JPH0691246B2 - Semiconductor device - Google Patents

Semiconductor device

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JPH0691246B2
JPH0691246B2 JP60193646A JP19364685A JPH0691246B2 JP H0691246 B2 JPH0691246 B2 JP H0691246B2 JP 60193646 A JP60193646 A JP 60193646A JP 19364685 A JP19364685 A JP 19364685A JP H0691246 B2 JPH0691246 B2 JP H0691246B2
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outermost layer
shaped
region
unit
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英樹 宮崎
三郎 及川
宏 福井
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Description

【発明の詳細な説明】 (発明の利用分野) 本発明はゲートターンオフサイリスタやトランジスタな
どの半導体スイッチング装置に係り、特にその最大遮断
電流を大きくするに好適な半導体装置に関する。
Description: BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor switching device such as a gate turn-off thyristor and a transistor, and more particularly to a semiconductor device suitable for increasing its maximum breaking current.

(発明の背景) 大容量のゲートターンオフサイリスタ(以下、GTOと略
称)やトランジスタは、nエミッタ層を1個以上のほぼ
一定幅の細長い短冊状から成るものとし、これに隣接す
るベース層と共に半導体基体の一方の主表面に露出せし
め、各短冊状領域には一方の主電極が低抵抗接触され、
また前記ベース層には各短冊状領域を実質的に取り囲む
ように制御電極が低抵抗接触され、さらに、半導体基体
の他方の主表面には他方の主電極が低抵抗接触され、各
電極が夫々一対の主端子と制御端子に接続された構成と
なっている。
(Background of the Invention) A large-capacity gate turn-off thyristor (hereinafter abbreviated as GTO) or transistor has an n-emitter layer composed of one or more strips each having a substantially constant width, and a semiconductor layer together with a base layer adjacent thereto. It is exposed on one main surface of the substrate, and one main electrode is brought into low resistance contact with each strip-shaped region,
A control electrode is brought into low resistance contact with the base layer so as to substantially surround each strip-shaped region, and the other main electrode is brought into low resistance contact with the other main surface of the semiconductor substrate. It is connected to a pair of main terminals and control terminals.

以下GTOを例に採って、そのターンオフ動作を説明す
る。
The turn-off operation will be described below by taking the GTO as an example.

上記構造を有するGTOのターンオフ動作は、良く知られ
ているように、半導体基体の中に蓄積された電子、正孔
などの過剰キャリアを負のゲート電流によって素早く外
部に排除することで起る。
The turn-off operation of the GTO having the above structure occurs, as is well known, by rapidly excluding excess carriers such as electrons and holes accumulated in the semiconductor substrate to the outside by a negative gate current.

そして、電流の導通領域からゲート電流をできるだけ引
き出し易くして、ターンオフを速くするために、上記の
ように周囲をゲート電極で取り囲んだ、細長い短冊状の
カソードエミッタ層(以下、単位GTOと略称する)構造
を採用し、これを電流容量に応じて半導体基体内に多数
並置している。
Then, in order to make it easy to draw the gate current from the current conducting region as much as possible and to speed up the turn-off, an elongated strip-shaped cathode emitter layer (hereinafter, abbreviated as a unit GTO) is surrounded by the gate electrode as described above. ) Structure is adopted, and a large number of such structures are juxtaposed in the semiconductor substrate according to the current capacity.

大容量化に適した単位GTOの配置として、半導体基体内
に、同心円状かつ多重リング状に、単位GTOを配置した
構造が従来から考案されている(特願昭54−84964号及
び特開昭56−131955号など参照)。
As a unit GTO arrangement suitable for large capacity, a structure in which unit GTOs are arranged concentrically and in multiple rings in a semiconductor substrate has been devised conventionally (Japanese Patent Application No. 54-84964 and Japanese Patent Laid-Open No. Sho. 56-131955, etc.).

しかし、前記のような従来構造にも限界があり、半導体
基体の寸法が大きくなるにしたがって、単位GTOの数を
増しても所望の最大遮断電流を得ることができないとい
う問題が生じている。
However, the conventional structure as described above also has a limit, and as the size of the semiconductor substrate increases, a problem arises in that the desired maximum breaking current cannot be obtained even if the number of unit GTOs is increased.

本発明者等が、その最大遮断電流が単位GTOの数に比例
して増大しない原因を究明した結果、半導体基体が大口
径になるにしたがい、半導体基体の面内での単位GTOの
ターンオフ動作の不均一が大きくなり、ターンオフ動作
の一番遅れている単位GTOに、先にターンオフ動作した
単位GTOから電流が移ってきて、電流集中を生じるため
であることが分った。
As a result of investigating the cause that the maximum cutoff current does not increase in proportion to the number of unit GTOs, the present inventors have found that as the semiconductor substrate has a larger diameter, the turn-off operation of the unit GTO in the plane of the semiconductor substrate is It was found that the nonuniformity became large and the current was transferred from the unit GTO that was turned off first to the unit GTO that was the most delayed in the turn-off operation, causing current concentration.

また、半導体基体内の単位GTO間のターンオフ動作の不
均一が大きくなる原因には2つあることが分った。
Further, it was found that there are two causes for increasing the nonuniformity of the turn-off operation between the unit GTOs in the semiconductor substrate.

1つは、単位GTOそのものの特性のばらつきが大きくな
っていることである。製作プロセスにおいて、半導体基
体の外周部は、熱歪等によって、その中心部よりキャリ
アのライフタイムが短かくなる傾向にあり、半導体基体
を大口径化することにより、外周部と中心部との距離が
大となって、その分特性のばらつきも大きくなるもので
ある。
One is that there is a large variation in the characteristics of the unit GTO itself. In the manufacturing process, the outer peripheral portion of the semiconductor substrate tends to have a shorter carrier lifetime than the central portion due to thermal strain and the like. By increasing the diameter of the semiconductor substrate, the distance between the outer peripheral portion and the central portion is increased. Becomes larger, the variation in the characteristics becomes larger accordingly.

もう一つの原因は、制御電極接続部(外部リード端子)
からみた各単位GTOの制御電極のインピーダンス差によ
ってそれぞれの単位GTOに分配されるゲート電流に不均
一が生じていることである。
Another cause is control electrode connection (external lead terminal)
This is because the gate current distributed to each unit GTO is nonuniform due to the impedance difference of the control electrodes of each unit GTO.

前述したように、大容量GTOでは、一方の主表面に主電
極と制御電極が露出され、それぞれが圧接によって外部
への取り出し端子に低抵抗接触されている。
As described above, in the large-capacity GTO, the main electrode and the control electrode are exposed on one of the main surfaces, and each is brought into low resistance contact with the lead-out terminal to the outside by pressure welding.

この場合、両者を全面圧接しようとすると、圧接電極を
微細化する必要があり、その位置合せも難かしくなるの
で、主電極のみを全面圧接し、制御電極は部分圧接で外
部リード端子に接続されるのが普通である。
In this case, when trying to press the both surfaces together, it is necessary to miniaturize the pressure contact electrodes, and it becomes difficult to align them.Therefore, only the main electrodes are pressed against the entire surface, and the control electrodes are connected to the external lead terminals by partial pressure contact. It is normal to

このため、部分圧接された近傍の単位GTOに対して、部
分圧接部から遠く離れた単位GTOのゲート電流は、半導
体基体に設けられた制御電極を通って流れる距離が長く
なり、その間のインピーダンスの差によって、それぞれ
の単位GTOに流れるゲート電流に不均一が生じるもので
ある。
For this reason, the gate current of the unit GTO far away from the partial pressure contact portion has a longer distance to flow through the control electrode provided on the semiconductor substrate, and the impedance of the unit GTO near the partial pressure contact portion becomes longer. Due to the difference, the gate current flowing in each unit GTO becomes non-uniform.

以上のような要因によって、従来構造においては半導体
基体を大口径化しても、それに比例した所望の遮断電流
を得られないという問題があった。
Due to the above factors, there is a problem in the conventional structure that even if the diameter of the semiconductor substrate is increased, a desired breaking current proportional to the diameter cannot be obtained.

(発明の目的) 本発明の目的は、自己遮断機能を有する半導体装置に係
り、特にオン電圧等の他の特性に影響を及ぼすことな
く、遮断電流を大きくすることのできる半導体装置を提
供することにある。
(Object of the Invention) An object of the present invention relates to a semiconductor device having a self-interrupting function, and in particular to provide a semiconductor device capable of increasing the interrupting current without affecting other characteristics such as ON voltage. It is in.

(発明の概要) 本発明の特徴とするところは、半導体基体の1対の主表
面間に、交互に、導電型を異にする、少なくとも3つの
半導体層が順次積層され、一方の最外層は、短冊状領域
に分割され、かつ互いに分離されて一方の主表面に露出
し、前記最外層に隣接する中間層は、前記短冊状領域を
取り囲むように、一方の主表面に露出し、短冊状の各一
方最外層及び他方の最外層には、それぞれ主電極が低抵
抗接触し、前記中間層には制御電極が低抵抗接触し、短
冊状の各一方最外層は制御電極のリード接続部に対して
多重配列されている半導体装置において、前記リード接
続部に近接して配列された、前記短冊状の一方最外層を
含む各単位GTO間の、各制御電極から外部リード端子に
至るインピーダンスの差(ばらつき)は、前記リード接
続部から離れて配列された各単位GTO間の前記インピー
ダンス差に比較して、本来的に小さいという新規な知見
に基づき、前記リード接続部から離れて配列された各単
位GTOにおけるキャリアのライフタイムを、前記リード
接続部の近傍に配列された各単位GTOにおけるキャリア
のライフタイムに比較して実質的に短くすることによ
り、前記リード接続部から遠い位置にある各単位GTO
が、近い位置にあるものよりも早期にターンオフし、こ
れによって前記リード接続部から近い位置にある各単位
GTOにターンオフ最終時の電流を集中させ、最後に残っ
た各単位GTOを実質的に同時にターンオフさせるように
構成した点にある。
(Summary of the Invention) A feature of the present invention is that at least three semiconductor layers having different conductivity types are alternately laminated between a pair of main surfaces of a semiconductor substrate, and one outermost layer is , The strip-shaped regions are separated from each other and exposed on one main surface, and the intermediate layer adjacent to the outermost layer is exposed on the one main surface so as to surround the strip-shaped regions and strip-shaped. Each of the outermost layer and the other outermost layer of the main electrode has a low resistance contact with each other, the control electrode has a low resistance contact with the intermediate layer, each strip-shaped one outermost layer is a lead connection portion of the control electrode. In the case of multiple semiconductor devices arranged in parallel, the difference in impedance from each control electrode to the external lead terminal between each unit GTO arranged adjacent to the lead connection portion and including the strip-shaped one outermost layer. (Variation) is the lead connection part Compared to the impedance difference between each unit GTO arranged away from, based on the new finding that is originally small, the lifetime of the carrier in each unit GTO arranged away from the lead connection, By substantially shortening the carrier lifetime in each unit GTO arranged in the vicinity of the lead connecting portion, each unit GTO at a position far from the lead connecting portion
Turn off earlier than the closer ones, which results in each unit closer to the lead connection.
The point is that the current at the end of turn-off is concentrated on the GTO, and the last remaining unit GTOs are turned off at substantially the same time.

本発明者等の検討結果によれば、各単位GTOの瞬時の遮
断電流は非常に大きく、ターンオフ最終時における並列
動作を均一化すれば、全体的な遮断電流を大幅に増大で
きることが分ったからである。
According to the results of the study by the present inventors, the instantaneous breaking current of each unit GTO is very large, and if the parallel operation at the final turn-off is made uniform, the entire breaking current can be greatly increased. Is.

また、本発明の他の特徴は、前記短冊状の一方最外層の
幅を狭くするほど、各単位GTO間の定常導通時の電流お
よびターンオフ最終時の分担電流を均一化できるという
事実に基づき、前記リード接続部の近傍に配列された各
単位GTOの前記一方最外層の幅を、前記リード接続部か
ら離れて配列された各単位GTOのそれよりも狭く構成
し、これによって、特にターンオフ最終時の分担電流の
一層の均一化をはかった点にある。
Further, another feature of the present invention is based on the fact that the narrower the width of the strip-shaped one outermost layer is, the more uniform the current at the time of steady conduction between the unit GTOs and the shared current at the end of turn-off can be. The width of the one outermost layer of each unit GTO arranged in the vicinity of the lead connection part is configured to be narrower than that of each unit GTO arranged apart from the lead connection part. This is the point that the sharing current of 1 was further homogenized.

(発明の実施例) 以下、本発明をGTOに適用した場合の一実施例を添付の
図面を参照して説明する。
(Embodiment of the Invention) An embodiment in which the present invention is applied to a GTO will be described below with reference to the accompanying drawings.

第1〜第2図は本発明の一実施例である。第1図はGTO
のカソード側平面パターンを四半分にして示す図であ
り、ゲート接続部C1を、リング状かつ多重同心円状に配
列された単位GTO配列の中間に設けた、いわゆる中間リ
ングゲート構造の場合を示している。第2図は、第1図
のA−A′線に沿う断面図である。
1 and 2 show an embodiment of the present invention. Figure 1 shows GTO
FIG. 4B is a diagram showing a cathode side plane pattern of a quadrant, showing a case of a so-called intermediate ring gate structure in which a gate connection portion C 1 is provided in the middle of a unit GTO array arranged in a ring shape and multiple concentric circles. ing. FIG. 2 is a sectional view taken along the line AA ′ of FIG.

当業者には周知であり、また第2図の断面図から分るよ
うに、半導体基体1の内部にはpエミッタ層11,nベース
層12,pベース層13,およびnエミッタ層14が形成され、
前記各層間にはサイリスタ動作をするために必要なpn接
合が形成されている。
As is well known to those skilled in the art, and as can be seen from the sectional view of FIG. 2, a p-emitter layer 11, an n-base layer 12, a p-base layer 13, and an n-emitter layer 14 are formed inside the semiconductor substrate 1. Is
A pn junction necessary for performing a thyristor operation is formed between the layers.

そして、pエミッタ層11にはアノード電極20が、nエミ
ッタ層14にはカソード電極2が、またpベース層13には
ゲート電極3およびゲート接続部C1がそれぞれ導電接続
されている。
An anode electrode 20 is conductively connected to the p emitter layer 11, a cathode electrode 2 is conductively connected to the n emitter layer 14, and a gate electrode 3 and a gate connecting portion C 1 are conductively connected to the p base layer 13, respectively.

ここで、図示したように、ゲート接続部C1に近接する領
域を領域IIとし、他の領域を領域I及び領域IIIとする
と、領域IIのライフタイムに対して領域I及び領域III
の実質的なライフタイムが短かくなるように構成されて
いる。
Here, as shown in the figure, when the region close to the gate connection portion C 1 is defined as the region II and the other regions are defined as the regions I and III, the lifetime of the region II corresponds to the regions I and III.
Is configured to have a substantially shorter lifetime.

このような領域IIと領域I及びIIIのライフタイムコン
トロールが、例えば金等の重金属−すなわち、ライフタ
イムキラーの選択拡散の他、電子線やγ線を選択的に照
射することによって容易に実現できることは、当業者に
は良く知られているところである。
Such lifetime control of the region II and the regions I and III can be easily realized by selectively irradiating an electron beam or γ-ray in addition to selective diffusion of heavy metal such as gold, that is, lifetime killer. Are well known to those skilled in the art.

また、第5図(a)(b)に示すように、pエミッタ11
の1部に高濃度のn+層領域を設ける、いわゆるpエミッ
タ短絡構造にして、その短絡幅を変えることによって
も、実質的なライフタイムのコントロールを容易に実現
できるものである。
In addition, as shown in FIGS.
By providing a high-concentration n + layer region in a part of the so-called p-emitter short-circuit structure and changing the short-circuit width, substantial life time control can be easily realized.

第5図(a)は領域IおよびIIIの−すなわち、第1図
のB−B′,E−E′線にそう断面図であり、同図(b)
は領域IIの−すなわち、第1図のC−C′,D−D′線に
そう断面図である。これら両図の比較から明らかなよう
に、pエミッタ層11の短絡幅(n+層の大きさ)を大きく
することにより、タイムライフを短くすることができ
る。
FIG. 5 (a) is a sectional view of regions I and III--that is, taken along line BB ', EE' in FIG. 1, and FIG. 5 (b).
2 is a sectional view of region II--that is, taken along the line CC ′, DD ′ in FIG. As is clear from the comparison between these figures, the time life can be shortened by increasing the short-circuit width of the p-emitter layer 11 (size of the n + layer).

次に、以上に図示し、かつ説明したような構造のGTOの
ターンオフ動作について説明する。
Next, the turn-off operation of the GTO having the structure shown and described above will be described.

最初に、GTOにターンオフ信号が入る直前の状態につい
て説明する。ゲート接続部に近接した領域IIと他の領域
I及びIIIの各単位GTOに流れている電流は、実質的なラ
イフタイムの差により、領域IIの方が大きくなってい
る。
First, the state immediately before the turn-off signal is input to the GTO will be described. The current flowing in each unit GTO in the region II adjacent to the gate connection portion and the other regions I and III is larger in the region II due to the substantial difference in lifetime.

このような状態で、ゲート電極3とカソード電極2間に
ターンオフ用のゲート電流が流入すると、元々電流が少
なく、しかもライフタイムの短かい領域I及び領域III
の各単位GTOが先にターンオフし、そこに流れていた電
流は、ゲート接続部C1に近接した領域IIの各単位GTOに
移動してくる。
When a turn-off gate current flows between the gate electrode 3 and the cathode electrode 2 in such a state, the current is originally small and the regions I and III have a short lifetime.
Each unit GTO of 1 turns off first, and the current flowing there moves to each unit GTO of the region II close to the gate connection C 1 .

ところで、領域IIはゲート接続部C1の近くに位置してい
るので、この領域IIに含まれる各単位GTO間の各制御電
極から外部リード端子に至るインピーダンスの差(ばら
つき)は、前記ゲート接続部C1から比較的遠くにある領
域IおよびIIIに含まれる各単位GTO間のそれに較べて本
来的に小さい。
By the way, since the region II is located near the gate connection portion C 1 , the difference (variation) in impedance from each control electrode between each unit GTO included in this region II to the external lead terminal is equal to the above-mentioned gate connection. It is inherently smaller than that between the unit GTOs included in regions I and III relatively far away from section C 1 .

それ故に、ターンオフ終期における領域II内のターンオ
フ動作が均一化され、結果的に全体的な最大遮断電流を
改善することができる。
Therefore, the turn-off operation in the region II at the end of turn-off is made uniform, and as a result, the overall maximum cutoff current can be improved.

本発明の第2の実施例は、さらに、領域II内における各
単位GTOの最外層短冊状領域の幅を、領域IおよびIII内
の各単位GTOのそれよりも狭く構成し、領域II内の各単
位GTO間の分担電流均一化と、ターンオフ最終時の並列
動作均一化とをはかることによって、最大遮断電流改善
効果をより一層大としたものである。
The second embodiment of the present invention further configures the width of the outermost strip area of each unit GTO in the area II to be narrower than that of each unit GTO in the areas I and III. The equalization of the shared current among the unit GTOs and the equalization of the parallel operation at the end of turn-off make the effect of improving the maximum breaking current even greater.

以下に、本発明の第2の実施例について、第3〜第4図
を参照して説明する。第3図は、本発明の第2実施例に
おける各領域I〜IIIの各単位GTOの構造を説明する断面
図であり、同図(a),(b)はそれぞれ第1図のB−
B′,E−E′線およびC−C′,D−D′線に沿う断面図
である。
The second embodiment of the present invention will be described below with reference to FIGS. FIG. 3 is a sectional view for explaining the structure of each unit GTO in each of the regions I to III in the second embodiment of the present invention, and FIGS. 3 (a) and 3 (b) are respectively B- of FIG.
It is sectional drawing which follows the B ', EE' line and CC ', DD' line.

第3図(a)(b)の対比から分るように、両者の違い
は、nエミッタ層14の幅である。すなわち、同図(b)
に示した、ゲート接続部C1に近接した領域IIに属する単
位GTOのnエミッタ層14の幅X2は、同図(a)の、領域
I及びIIIに属する単位GTOのnエミッタ層14の幅X1より
狭くなっていることである。
As can be seen from the comparison between FIGS. 3A and 3B, the difference between the two is the width of the n emitter layer 14. That is, FIG.
The width X2 of the n-emitter layer 14 of the unit GTO belonging to the region II adjacent to the gate connection portion C 1 shown in FIG. 2 is the width of the n-emitter layer 14 of the unit GTO belonging to regions I and III of FIG. It is narrower than X1.

なお、ゲート耐圧の向上及びカソード電極2の圧接領域
を広くするために、半導体基体1のカソート側露出表面
のpベース層13とnエミッタ層14の一部に、SiO2の絶縁
膜4を形成しており、第3図(a)及び(b)のカソー
ド電極2の幅は同一になっている。
In order to improve the gate breakdown voltage and to widen the pressure contact area of the cathode electrode 2, an insulating film 4 of SiO 2 is formed on a part of the p base layer 13 and the n emitter layer 14 on the exposed surface of the semiconductor substrate 1 on the side of the castor. Therefore, the widths of the cathode electrodes 2 shown in FIGS. 3A and 3B are the same.

第4図は、単位GTO間の並列動作を説明するために図示
したものである。第4図に示されるように、単位GTO間
はnエミッタ層14を除くと、すべてが共通になってい
る。
FIG. 4 is shown in order to explain the parallel operation between unit GTOs. As shown in FIG. 4, all the GTOs are common except for the n emitter layer 14.

ここで、素子Bに流れるアノード電流iBに比較して素子
Aに流れるアノード電流iAが大きくなったと仮定する
と、素子Aの接合J31の電位V31は、素子Bの接合J32
電位V32より高くなる。
Assuming that the anode current iA flowing through the element A is larger than the anode current iB flowing through the element B, the potential V 31 of the junction J 31 of the element A is the potential V 32 of the junction J 32 of the element B. Get higher.

そのために、素子Aのアノード電流iAの一部は、ゲート
電極3を介して素子Bの接合J32に流れ込む。すなわ
ち、素子Bにとっては、第4図に示したような、付加的
なゲート電流iGAが流れることになる。
Therefore, a part of the anode current iA of the element A flows into the junction J 32 of the element B via the gate electrode 3. That is, for the device B, an additional gate current iGA as shown in FIG. 4 flows.

この結果、素子Bの注入効率が増大し、そこに流れるア
ノード電流iBが増加すると共に、素子Aは注入効率が低
下するので、そこに流れるアノード電流iAが減少するこ
とになる。このようにして、並列接続された単位GTOに
は、両者の分担電流が均一になろうとする働きがある。
As a result, the injection efficiency of the device B increases, the anode current iB flowing therethrough increases, and the injection efficiency of the device A decreases, so that the anode current iA flowing therethrough decreases. In this way, the unit GTOs connected in parallel have a function of trying to make the shared currents of both parties uniform.

そして、nエミッタ層14の幅Xが狭ければ狭い程、分担
電流を均一化する作用は大きくなる傾向にある。
Then, the narrower the width X of the n-emitter layer 14 is, the larger the effect of equalizing the shared current tends to be.

すなわち、J31,J32接合の、ゲート電極3に近接した端
部の電位V31とV32は、前述のように、ゲート電極3によ
って等電位化されるが、各nエミッタ層14の幅Xの中央
領域のJ31,J32接合の電位V31′とV32′は、pベース層
13の横方向抵抗で電圧降下を生じるために、電位差が生
じており、このために前記分担電流均一化作用か弱めら
れようとするが、nエミッタ層14の幅Xを狭くすること
によって、その電位差を小さく出来、したがって、前記
分担電流均一化作用を維持できるためである。
That is, the potentials V 31 and V 32 at the ends of the J 31 and J 32 junctions close to the gate electrode 3 are equalized by the gate electrode 3 as described above, but the width of each n emitter layer 14 is different. The potentials V 31 ′ and V 32 ′ of the J 31 and J 32 junctions in the central region of X are p base layer.
A potential difference is generated due to a voltage drop due to the lateral resistance of 13, and it is attempted to weaken the shared current equalizing effect due to this, but by narrowing the width X of the n emitter layer 14, This is because the potential difference can be reduced, and thus the shared current equalizing effect can be maintained.

以上述べたように、nエミッタ層14の幅Xを狭くするこ
とは、半導体基体1の製作プロセスで生じる特性のばら
つきを補正し、各単位GTOの文担体電流を均一化する効
果がある。このため、本発明の領域IIの各単位GTOに流
れている電流は、領域IおよびIIIに較べて格段に均一
化されている。
As described above, narrowing the width X of the n-emitter layer 14 has the effect of correcting variations in characteristics that occur during the manufacturing process of the semiconductor substrate 1 and making the unit carrier currents of each unit GTO uniform. Therefore, the current flowing in each unit GTO in the region II of the present invention is much more uniform than in the regions I and III.

このような状態から、領域IIは、領域IおよびIIIに引
きつゞいてターンオフに至る。そして、領域IIはゲート
接続部C1に近接した領域にあるので各単位GTO間の各制
御電極から外部リード端子に至るインピーダンスの差
(ばらつき)の影響を受けることなく、各単位GTO間の
ターンオフ動作も均一化されるので、遮断電流が大幅に
増大するものである。
From this state, the region II is pulled to the regions I and III and reaches the turn-off state. Further, since the region II is in the region close to the gate connection part C 1 , the turn-off between the unit GTOs is not affected by the difference (variation) in the impedance from each control electrode between the unit GTOs to the external lead terminal. Since the operation is also made uniform, the breaking current is greatly increased.

以上述べたごとく、本発明の半導体装置では、ターンオ
フ時の電流を一旦は全体の約1/3の領域IIに集中させて
いるにもかかわらず、遮断電流を従来の約1800Aから300
0A以上に増大することが出来た。
As described above, in the semiconductor device of the present invention, although the current at the time of turn-off is once concentrated in the region II of about 1/3 of the whole, the breaking current is about 1800A to 300
We were able to increase it to over 0A.

第1図で示した短冊状の各1本で構成される単位GTO単
体での遮断電流は、約80A以上と大きく、それらの並列
動作が改善されたことにより、前記の改善が実現された
ものと推測される。
The cut-off current of a single unit GTO composed of each strip shown in Fig. 1 is as large as about 80 A or more, and the improvement in parallel operation has realized the above improvement. Presumed to be.

なお、もし、大容量GTOを構成するすべての単位GTOのn
エミッタ層14の幅Xを狭くするならば、ターンオフ前の
各単位GTOの分担電流は均一化されるであろう。
If all the unit GTOs that make up the large capacity GTO are n
If the width X of the emitter layer 14 is narrowed, the sharing current of each unit GTO before turn-off will be made uniform.

しかしながら、ターンオフ時は、それぞれの制御電極か
ら外部リード端子に至るインピーダンスが各単位GTOの
位置によって異なるので、ターンオフ動作にばらつきが
生じる。このため、ただ単に単位GTOのnエミッタの幅
を狭くするだけでは、従来の問題点を充分に解決するこ
とは出来ない。
However, at the time of turn-off, the impedance from each control electrode to the external lead terminal varies depending on the position of each unit GTO, so that the turn-off operation varies. For this reason, the conventional problems cannot be sufficiently solved by simply narrowing the width of the n emitter of the unit GTO.

以上では、本発明をGTOに適用した場合について説明し
たが、本発明がトランジスタにも適用できることは明ら
かである。
Although the case where the present invention is applied to the GTO has been described above, it is obvious that the present invention can also be applied to the transistor.

(発明の効果) 以上説明したように、本発明によれば、前記リード接続
部から離れて配列された各単位GTOにおけるキャリアの
ライフタイムを、前記リード接続部の近傍に配列された
各単位GTOにおけるキャリアのライフタイムに比較して
実質的に短くすることにより、前記リード接続部から遠
い位置にある各単位GTOが、近い位置にあるものよりも
早期にターンオフし、これによって前記リード接続部か
ら近い位置にある各単位GTOにターンオフ最終時の電流
を集中させ、最後に残った各単位GTOを実質的に同時に
ターンオフさせるように構成したので、最大遮断電流を
大きくすることができる。
(Effect of the Invention) As described above, according to the present invention, the lifetime of the carrier in each unit GTO arranged apart from the lead connection unit is set to the unit GTO arranged in the vicinity of the lead connection unit. By substantially shortening the carrier lifetime in, the unit GTOs located far from the lead connection will turn off earlier than those located closer, thereby removing the lead connection from the lead connection. Since the current at the end of turn-off is concentrated on the unit GTOs located close to each other and the last-remaining unit GTOs are turned off substantially at the same time, the maximum breaking current can be increased.

さらに、前記リード接続部の近傍に配列された各単位GT
Oの前記一方最外層の幅を、前記リード接続部から離れ
て配列された各単位GTOのそれよりも狭く構成し、これ
によって、特にターンオフ最終時の分担電流の一層の均
一化をはかることにより、最大遮断電流を大きくするこ
とができる。
Furthermore, each unit GT arranged near the lead connection portion
By configuring the width of the one outermost layer of O to be narrower than that of each unit GTO arranged apart from the lead connection portion, thereby further equalizing the shared current particularly at the end of turn-off. The maximum breaking current can be increased.

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

第1図は、本発明に係るGTOの四半分のカソード側平面
パターンを示す平面図、第2図は第1図のA−A′線に
沿う断面図、第3図(a)(b)は、本発明の第2実施
例における、第1図のB−B′、E−E′線およびC−
C′,D−D′線に沿う断面図、第4図は単位GTOの並列
動作を説明するためのGTOの断面図、第5図(a)
(b)は、本発明の第1の実施例における、第1図のB
−B′,E−E′線およびC−C′,D−D′線に沿う断面
図である。 1…半導体基体、2…カソード電極、3…ゲート電極、
13…pベース層、14…nエミッタ層、20…アノード電
極、C1…ゲート接続部
FIG. 1 is a plan view showing a cathode side plane pattern of a quarter of a GTO according to the present invention, FIG. 2 is a sectional view taken along the line AA ′ of FIG. 1, and FIGS. 3 (a) and 3 (b). Are lines BB ', EE' and C- of FIG. 1 in the second embodiment of the present invention.
Sectional view taken along the lines C'and DD ', FIG. 4 is a sectional view of the GTO for explaining the parallel operation of the unit GTOs, and FIG. 5 (a).
(B) is B of FIG. 1 in the first embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a cross-sectional view taken along the lines -B ', EE' and the lines CC ', DD'. 1 ... Semiconductor substrate, 2 ... Cathode electrode, 3 ... Gate electrode,
13 ... p base layer, 14 ... n emitter layer, 20 ... anode electrode, C 1 ... gate connection part

フロントページの続き (72)発明者 福井 宏 茨城県日立市久慈町4026番地 株式会社日 立製作所日立研究所内 (56)参考文献 特開 昭57−201077(JP,A) 特開 昭59−86260(JP,A) 特開 昭58−206159(JP,A) 特開 昭59−99769(JP,A) 特開 昭48−47779(JP,A) 特開 昭51−74586(JP,A) 特開 昭61−102065(JP,A) 特開 昭60−220971(JP,A)Front Page Continuation (72) Inventor Hiroshi Fukui 4026 Kuji-machi, Hitachi City, Ibaraki Prefecture Hitachi Research Laboratory, Hitachi Co., Ltd. (56) Reference JP-A-57-201077 (JP, A) JP-A-59-86260 ( JP, A) JP 58-206159 (JP, A) JP 59-99769 (JP, A) JP 48-47779 (JP, A) JP 51-74586 (JP, A) JP 61-102065 (JP, A) JP-A-60-220971 (JP, A)

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】半導体基体の一対の主表面間に、交互に導
電型を異にする少なくとも3つの半導体層が順次積層さ
れ、一方の最外層は短冊状領域に分割され、かつ互いに
分離されて一方の主表面に露出し、前記最外層に隣接す
る中間層は、前記短冊状領域を取り囲むように一方の主
表面に露出し、短冊状の各一方最外層及び他方の最外層
には、それぞれ主電極が低抵抗接触し、前記中間層には
制御電極が低抵抗接触し、これによって各短冊状領域ご
とに単位半導体素子が形成され、かつ短冊状の各一方最
外層は制御電極のゲートリード接続部に対して多重配列
されている半導体装置において、 前記ゲートリード接続部に近接して配列された前記短冊
状最外層領域を含む単位半導体素子部分のターンオフタ
イミングを、前記ゲートリード接続部から離れて配列さ
れた前記短冊状最外層領域を含む単位半導体素子部分の
それよりも遅らせ、かつ前記ゲートリード接続部に近接
配列された単位半導体素子部分の前記短冊状領域の幅
を、前記ゲートリード接続部から離れて配列された単位
半導体素子部分の前記短冊状領域の幅よりも狭く構成し
て、当該近接配列された単位半導体素子部分のターンオ
フ動作を均一化したことを特徴とする半導体装置。
1. At least three semiconductor layers alternately having different conductivity types are sequentially laminated between a pair of main surfaces of a semiconductor substrate, and one outermost layer is divided into strip regions and separated from each other. The intermediate layer exposed on one of the main surfaces and adjacent to the outermost layer is exposed on one of the main surfaces so as to surround the strip-shaped region, and each strip-shaped one outermost layer and the other outermost layer respectively. The main electrode is in low resistance contact, and the control electrode is in low resistance contact with the intermediate layer, whereby a unit semiconductor element is formed in each strip region, and each strip-shaped outermost layer is the gate lead of the control electrode. In a semiconductor device that is multiply arranged with respect to the connecting portion, the turn-off timing of the unit semiconductor element portion including the strip-shaped outermost layer region arranged in proximity to the gate lead connecting portion is set to the gate lead connecting portion. The width of the strip-shaped regions of the unit semiconductor element portions that are arranged closer to the gate lead connection portion than the width of the unit semiconductor element portion that includes the strip-shaped outermost layer regions that are arranged apart from each other. A semiconductor device characterized in that it is configured to be narrower than the width of the strip-shaped regions of the unit semiconductor element portions arranged apart from the lead connection portion so that the turn-off operations of the adjacent unit semiconductor element portions are made uniform. .
【請求項2】特許請求の範囲第1項において、前記ター
ンオフタイミングの制御は、前記ゲートリード接続部に
近接して配列された前記短冊状最外層領域を含む単位半
導体素子部分のライフタイムを、前記ゲートリード接続
部から離れて配列された前記短冊状最外層領域を含む単
位半導体素子部分のそれよりも長くすることにより行う
ことを特徴とする半導体装置。
2. The control of the turn-off timing according to claim 1, wherein a lifetime of a unit semiconductor element portion including the strip-shaped outermost layer region arranged in proximity to the gate lead connecting portion is The semiconductor device is characterized in that it is made longer than that of the unit semiconductor element portion including the strip-shaped outermost layer region arranged apart from the gate lead connection portion.
【請求項3】特許請求の範囲第2項において、前記ゲー
トリード接続部に近接して配列された前記短冊状最外層
領域を含む単位半導体素子部分のライフタイムと、その
他の領域の単位半導体素子部分のライフタイムとの差
を、短冊状の各一方の最外層とは反対の最外層に、それ
と隣接する中間層との短絡領域を設け、前記ゲートリー
ド接続部に近接配列された単位半導体素子部分の前記短
絡領域の大きさを、その他の領域の単位半導体素子部分
のそれよりも小さくすることによって実現したことを特
徴とする半導体装置。
3. The lifetime of a unit semiconductor device portion including the strip-shaped outermost layer region arranged in the vicinity of the gate lead connecting portion according to claim 2, and the unit semiconductor device of the other region. The difference between the lifetime of the part, the strip-shaped one outermost layer opposite to the outermost layer, a short-circuit region with the intermediate layer adjacent to it is provided, unit semiconductor elements arranged in proximity to the gate lead connection portion A semiconductor device realized by making the size of the short-circuited region of a part smaller than that of the unit semiconductor element part of the other region.
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