JPH0658962B2 - 逆導通ゲ−トタ−ンオフサイリスタ - Google Patents
逆導通ゲ−トタ−ンオフサイリスタInfo
- Publication number
- JPH0658962B2 JPH0658962B2 JP61214506A JP21450686A JPH0658962B2 JP H0658962 B2 JPH0658962 B2 JP H0658962B2 JP 61214506 A JP61214506 A JP 61214506A JP 21450686 A JP21450686 A JP 21450686A JP H0658962 B2 JPH0658962 B2 JP H0658962B2
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- layer
- thyristor
- concentration
- gate turn
- gto
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Description
【発明の属する技術分野】 本発明は、溝掘り構造によって電気的に分離されたｐｎ
ｐｎ４層を有するゲートターンオフサイリスタ部（以下
ＧＴＯ部と記す）とｐｎ２層を有するダイオード部（以
下Di部と記す）をｎ形半導体基板に形成した逆導通ゲー
トターンオフ（ＧＴＯ）サイリスタに関する。
ｐｎ４層を有するゲートターンオフサイリスタ部（以下
ＧＴＯ部と記す）とｐｎ２層を有するダイオード部（以
下Di部と記す）をｎ形半導体基板に形成した逆導通ゲー
トターンオフ（ＧＴＯ）サイリスタに関する。
一般にＧＴＯサイリスタでは、第２図に示すようにｐｎ
ｐｎ４層からなるシリコン基板１のｐエミッタ層にアノ
ード電極２、ｐベース層にゲート電極３、ｎエミッタ層
にカソード電極４を備えた単位サイリスタが多数配置さ
れた構造となっている。ここで、このＧＴＯサイリスタ
のスイッチングについて簡単に説明する。まず、第２図
(a)のようにスイッチ11をとじると、オン電源51により
ｐベース層に正孔が注入されることによって点弧し、電
流13がアノード電極２からカソード電極４に流れる。つ
ぎに、この状態からスイッチ11を開き、スイッチ12を閉
じてオフ電源52によりカソード電極４，ゲート電極３の
間に逆電圧を印加すると、第２図(b)に示すように電流1
4がゲート電極３からカソード電極４に経路15を通るこ
とにより引き出され、ｎエミッタ，ｐベース間の空乏層
が徐々に広がり、最終的には、ｐｎ接合に逆電圧がかか
ることによってエミッタからの電子の注入がなくなり、
ｎベース，ｐベース間の接合が回復し、消弧が達成され
る。この際、消弧のためにはゲート部から電流を引き出
す引き出しやすさとして、ｐベース層の横方向抵抗を出
来るだけ小さくしておく必要があることと、ゲート・カ
ソード間のｐｎ接合には十分な逆耐圧がかかる必要があ
ることがわかる。 第３図は逆導通ＧＴＯサイリスタの主な断面構造を示
し、第２図と同様な構造のＧＴＯ部10に溝６を介してダ
イオード部20が設けられている。ダイオード部20はｐｎ
２層のみからなり、ｎ層はｎ＋層を介してＧＴＯ部のア
ノード電極２に、ｐ層はDi部のアノード電極７に接触し
ている。この場合、ＧＴＯ部の逆耐圧が不要であるか
ら、ｎベース層への注入効率を抑えるためｎ＋層８によ
るアノード短絡構造がとられている。ここで、ＧＴＯ部
10とDi部20との電気的な分離が必要なことは、溝６の形
成による抵抗がない場合にはカソード電極４とDi部のア
ノード電極７が同一電位にあることによってゲート・カ
ソード間に十分な逆電圧かかからなくなることから理解
することが出来る。すなわち、ＧＴＯ部10とDi部20との
間の溝掘構造は、ＧＴＯサイリスタのターンオフ時に、
ゲートとカソード間に十分な逆電圧がかかる様に採用さ
れている。このため、溝部６の底面の横方向抵抗は出来
るだけ大きいほうがいい。 そこで、横方向抵抗を大きくする手段であるが、一つに
は、溝部６の幅を大きくすることであり、もう一つは溝
部６の深さを深くすることである。ここで、溝部６の幅
を大きくすることは素子の大きさを大きくしてしまうと
いう点から限度があり、２〜４mmが最適である。このた
め、溝の深さを深くすることが求められる。 このような逆導通ＧＴＯサイリスタのＧＴＯ部のｐベー
ス層，Di部のｐ層形成のために共通の拡散法としては、
従来ほう素ＢまたはガリウムGaのいずれかを用いた拡散
法が知られている。しかしこの場合、第４図のような不
純物濃度分布を示し、図の下のＸ1に示すような順方向3
000Ｖ印加時の空乏層の拡がりのためにＸ2に示すように
溝掘可能深さは制限され、分離抵抗は20Ω程度より大き
くすることができなかった。
ｐｎ４層からなるシリコン基板１のｐエミッタ層にアノ
ード電極２、ｐベース層にゲート電極３、ｎエミッタ層
にカソード電極４を備えた単位サイリスタが多数配置さ
れた構造となっている。ここで、このＧＴＯサイリスタ
のスイッチングについて簡単に説明する。まず、第２図
(a)のようにスイッチ11をとじると、オン電源51により
ｐベース層に正孔が注入されることによって点弧し、電
流13がアノード電極２からカソード電極４に流れる。つ
ぎに、この状態からスイッチ11を開き、スイッチ12を閉
じてオフ電源52によりカソード電極４，ゲート電極３の
間に逆電圧を印加すると、第２図(b)に示すように電流1
4がゲート電極３からカソード電極４に経路15を通るこ
とにより引き出され、ｎエミッタ，ｐベース間の空乏層
が徐々に広がり、最終的には、ｐｎ接合に逆電圧がかか
ることによってエミッタからの電子の注入がなくなり、
ｎベース，ｐベース間の接合が回復し、消弧が達成され
る。この際、消弧のためにはゲート部から電流を引き出
す引き出しやすさとして、ｐベース層の横方向抵抗を出
来るだけ小さくしておく必要があることと、ゲート・カ
ソード間のｐｎ接合には十分な逆耐圧がかかる必要があ
ることがわかる。 第３図は逆導通ＧＴＯサイリスタの主な断面構造を示
し、第２図と同様な構造のＧＴＯ部10に溝６を介してダ
イオード部20が設けられている。ダイオード部20はｐｎ
２層のみからなり、ｎ層はｎ＋層を介してＧＴＯ部のア
ノード電極２に、ｐ層はDi部のアノード電極７に接触し
ている。この場合、ＧＴＯ部の逆耐圧が不要であるか
ら、ｎベース層への注入効率を抑えるためｎ＋層８によ
るアノード短絡構造がとられている。ここで、ＧＴＯ部
10とDi部20との電気的な分離が必要なことは、溝６の形
成による抵抗がない場合にはカソード電極４とDi部のア
ノード電極７が同一電位にあることによってゲート・カ
ソード間に十分な逆電圧かかからなくなることから理解
することが出来る。すなわち、ＧＴＯ部10とDi部20との
間の溝掘構造は、ＧＴＯサイリスタのターンオフ時に、
ゲートとカソード間に十分な逆電圧がかかる様に採用さ
れている。このため、溝部６の底面の横方向抵抗は出来
るだけ大きいほうがいい。 そこで、横方向抵抗を大きくする手段であるが、一つに
は、溝部６の幅を大きくすることであり、もう一つは溝
部６の深さを深くすることである。ここで、溝部６の幅
を大きくすることは素子の大きさを大きくしてしまうと
いう点から限度があり、２〜４mmが最適である。このた
め、溝の深さを深くすることが求められる。 このような逆導通ＧＴＯサイリスタのＧＴＯ部のｐベー
ス層，Di部のｐ層形成のために共通の拡散法としては、
従来ほう素ＢまたはガリウムGaのいずれかを用いた拡散
法が知られている。しかしこの場合、第４図のような不
純物濃度分布を示し、図の下のＸ1に示すような順方向3
000Ｖ印加時の空乏層の拡がりのためにＸ2に示すように
溝掘可能深さは制限され、分離抵抗は20Ω程度より大き
くすることができなかった。
本発明は、上述の問題を解決してＧＴＯ部とDi部の電気
的分離のための分離溝の深さを深くして高い分離抵抗が
形成できてターンオフ時にゲート・カソード間に十分な
逆電圧が印加でき、しかも順方向耐圧も確保することの
できる逆導通ＧＴＯサイリスタを提供することを目的と
する。
的分離のための分離溝の深さを深くして高い分離抵抗が
形成できてターンオフ時にゲート・カソード間に十分な
逆電圧が印加でき、しかも順方向耐圧も確保することの
できる逆導通ＧＴＯサイリスタを提供することを目的と
する。
本発明は、ｎ形半導体基板に拡散工程で形成されるＧＴ
Ｏ部のｐベース層と、Di部のｐ層が複数の不純物の拡散
によって基板表面に近い側の濃度勾配の大きい高濃度部
と表面より遠い側の濃度勾配の小さい低濃度部とからな
る不純物濃度分布を有するようにするもので、これによ
りｐ層は溝掘りによって横方向抵抗を得る部分と順方向
電圧印加時の空乏層拡がりを部分とが異なる濃度分布を
持ち、これらを個別に制御できるため、順方向電圧印加
時に空乏層の広がりを低濃度部により意図的に抑え、分
離溝を低濃度部直前まで掘ることができ、上記の目的が
達成される。
Ｏ部のｐベース層と、Di部のｐ層が複数の不純物の拡散
によって基板表面に近い側の濃度勾配の大きい高濃度部
と表面より遠い側の濃度勾配の小さい低濃度部とからな
る不純物濃度分布を有するようにするもので、これによ
りｐ層は溝掘りによって横方向抵抗を得る部分と順方向
電圧印加時の空乏層拡がりを部分とが異なる濃度分布を
持ち、これらを個別に制御できるため、順方向電圧印加
時に空乏層の広がりを低濃度部により意図的に抑え、分
離溝を低濃度部直前まで掘ることができ、上記の目的が
達成される。
第１図は、本発明の一実施例の逆導通ＧＴＯサイリスタ
の不純物濃度分布を示す。ＧＴＯ部のｐベース層および
Di部のｐ層の表面に近いＡ部では、本来ＧＴＯサイリス
タに求められるべき低抵抗部を確保しており、例えばＢ
またはGaを拡散源とした拡散により形成される。表面よ
り遠いＣ部は、拡散源としてAlを使用し、小さい濃度勾
配を有していてＸ1に示すように順方向電圧印加時の空
乏層の拡がり領域を確保しており、電界の集中を抑えて
いる。Ａ部，Ｃ部の中間のＢ部は、空乏層拡がり領域の
上まで分離溝を掘った際の電気的分離のために高抵抗部
を確保しており、分離抵抗は約100〜200Ωとなる。例え
ば分離抵抗が200Ωとすると従来素子の20Ωに対し10倍
となり、ターンオフ時のゲート・カソード間に印加でき
る逆電圧を高くすることができ、逆導通ＧＴＯサイリス
タの可制御電流が約1.５倍と大幅に向上した。また、ゲ
ート・カソード間に逆電圧印加時の逆もれ電流が約1/10
に減少し、そのためゲート回路で発生する損失の減少が
達成でき、ゲート回路の簡素化も達成できた。
の不純物濃度分布を示す。ＧＴＯ部のｐベース層および
Di部のｐ層の表面に近いＡ部では、本来ＧＴＯサイリス
タに求められるべき低抵抗部を確保しており、例えばＢ
またはGaを拡散源とした拡散により形成される。表面よ
り遠いＣ部は、拡散源としてAlを使用し、小さい濃度勾
配を有していてＸ1に示すように順方向電圧印加時の空
乏層の拡がり領域を確保しており、電界の集中を抑えて
いる。Ａ部，Ｃ部の中間のＢ部は、空乏層拡がり領域の
上まで分離溝を掘った際の電気的分離のために高抵抗部
を確保しており、分離抵抗は約100〜200Ωとなる。例え
ば分離抵抗が200Ωとすると従来素子の20Ωに対し10倍
となり、ターンオフ時のゲート・カソード間に印加でき
る逆電圧を高くすることができ、逆導通ＧＴＯサイリス
タの可制御電流が約1.５倍と大幅に向上した。また、ゲ
ート・カソード間に逆電圧印加時の逆もれ電流が約1/10
に減少し、そのためゲート回路で発生する損失の減少が
達成でき、ゲート回路の簡素化も達成できた。
本発明によれば、ＧＴＯ部とDi部の電気的な分離のため
の分離溝を有する逆導通ＧＴＯサイリスタのｎ形基板に
形成されるＧＴＯ部とDi部に共通なｐ層の形成に複数の
不純物を拡散し、濃度勾配の異なる高濃度部と低濃度部
の２重不純物濃度分布を実現させることにより、安全な
ターンオフに必要な高い分離抵抗が確保でき、空乏層の
拡がりが分離溝により制限されないため、高い順方向耐
圧も確保された逆導通ＧＴＯサイリスタを得ることがで
きる。
の分離溝を有する逆導通ＧＴＯサイリスタのｎ形基板に
形成されるＧＴＯ部とDi部に共通なｐ層の形成に複数の
不純物を拡散し、濃度勾配の異なる高濃度部と低濃度部
の２重不純物濃度分布を実現させることにより、安全な
ターンオフに必要な高い分離抵抗が確保でき、空乏層の
拡がりが分離溝により制限されないため、高い順方向耐
圧も確保された逆導通ＧＴＯサイリスタを得ることがで
きる。
第１図は本発明の一実施例の不純物濃度分布図、第２図
は通常のＧＴＯサイリスタの動作を説明する断面図、第
３図は本発明の実施例の対象となる逆導通ＧＴＯサイリ
スタの断面図、第４図は従来の逆導通ＧＴＯサイリスタ
の不純物濃度分布図である。 １：シリコン基板、６：分離溝、10：ＧＴＯ部、20：Di
部。
は通常のＧＴＯサイリスタの動作を説明する断面図、第
３図は本発明の実施例の対象となる逆導通ＧＴＯサイリ
スタの断面図、第４図は従来の逆導通ＧＴＯサイリスタ
の不純物濃度分布図である。 １：シリコン基板、６：分離溝、10：ＧＴＯ部、20：Di
部。
Claims (1)
- 【請求項１】ｎ型半導体基体に形成したｐｎｐｎ４層を
有するゲートターンオフサイリスタ部とｐｎ２層を有す
るダイオード部の間に幅２乃至４mmの分離溝を備えたも
のにおいて、ゲートターンオフサイリスタ部のｐベース
層とダイオード部のｐ層が複数の不純物の拡散によって
基板表面に近い側の濃度勾配の大きい高濃度部と表面よ
り遠い側の濃度勾配の小さい低濃度部からなり、さらに
低濃度部は、最高順電圧印加時の空乏層が低濃度部を越
えて高濃度部へ延びないような不純物濃度分布を有し、
かつ低濃度部と分離溝の底面の間における横方向抵抗が
１００乃至２００Ωである分離溝を備えたことを特徴と
する逆導通ゲートターンオフサイリスタ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61214506A JPH0658962B2 (ja) | 1986-09-11 | 1986-09-11 | 逆導通ゲ−トタ−ンオフサイリスタ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61214506A JPH0658962B2 (ja) | 1986-09-11 | 1986-09-11 | 逆導通ゲ−トタ−ンオフサイリスタ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6370456A JPS6370456A (ja) | 1988-03-30 |
| JPH0658962B2 true JPH0658962B2 (ja) | 1994-08-03 |
Family
ID=16656841
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP61214506A Expired - Lifetime JPH0658962B2 (ja) | 1986-09-11 | 1986-09-11 | 逆導通ゲ−トタ−ンオフサイリスタ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0658962B2 (ja) |
Family Cites Families (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS582459B2 (ja) * | 1975-05-16 | 1983-01-17 | 三菱電機株式会社 | 逆導通サイリスタ |
| JPS5383480A (en) * | 1976-12-28 | 1978-07-22 | Mitsubishi Electric Corp | Semiconductor device |
| JPS5624972A (en) * | 1979-08-07 | 1981-03-10 | Mitsubishi Electric Corp | Thyristor |
| JPS58127377A (ja) * | 1982-01-25 | 1983-07-29 | Mitsubishi Electric Corp | サイリスタ |
| JP2557818B2 (ja) * | 1984-03-16 | 1996-11-27 | 株式会社東芝 | 逆導通ゲ−トタ−ンオフサイリスタ装置 |
-
1986
- 1986-09-11 JP JP61214506A patent/JPH0658962B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6370456A (ja) | 1988-03-30 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
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| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
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Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
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| EXPY | Cancellation because of completion of term |