さ
れている本発明に係る光トリガサイリスタの一実施例の
概略断面図である。
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of an embodiment of an optical trigger thyristor according to the present invention in which an optical amplification section is formed of a static induction phototransistor.

【図2】SITゲート構造に関する直流的な光増幅度及
びゲート電位変化と入射光強度Pi依存性の実験データ
を示すグラフである。
FIG. 2 is a graph showing experimental data of direct-current optical amplification and gate potential change, and incident light intensity Pi dependence on the SIT gate structure.

【図3】バイポーラベース構造に関する直流的な光増幅
度及びゲート電位変化と入射光強度Pi依存性の実験デ
ータを示すグラフである。
FIG. 3 is a graph showing experimental data of direct-current optical amplification and gate potential change, and incident light intensity Pi dependence for a bipolar base structure.

【図4】従来型増幅ゲート構造を有する光トリガサイリ
スタの構造を示す概略断面図である。
FIG. 4 is a schematic cross-sectional view showing the structure of an optical trigger thyristor having a conventional amplification gate structure.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

701 p+ アノード領域 702 主サイリスタの第1ベース領域 703 主サイリスタの第2ベース領域 704 主サイリスタのn+ カソード領域 705 n+ 第2ゲート領域 711 pチャンネルSIPTのp+ ソース領域 712 pチャンネルSIPTのn+ ゲート領域 713 pチャンネルSIPTのp- 低不純物密度チ
ャンネル領域 714 pチャンネルSIPTのp+ ドレイン領域 731 主サイリスタのp+ アノード電極 732 主サイリスタのカソード電極 751 アノード端子 752 カソード端子 753 ゲートバイアス電圧VGt 754 ゲート抵抗RGt 755 ソースバイアス電圧Vst 760 トリガ用光パルスLT
701 p + anode region 702 first base region of main thyristor 703 second base region of main thyristor 704 n + cathode region of main thyristor 705 n + second gate region 711 p + source region 712 p channel of SIPT n + gate region 713 p channel SIPT p low impurity density channel region 714 p channel SIPT p + drain region 731 main thyristor p + anode electrode 732 main thyristor cathode electrode 751 anode terminal 752 cathode terminal 753 gate bias voltage V Gt 754 Gate resistance R Gt 755 Source bias voltage Vst 760 Trigger light pulse LT

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.5 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 H01L 31/111 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (51) Int.Cl. 5 Identification code Internal reference number FI technical display location H01L 31/111

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 第1導電形高不純物密度のアノード領域
(701)と、該アノード領域の上部に形成された第2
導電形の第1ベース領域(702)と、該第1ベース領
域の上部に形成された第1導電形の第2ベース領域(7
03)と、該第2ベース領域の上部の一部に形成された
カソード領域(704)とで形成された4層構造主サイ
リスタと、 前記第1ベース領域の上部の一部に前記第2ベース領域
と少なくとも一部で接続されるように形成された第1導
電形高不純物密度のドレイン領域(714)と、該ドレ
イン領域の上部に形成された第1導電形低不純物密度の
チャンネル領域(713)と、該チャンネル領域の上部
の一部に形成された第1導電形高不純物密度のソース領
域(711)と、該ソース領域を挟むように上記チャン
ネル領域の上部に形成された第2導電形高不純物密度の
ゲート領域(712)とで構成される静電誘導ホトトラ
ンジスタと、 前記第2ベース領域と前記チャンネル領域との間に設け
られた分離領域とから少なくとも構成されることを特徴
とする、光トリガサイリスタ。
1. A first conductivity type high impurity concentration anode region (701), and a second region formed on the anode region.
A first base region (702) of a conductivity type and a second base region (7) of a first conductivity type formed on the first base region (7).
03) and a cathode region (704) formed in a part of the upper part of the second base region, and a second base in a part of the upper part of the first base region. A first conductivity type high impurity density drain region (714) formed so as to be connected to at least a part of the region, and a first conductivity type low impurity density channel region (713) formed on the drain region. ), A first conductivity type high impurity density source region (711) formed in a part of the upper part of the channel region, and a second conductivity type formed in the upper part of the channel region so as to sandwich the source region. At least a static induction phototransistor including a high impurity density gate region (712) and an isolation region provided between the second base region and the channel region. Wherein the optical trigger thyristor.
【請求項2】 第1導電形高不純物密度のアノード領域
(701)と、該アノード領域の上部に形成された第2
導電形の第1ベース領域(702)と、該第1ベース領
域の内部に形成された第2導電形高不純物密度の埋め込
み領域(705)と、上記第1ベース領域の上部に形成
された第1導電形の第2ベース領域(703)と、該第
2ベース領域の上部の一部に形成されたカソード領域
(704)とで形成された4層構造主サイリスタと、 前記第1ベース領域の上部の一部に前記第2ベース領域
と少なくとも一部で接続されるように形成された第1導
電形高不純物密度のドレイン領域(714)と、該ドレ
イン領域の上部に形成された第1導電形低不純物密度の
チャンネル領域(713)と、該チャンネル領域の上部
の一部に形成された第1導電形高不純物密度のソース領
域(711)と、該ソース領域を挟むように上記チャン
ネル領域の上部に形成された第2導電形高不純物密度の
ゲート領域(712)とで構成される静電誘導ホトトラ
ンジスタと、 前記第2ベース領域と前記チャンネル領域との間に設け
られた分離領域とから少なくとも構成されることを特徴
とする、光トリガサイリスタ。
2. An anode region (701) of the first conductivity type and a high impurity density, and a second region formed on the anode region.
A conductive type first base region (702), a second conductive type high impurity density buried region (705) formed inside the first base region, and a first conductive region formed above the first base region. A four-layer main thyristor formed of a second base region of one conductivity type (703) and a cathode region (704) formed in a part of the upper part of the second base region; A first conductivity type high impurity density drain region (714) formed to be connected to at least a part of the second base region, and a first conductivity formed on the drain region. Type low impurity density channel region (713), a first conductivity type high impurity density source region (711) formed in a part of the upper portion of the channel region, and the channel region of the channel region so as to sandwich the source region. Formed on top And a separation region provided between the second base region and the channel region. An optical trigger thyristor characterized in that
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