JPH0758814B2 - 電界圧縮を使用したバルクなだれ半導体スイッチ - Google Patents
電界圧縮を使用したバルクなだれ半導体スイッチInfo
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- JPH0758814B2 JPH0758814B2 JP63507757A JP50775788A JPH0758814B2 JP H0758814 B2 JPH0758814 B2 JP H0758814B2 JP 63507757 A JP63507757 A JP 63507757A JP 50775788 A JP50775788 A JP 50775788A JP H0758814 B2 JPH0758814 B2 JP H0758814B2
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Description
【発明の詳細な説明】 関連出願は、本出願と同時に提出された一連番号092,74
5号、名称“メサ構造を使用したバルクなだれ半導体ス
イッチ”である。
5号、名称“メサ構造を使用したバルクなだれ半導体ス
イッチ”である。
［背景］ 本発明は、半導体材料のブロックの全体積に亘るなだれ
作用による電力のスイッチングに関する。
作用による電力のスイッチングに関する。
電流をスイッチする一方法は、半導体材料のブロックに
２つの接点を設けることである。この半導体材料は、そ
れが絶縁体として作用するようにドープされている。レ
ーザからの光がこの半導体材料上に導かれると光導電が
発生して半導体ブロックは導通せしめられる。典型的に
は、大量の電流を流させるのに必要な量の光導電を発生
させるためには、強力な卓上レーザが必要である。この
型のスイッチの検討は、デービスの合衆国特許4,438,33
1号に包含されている。デービズは、レーザ・ダイオー
ドを用いてトリガできるスイッチを示した。
２つの接点を設けることである。この半導体材料は、そ
れが絶縁体として作用するようにドープされている。レ
ーザからの光がこの半導体材料上に導かれると光導電が
発生して半導体ブロックは導通せしめられる。典型的に
は、大量の電流を流させるのに必要な量の光導電を発生
させるためには、強力な卓上レーザが必要である。この
型のスイッチの検討は、デービスの合衆国特許4,438,33
1号に包含されている。デービズは、レーザ・ダイオー
ドを用いてトリガできるスイッチを示した。
なだれ降伏を使用する別の方法がムールーの合衆国特許
4,347,437号に示されている。ムールーは、半導体材料
にまたがって、なだれ降伏を生じさせる電圧よりは低い
高電圧を印加した。なだれ降伏は、電荷担体（すなわち
電子および正孔）が印加電界によって充分な運動エネル
ギを持つと担体が原子と衝突して原子を１つの電子／正
孔対に分離させ、それが別の電子／正孔対を発生させ、
このようにして指数的に増加する電流の流れを作り出す
ことによって発生する。ルームーは半導体材料をなだれ
降伏させるのに必要な電圧より低くバイアスする高電圧
を使用している。次でレーザを使用してなだれプロセス
を開始させる“種子”担体を発生させる。これにより、
数ピコ秒ないし１ナノ秒以上の期間に亘る完全なだれ導
電が確立される。
4,347,437号に示されている。ムールーは、半導体材料
にまたがって、なだれ降伏を生じさせる電圧よりは低い
高電圧を印加した。なだれ降伏は、電荷担体（すなわち
電子および正孔）が印加電界によって充分な運動エネル
ギを持つと担体が原子と衝突して原子を１つの電子／正
孔対に分離させ、それが別の電子／正孔対を発生させ、
このようにして指数的に増加する電流の流れを作り出す
ことによって発生する。ルームーは半導体材料をなだれ
降伏させるのに必要な電圧より低くバイアスする高電圧
を使用している。次でレーザを使用してなだれプロセス
を開始させる“種子”担体を発生させる。これにより、
数ピコ秒ないし１ナノ秒以上の期間に亘る完全なだれ導
電が確立される。
ムールーはなだれ降伏の詳細を説明していないが、彼の
装置は接点間の半導体材料を通して１あるいはそれ以上
の導電の“ストリーマ”の発生と共に更新し、このスト
リーマは半導体全体が導電するまで直径が増大するもの
と考えられる。ストリーマは接点間の導電の細い線であ
り、接点あるいは半導体材料の微視的な不規則性におい
て出現する。これらのストリーマの発生は、ストリーマ
が最初に発生する領域に大きい応力を生じるために、ス
イッチの有効寿命を制限することになろう。
装置は接点間の半導体材料を通して１あるいはそれ以上
の導電の“ストリーマ”の発生と共に更新し、このスト
リーマは半導体全体が導電するまで直径が増大するもの
と考えられる。ストリーマは接点間の導電の細い線であ
り、接点あるいは半導体材料の微視的な不規則性におい
て出現する。これらのストリーマの発生は、ストリーマ
が最初に発生する領域に大きい応力を生じるために、ス
イッチの有効寿命を制限することになろう。
ムールーの装置は、電圧が印加された時に、レーザが付
活される前に熱的に誘起された担体が導電を開始させて
しまわないように、半導体材料を極低温まで冷却する必
要がある。ムールーは、この方法を使用して３ナノ・ジ
ュールのレーザ・ダイオードでメガワットの電力を発生
したと述べている。
活される前に熱的に誘起された担体が導電を開始させて
しまわないように、半導体材料を極低温まで冷却する必
要がある。ムールーは、この方法を使用して３ナノ・ジ
ュールのレーザ・ダイオードでメガワットの電力を発生
したと述べている。
［発明の概要］ 本発明は、なだれ降伏を光学的にトリガする改良された
方法を使用したスイッチに関し、本スイッチは標準のレ
ーザ・ダイオードを使用して持続時間が100ピコ秒ある
いはそれ以上のパルスを発生することが可能であり、ま
た50オームの負荷に実質的に50ピコ秒あるいはそれ以下
の立上り時間で５キロボルトあるいはそれ以上を供給す
ることができる。半導体ブロックには両側に接点が設け
られ、それらにまたがって瞬時なだれ降伏電圧よりは低
い高電圧が印加される。次いで半導体ブロックに電磁放
射を照射する。放射の波長および半導体ブロックの吸収
深度係数は、放射の大部分の吸収深度が接点間の距離以
下となるように選択される。このトリガリングによって
光導電領域が発生し、この領域においては吸収が行なわ
れ、また光によって正孔・電子対が発生するので、放射
が吸収される領域を越える距離にまたがって殆どの高電
圧が移動する。これにより大きい電界“圧縮”すなわち
増強が得られ、半導体ブロックの残余に距離にまたがっ
てなだれ降伏が発生する。
方法を使用したスイッチに関し、本スイッチは標準のレ
ーザ・ダイオードを使用して持続時間が100ピコ秒ある
いはそれ以上のパルスを発生することが可能であり、ま
た50オームの負荷に実質的に50ピコ秒あるいはそれ以下
の立上り時間で５キロボルトあるいはそれ以上を供給す
ることができる。半導体ブロックには両側に接点が設け
られ、それらにまたがって瞬時なだれ降伏電圧よりは低
い高電圧が印加される。次いで半導体ブロックに電磁放
射を照射する。放射の波長および半導体ブロックの吸収
深度係数は、放射の大部分の吸収深度が接点間の距離以
下となるように選択される。このトリガリングによって
光導電領域が発生し、この領域においては吸収が行なわ
れ、また光によって正孔・電子対が発生するので、放射
が吸収される領域を越える距離にまたがって殆どの高電
圧が移動する。これにより大きい電界“圧縮”すなわち
増強が得られ、半導体ブロックの残余に距離にまたがっ
てなだれ降伏が発生する。
本発明の光導電なだれ半導体スイッチ（PASS）装置は、
混合された光導電・なだれモードで動作するように設計
された光付活スイッチである。光が入射する表面付近に
実質的に1016/cm3あるいはそれ以上の電子・正孔密度を
有する光導電領域を発生させるのに充分な光束を発生さ
せるために、半導体ダイオード注入レーザを使用する。
この光導電領域を発生させるために使用する光の波長
は、光吸収深度が電極間間隔のある主要部分を占めるよ
うに選択される。この導電領域の発生の直後にPASS装置
の電界は、光が入射する側とは反対の側に配置されてい
る電極付近において強められる。なだれ担体発生は、も
しこのなだれ領域内の電界および背景担体レベルが充分
に高ければ、ほぼ１ナノ秒あるいはそれ以下の後に生ず
る。典型的には電界値は、強いなだれを発生させるため
には、２×105ボルト/cm程度でなければならない。
混合された光導電・なだれモードで動作するように設計
された光付活スイッチである。光が入射する表面付近に
実質的に1016/cm3あるいはそれ以上の電子・正孔密度を
有する光導電領域を発生させるのに充分な光束を発生さ
せるために、半導体ダイオード注入レーザを使用する。
この光導電領域を発生させるために使用する光の波長
は、光吸収深度が電極間間隔のある主要部分を占めるよ
うに選択される。この導電領域の発生の直後にPASS装置
の電界は、光が入射する側とは反対の側に配置されてい
る電極付近において強められる。なだれ担体発生は、も
しこのなだれ領域内の電界および背景担体レベルが充分
に高ければ、ほぼ１ナノ秒あるいはそれ以下の後に生ず
る。典型的には電界値は、強いなだれを発生させるため
には、２×105ボルト/cm程度でなければならない。
PASS装置の設計並びに動作は、ジェラルド・ムールーの
合衆国特許4,347,347号に記載の純なだれ装置とは全く
異なる。設計上の主な差異は、選択されたレーザ駆動波
長および強度にある。PASS装置は、電極間間隔よりも実
質的に短い吸収深度を与えるべく選択された波長（典型
的には、ガリウム砒素に対して0.7ないし0.9ミクロン）
で駆動する。一方前記なだれ装置は２つの電極間の装置
全体に亘って完全に均一に浸透するような波長（典型的
には、ガリウム砒素に対して1.06ないし10ミクロン）が
選択される。加えて、PASS装置が装置のボディ内に強い
光導電領域を与えるのに充分なレーザ強度およびパルス
長を使用しているのに対して、なだれ装置はその逆であ
る。ムールーの特許においては、担体は電極間のボディ
のバルを通してなだれをトリガするだけのために注入あ
るいは蒔種し、またレーザトリガリング・エネルギ・レ
ベルはボディを通して光導電を生じさせるのに必要なレ
ベルより遥かに低い。
合衆国特許4,347,347号に記載の純なだれ装置とは全く
異なる。設計上の主な差異は、選択されたレーザ駆動波
長および強度にある。PASS装置は、電極間間隔よりも実
質的に短い吸収深度を与えるべく選択された波長（典型
的には、ガリウム砒素に対して0.7ないし0.9ミクロン）
で駆動する。一方前記なだれ装置は２つの電極間の装置
全体に亘って完全に均一に浸透するような波長（典型的
には、ガリウム砒素に対して1.06ないし10ミクロン）が
選択される。加えて、PASS装置が装置のボディ内に強い
光導電領域を与えるのに充分なレーザ強度およびパルス
長を使用しているのに対して、なだれ装置はその逆であ
る。ムールーの特許においては、担体は電極間のボディ
のバルを通してなだれをトリガするだけのために注入あ
るいは蒔種し、またレーザトリガリング・エネルギ・レ
ベルはボディを通して光導電を生じさせるのに必要なレ
ベルより遥かに低い。
動作的には、本発明のPASS装置は、一つの領域における
光導電と、第２の領域におけるなだれ発生とを使用して
電子・正孔対を作る。２つの領域は互いに他方に関係付
けられて電気的に直列に接続されている。これに対して
純なだれ装置においては、単一の時点にボディ全体に単
一のなだれ領域が作られる。
光導電と、第２の領域におけるなだれ発生とを使用して
電子・正孔対を作る。２つの領域は互いに他方に関係付
けられて電気的に直列に接続されている。これに対して
純なだれ装置においては、単一の時点にボディ全体に単
一のなだれ領域が作られる。
一般に、PASS装置は低レベルのトリガリング光束（しか
し一つの領域に集中）と、なだれモードのみで動作する
ように設計されている装置よりも低い印加バイアス電圧
を使用してスイッチできる。加えて、PASS装置は、なだ
れモードのみで動作するように設計されたスイッチより
もより迅速に且つより少ないジッタでスイッチすること
ができる。
し一つの領域に集中）と、なだれモードのみで動作する
ように設計されている装置よりも低い印加バイアス電圧
を使用してスイッチできる。加えて、PASS装置は、なだ
れモードのみで動作するように設計されたスイッチより
もより迅速に且つより少ないジッタでスイッチすること
ができる。
電界圧縮効果は、なだれ領域内に高い、比較的均一な電
界と、光による均一な“種子”担体の発生をもたらすの
で、ストリーマは最低化ないしは排除される。装置は、
なだれプロセスの本質のために約50ピコ秒のターンオン
立ち上がり時間を有する。加えて、装置の寿命は従来技
術の装置よりも遥かに長い。電界圧縮およびなだれ機構
は、普通の注入レーザ・ダイオードを用いて装置をオン
状たトリガ可能ならしめる。また、高固有抵抗の、すな
わち半絶縁性半導体ブロックを使用することが可能であ
るので極低温冷却の必要性が排除され、装置を室温で動
作させることができる。ブロック自体は半絶縁性ガリウ
ム砒素（GaAs）製とすることが好ましい。
界と、光による均一な“種子”担体の発生をもたらすの
で、ストリーマは最低化ないしは排除される。装置は、
なだれプロセスの本質のために約50ピコ秒のターンオン
立ち上がり時間を有する。加えて、装置の寿命は従来技
術の装置よりも遥かに長い。電界圧縮およびなだれ機構
は、普通の注入レーザ・ダイオードを用いて装置をオン
状たトリガ可能ならしめる。また、高固有抵抗の、すな
わち半絶縁性半導体ブロックを使用することが可能であ
るので極低温冷却の必要性が排除され、装置を室温で動
作させることができる。ブロック自体は半絶縁性ガリウ
ム砒素（GaAs）製とすることが好ましい。
一実施例においては、半絶縁性半導体（室温動作を可能
にする）を用いてより高いなだれレートを達成するため
に、放射が半導体ブロック全体に吸収されるような第２
のレーザを使用している。この第２のレーザは、電界圧
縮を生じさせるために使用される第１のレーザとは多少
無関係に、必要“種子”電荷担体を発生させるために使
用される。この実施例においては、第１および第２のレ
ーザは、同一の側から或は反対側から半導体ブロック照
射することができる。
にする）を用いてより高いなだれレートを達成するため
に、放射が半導体ブロック全体に吸収されるような第２
のレーザを使用している。この第２のレーザは、電界圧
縮を生じさせるために使用される第１のレーザとは多少
無関係に、必要“種子”電荷担体を発生させるために使
用される。この実施例においては、第１および第２のレ
ーザは、同一の側から或は反対側から半導体ブロック照
射することができる。
別の実施例においては、半導体ブロックの各側に１つず
つの２つのレーザを使用して電界圧縮を発生させる。各
レーザは、その放射が半導体ブロックの長さの半分以下
の距離内で吸収されるような波長を有する。従って、２
つレーザによる光導電領域間にはなお低い“種子”電荷
担体密度のみを有する半絶縁性領域が残されている。電
界圧縮はこの半絶縁性領域にまたがって達成され、２つ
の光導電領域間になだれ降伏を生じさせる。各レーザは
遠くまで浸透させる必要はないから、これによって低出
力レーザを使用することが可能となる。変形として、一
方の側から他方の側よりも深く浸透させるように、異る
波長のレーザを使用することも可能である。
つの２つのレーザを使用して電界圧縮を発生させる。各
レーザは、その放射が半導体ブロックの長さの半分以下
の距離内で吸収されるような波長を有する。従って、２
つレーザによる光導電領域間にはなお低い“種子”電荷
担体密度のみを有する半絶縁性領域が残されている。電
界圧縮はこの半絶縁性領域にまたがって達成され、２つ
の光導電領域間になだれ降伏を生じさせる。各レーザは
遠くまで浸透させる必要はないから、これによって低出
力レーザを使用することが可能となる。変形として、一
方の側から他方の側よりも深く浸透させるように、異る
波長のレーザを使用することも可能である。
加えて、必要とされる個々のレーザ・ダイオードの寸法
を縮小させるために、単一のレーザではなく、単一のあ
るいは複数のレーザ・アレイを一方の側あるいは両側に
使用することができる。レーザからの光は、光ファイバ
を使用して半導体ブロックへ輸送することが可能であ
る。
を縮小させるために、単一のレーザではなく、単一のあ
るいは複数のレーザ・アレイを一方の側あるいは両側に
使用することができる。レーザからの光は、光ファイバ
を使用して半導体ブロックへ輸送することが可能であ
る。
別の実施例においては、小さい値の容量（すなわち半導
体ブロックの0.16mm2の中央活性面積に対して0.5ないし
50pF）をPASS装置にまたがって並列に付加して、装置の
なだれ領域においてトリガリング後に発生するであろう
なだれ増倍率の最終レベルを増加させている。このよう
な並列容量の効果は、PASS装置のなだれ領域にまたがる
電界を、容量が欠如する場合に可能な時間よりも長い時
間に亘って維持することである。電界を長時間に亘って
高レベルに維持することによって、より多くのなだれ電
離が発生し（より高い電子・正孔対密度）、PASS装置の
より高い導電“オン”状態が達成される。
体ブロックの0.16mm2の中央活性面積に対して0.5ないし
50pF）をPASS装置にまたがって並列に付加して、装置の
なだれ領域においてトリガリング後に発生するであろう
なだれ増倍率の最終レベルを増加させている。このよう
な並列容量の効果は、PASS装置のなだれ領域にまたがる
電界を、容量が欠如する場合に可能な時間よりも長い時
間に亘って維持することである。電界を長時間に亘って
高レベルに維持することによって、より多くのなだれ電
離が発生し（より高い電子・正孔対密度）、PASS装置の
より高い導電“オン”状態が達成される。
本発明の本質および長所をより完全に理解するために、
添付図面に基づく以下の詳細な説明を参照すべきであ
る。
添付図面に基づく以下の詳細な説明を参照すべきであ
る。
［図面の簡単な説明］ 第１図は本発明によるスイッチの透視図； 第２図は本発明によるスイッチの電界圧縮効果および光
学的に透明な第１電極を示す断面図； 第３図は本発明によるスイッチの両側からの照射による
電界圧縮効果を示す断面図； 第４図はブロック全体に吸収される光を発生する第２の
レーザを有する本発明によるスイッチの断面図； 第５図は本発明によるPIN構造を示す断面図； および第６図は第１図のスイッチを制御する回路のブロ
ック線図。
学的に透明な第１電極を示す断面図； 第３図は本発明によるスイッチの両側からの照射による
電界圧縮効果を示す断面図； 第４図はブロック全体に吸収される光を発生する第２の
レーザを有する本発明によるスイッチの断面図； 第５図は本発明によるPIN構造を示す断面図； および第６図は第１図のスイッチを制御する回路のブロ
ック線図。
［好ましい実施例の詳細な説明］ 第１図は本発明によるPASSバルク・スイッチ10の透視図
である。Ｎ型GaAsであることが好ましい半導体材料のブ
ロック12には上側金属電極16および下側金属電極22（破
線で示す）を設けてある。電極16および22はそれぞれ導
線14および20によって高電圧電源18に接続されている。
ブロック12はヒートシンクとして作用するサブストレー
ト21（たとえはベリリア）上に随意的に取付けられてい
る。光ファイバ24が光線26をブロック12の頂部に導く。
である。Ｎ型GaAsであることが好ましい半導体材料のブ
ロック12には上側金属電極16および下側金属電極22（破
線で示す）を設けてある。電極16および22はそれぞれ導
線14および20によって高電圧電源18に接続されている。
ブロック12はヒートシンクとして作用するサブストレー
ト21（たとえはベリリア）上に随意的に取付けられてい
る。光ファイバ24が光線26をブロック12の頂部に導く。
スイッチ10の動作機構は第２図の断面図から理解できよ
う。高電圧は電極16と22にまたがって印加され、瞬時な
だれ降伏値よりも小さい電界をブロック12にまたがって
提示する。レーザダイオード（図示せず）から光は光フ
ァイバ・ケーブル24を通過し、図示のようにブロック12
の頂部へ光線26として導かれる。この光は領域30におい
て吸収され、正孔・電子対と、電極16および22間の距離
よりも短い光導電の領域とを作る。ブロック12の頂部の
電極16は酸化錫あるいは酸化インジウムのような“透明
な”導体で形成され、最大数ミクロン厚である。これが
半導体ブロックの活性面積内により均一な導電を可能な
らしめる。
う。高電圧は電極16と22にまたがって印加され、瞬時な
だれ降伏値よりも小さい電界をブロック12にまたがって
提示する。レーザダイオード（図示せず）から光は光フ
ァイバ・ケーブル24を通過し、図示のようにブロック12
の頂部へ光線26として導かれる。この光は領域30におい
て吸収され、正孔・電子対と、電極16および22間の距離
よりも短い光導電の領域とを作る。ブロック12の頂部の
電極16は酸化錫あるいは酸化インジウムのような“透明
な”導体で形成され、最大数ミクロン厚である。これが
半導体ブロックの活性面積内により均一な導電を可能な
らしめる。
領域30は、光により発生した電荷担体を有し、これらの
担体は電極16と22にまたがってではなく、光導電領域30
の下縁32と電極22とにまたがるバイアス電圧を効果的に
配置するように作用する。この短距離にこのバイアス電
圧によって与えられる電界は、なだれ降伏を生じさせる
のに充分に高い値となり、光導電領域30の電荷担体と電
極22との間に導電プラズマ34を導通せしめる。
担体は電極16と22にまたがってではなく、光導電領域30
の下縁32と電極22とにまたがるバイアス電圧を効果的に
配置するように作用する。この短距離にこのバイアス電
圧によって与えられる電界は、なだれ降伏を生じさせる
のに充分に高い値となり、光導電領域30の電荷担体と電
極22との間に導電プラズマ34を導通せしめる。
PASS装置は、レーザ・ダイオード駆動の必要条件を可能
な限り少なく抑え得るようにするために、“オン”状態
の連続性の所望レベルを達成するのに必要な僅かな入力
光束で動作することが好ましい。約0.16mm2の“活性”
面積を有し、電極間間隔が0.5mmであり、5,000ボルトの
バイアスを有する装置は、“オン”状態における高い導
電率に対して約20ないし200njの光束を必要とする。必
要な光束を低下させる一方向は所与の電極間間隔を有す
るPASS装置にまたがるバイアス電圧を増加させることで
ある。このより高いバイアス電圧は、装置内により高い
電界をもたらす。レーザ・トリガ・パルスが装置を照射
した後になだれ領域内に所与の電界レベルを達成するた
めにPASS装置のより小さい体積を光導電性とする必要が
あるから、大きい初期バイアス電圧は高度に望ましい。
な限り少なく抑え得るようにするために、“オン”状態
の連続性の所望レベルを達成するのに必要な僅かな入力
光束で動作することが好ましい。約0.16mm2の“活性”
面積を有し、電極間間隔が0.5mmであり、5,000ボルトの
バイアスを有する装置は、“オン”状態における高い導
電率に対して約20ないし200njの光束を必要とする。必
要な光束を低下させる一方向は所与の電極間間隔を有す
るPASS装置にまたがるバイアス電圧を増加させることで
ある。このより高いバイアス電圧は、装置内により高い
電界をもたらす。レーザ・トリガ・パルスが装置を照射
した後になだれ領域内に所与の電界レベルを達成するた
めにPASS装置のより小さい体積を光導電性とする必要が
あるから、大きい初期バイアス電圧は高度に望ましい。
一実施例においては、より長い時間に亘って電界を維持
することによってなだれ増倍率の最終レベルを増加させ
るべく、コンデンサ25を並列に付加している。この容量
は、幾つかの方法の一つで得ることができる。第１の実
施例においては、小さいコンデンサを装置の外部に且つ
離散して付加することができる。このコンデンサは、た
とえばセラミックあるいはマイラ製でよい。外付けコン
デンサは、コンデンサのリード内のスプリアス・インダ
クタンスを最小するために、PASS装置に物理的に緊密に
接近させて配置することが好ましい。コンデンサは外形
を環状あるいは方形とし、たとえば中心に方形孔を設
け、リボンあるいは環状座金構造でPASSチップを取囲み
該チップに接続されるように配置して浮遊インダクタン
スを最小化することができる。第２の実施例において
は、コンデンサはPASS装置に集積可能であり、より大き
い総合チップの領域に伸びた第１および第２の電極から
なる。
することによってなだれ増倍率の最終レベルを増加させ
るべく、コンデンサ25を並列に付加している。この容量
は、幾つかの方法の一つで得ることができる。第１の実
施例においては、小さいコンデンサを装置の外部に且つ
離散して付加することができる。このコンデンサは、た
とえばセラミックあるいはマイラ製でよい。外付けコン
デンサは、コンデンサのリード内のスプリアス・インダ
クタンスを最小するために、PASS装置に物理的に緊密に
接近させて配置することが好ましい。コンデンサは外形
を環状あるいは方形とし、たとえば中心に方形孔を設
け、リボンあるいは環状座金構造でPASSチップを取囲み
該チップに接続されるように配置して浮遊インダクタン
スを最小化することができる。第２の実施例において
は、コンデンサはPASS装置に集積可能であり、より大き
い総合チップの領域に伸びた第１および第２の電極から
なる。
なだれトリガリングは、次の近似式が充分に大きい値に
達すると発生する。
達すると発生する。
但し、Ｇはなだれ発生レート、Ｅは電界の強さ、Ｎは電
荷担体密度、a1,a2,a3は所与の材料に特有の定数であ
る。次でなだれ発生は、光により発生した担体密度およ
び電界の強さが充分に高い時に得られる。
荷担体密度、a1,a2,a3は所与の材料に特有の定数であ
る。次でなだれ発生は、光により発生した担体密度およ
び電界の強さが充分に高い時に得られる。
光エネルギｈνＴを半導体ブロックのエネルギギャップ
Egにほぼ等しくすると、光子吸収深度は半導体ブロック
の厚さより小さく、実質的にその一部分となる。変形と
して、応力を印加するかあるいはブロックの温度を変化
させることによって固定された光子エネルギに対する所
望の有効吸収長を限度内で得るために、キャップ・エネ
ルギEgを変えることができる。一般に、温度の上昇ある
いは単軸圧縮の印加はギャップ・エネルギを低下させ
る。EgがｈνＴに対して低下すると、吸収深度も減少す
る。加えて、レーザ・ダイオートの波長は、レーザ・ダ
イオードの温度を制御することによって変化させること
ができる。
Egにほぼ等しくすると、光子吸収深度は半導体ブロック
の厚さより小さく、実質的にその一部分となる。変形と
して、応力を印加するかあるいはブロックの温度を変化
させることによって固定された光子エネルギに対する所
望の有効吸収長を限度内で得るために、キャップ・エネ
ルギEgを変えることができる。一般に、温度の上昇ある
いは単軸圧縮の印加はギャップ・エネルギを低下させ
る。EgがｈνＴに対して低下すると、吸収深度も減少す
る。加えて、レーザ・ダイオートの波長は、レーザ・ダ
イオードの温度を制御することによって変化させること
ができる。
PASS装置のターンオフは、第６図に示すように、たとえ
ばパルス形成回路網駆動線によって、PASS自体の外部か
ら遂行することが多い。若干の応用においては、PASS装
置の自己ターンオフを使用すると好都合である。急速に
自己ターンオフさせるためには、自己ターンオフ時間が
ラッチアップが欠如する時の再結合時間であるから再結
合時間を迅速にする必要がある。一般的に、再結合時間
を電荷担体遷移時間に対して短くすることによって、ラ
ッチアップは避けられる。遷移時間は、電荷担体が電極
間間隔を横切るのに要する時間として定義される。
ばパルス形成回路網駆動線によって、PASS自体の外部か
ら遂行することが多い。若干の応用においては、PASS装
置の自己ターンオフを使用すると好都合である。急速に
自己ターンオフさせるためには、自己ターンオフ時間が
ラッチアップが欠如する時の再結合時間であるから再結
合時間を迅速にする必要がある。一般的に、再結合時間
を電荷担体遷移時間に対して短くすることによって、ラ
ッチアップは避けられる。遷移時間は、電荷担体が電極
間間隔を横切るのに要する時間として定義される。
自己ターンオフ時間中、電子・正孔対が再結合して導電
に必要な電荷担体が減少する。PASS装置の急速なターン
オフを保進するために、半導体半絶縁性あるいは軽くド
ープされたＮ領域をトラッピング・レベルでドープする
ことができる。一例は半絶縁性ガリウム砒素を少なくと
も1015/cm3の密度までクロムあるいは酸素でドープする
ことである。
に必要な電荷担体が減少する。PASS装置の急速なターン
オフを保進するために、半導体半絶縁性あるいは軽くド
ープされたＮ領域をトラッピング・レベルでドープする
ことができる。一例は半絶縁性ガリウム砒素を少なくと
も1015/cm3の密度までクロムあるいは酸素でドープする
ことである。
所与の深度ｄにおける単色光の強度Ｉ（あるいは光速）
は Ｉ＝I0e−αｄ …（２） によって与えられる。但し、 α＝半導体の吸収係数、 ｄ＝深度、 Ｉ＝ｄにおける強度、 I0＝初期強度。
は Ｉ＝I0e−αｄ …（２） によって与えられる。但し、 α＝半導体の吸収係数、 ｄ＝深度、 Ｉ＝ｄにおける強度、 I0＝初期強度。
式（２）から、もし光源の強度を減少させるかあるいは
もし吸収係数を増加させれば、特定深度における強度が
低下し、従って導電領域30の深度が減少することが分か
る。半導体材料の吸収深度は光の波長とともに減少する
から、吸収深度を小さくするためには波長を短くする必
要がある。長波長光の使用を可能にする、あるいは低強
度（すなわち低出力）のレーザの使用を可能ならしめる
一方法を第３図に示す。
もし吸収係数を増加させれば、特定深度における強度が
低下し、従って導電領域30の深度が減少することが分か
る。半導体材料の吸収深度は光の波長とともに減少する
から、吸収深度を小さくするためには波長を短くする必
要がある。長波長光の使用を可能にする、あるいは低強
度（すなわち低出力）のレーザの使用を可能ならしめる
一方法を第３図に示す。
第３図において、２つの異るレーザ・ダイオード（図示
せず）からの２本の光ファイバ・ケーブル36,38は半導
体ブロック12の両側に光を導き、それぞれ吸収領域40お
よび42を作らせる。それにより領域40の下縁44と領域42
の上縁46との間に電界圧縮が発生し、なだれ領域48が与
えられる。従って、半導体ブロック12の厚さが同一であ
れば、低出力のあるいは同一出力で短い波長の２つのレ
ーザ・ダイオードを使用して第２図と同一の効果を得る
ことができる。この方法は、極めて高い電圧（約40kVで
あるいはそれ以上）をスイッチする時およびその電圧を
保持するために厚いブロックを必要とする時に有用であ
る。
せず）からの２本の光ファイバ・ケーブル36,38は半導
体ブロック12の両側に光を導き、それぞれ吸収領域40お
よび42を作らせる。それにより領域40の下縁44と領域42
の上縁46との間に電界圧縮が発生し、なだれ領域48が与
えられる。従って、半導体ブロック12の厚さが同一であ
れば、低出力のあるいは同一出力で短い波長の２つのレ
ーザ・ダイオードを使用して第２図と同一の効果を得る
ことができる。この方法は、極めて高い電圧（約40kVで
あるいはそれ以上）をスイッチする時およびその電圧を
保持するために厚いブロックを必要とする時に有用であ
る。
この方法のスイッチング感度（スイッチ電流にスイッチ
電圧を乗じ、受けた放射エネルギによって除した値）を
改善する一方法を第４図に示す。第１の光ファイバ・ケ
ーブル50はレーザ・ビームをメサ52の上面に導いて光に
よって発生する担体の吸収領域54を発生させる。第２の
光ファイバ・ケーブル51は半導体ブロック12の巾全体に
吸収されるのに充分な波長を有する光を導いて光によっ
て発生する担体の領域56を与える。領域56は、第１の光
ファイバ・ケーブル50に関連するレーザ・ビームから、
この方法以外で可能であるよりも低い光束でなだれ降伏
を開始させるのに充分な“種子”電子・正孔対を供給す
る。
電圧を乗じ、受けた放射エネルギによって除した値）を
改善する一方法を第４図に示す。第１の光ファイバ・ケ
ーブル50はレーザ・ビームをメサ52の上面に導いて光に
よって発生する担体の吸収領域54を発生させる。第２の
光ファイバ・ケーブル51は半導体ブロック12の巾全体に
吸収されるのに充分な波長を有する光を導いて光によっ
て発生する担体の領域56を与える。領域56は、第１の光
ファイバ・ケーブル50に関連するレーザ・ビームから、
この方法以外で可能であるよりも低い光束でなだれ降伏
を開始させるのに充分な“種子”電子・正孔対を供給す
る。
ブロック12は、熱暴走を生じさせる熱担体を発生させる
ことなく室温動作を可能ならしめるために、106オーム
・cmより大きい固有抵抗を有するＮ型あるいはＰ型ある
いは半絶縁性GaAsであることが好ましい。5kVのバイア
スと1mm直径の面積を用いると、この固有抵抗における
漏洩は400mW以下である。0.5mm巾のブロックの電極にま
たがって印加できる電圧は5kVあるいはそれ以上までで
ある。これは一実施例であるが、波長、ドーピング、濃
度、電圧等をある範囲で選択しても動作する。
ことなく室温動作を可能ならしめるために、106オーム
・cmより大きい固有抵抗を有するＮ型あるいはＰ型ある
いは半絶縁性GaAsであることが好ましい。5kVのバイア
スと1mm直径の面積を用いると、この固有抵抗における
漏洩は400mW以下である。0.5mm巾のブロックの電極にま
たがって印加できる電圧は5kVあるいはそれ以上までで
ある。これは一実施例であるが、波長、ドーピング、濃
度、電圧等をある範囲で選択しても動作する。
上側および下側の各電極はオーム接触であり、２つの電
極間にはＥ＝20,000〜200,000kV/cm程度の静的なあるい
は時間的に変化する電界が印加される。所定の時点に、
ブロック12に向かって伝播する波長λＴ＝c/νＴ〜860
−910nm（ナノメートル）の電磁放射のトリガ・パルス
ｈνＴが部分的にブロック内へ伝送されブロックを通っ
て、ブロックのバルクすなわち体積内になだれによって
電気的降伏を開始させる。次で２つの電極間に電流が流
れる。
極間にはＥ＝20,000〜200,000kV/cm程度の静的なあるい
は時間的に変化する電界が印加される。所定の時点に、
ブロック12に向かって伝播する波長λＴ＝c/νＴ〜860
−910nm（ナノメートル）の電磁放射のトリガ・パルス
ｈνＴが部分的にブロック内へ伝送されブロックを通っ
て、ブロックのバルクすなわち体積内になだれによって
電気的降伏を開始させる。次で２つの電極間に電流が流
れる。
III−ＶあるいはII−Ｖ半導体材料の場合には、関連ト
リガ・パルス・エネルギｈνＴを、ある電子の実際の原
子価・導通遷移に伴う最低バンドギャップエネルギEgに
ほぼ等しく選択することが好ましい。この選択により、
レーザから最も効率的に光子を吸収しつつ、より多数の
利用可能の導通バンド遷移サイトを提供する充分なエネ
ルギ差を可能ならしめるべきである。もしエネルギｈν
Ｔを実際のエネルギ・バンドギャップに近付け過ぎるよ
うに選択すると、パウリの排他原理によって利用可能な
遷移状態の数は重大な制限を受ける。トラピング・レベ
ルからのエネルギ・レベルのような他のエネルギ・レベ
ルが光電子・正孔発生プロセスを援助し、吸収深度係数
を、従って波長の選択を変化させよう。
リガ・パルス・エネルギｈνＴを、ある電子の実際の原
子価・導通遷移に伴う最低バンドギャップエネルギEgに
ほぼ等しく選択することが好ましい。この選択により、
レーザから最も効率的に光子を吸収しつつ、より多数の
利用可能の導通バンド遷移サイトを提供する充分なエネ
ルギ差を可能ならしめるべきである。もしエネルギｈν
Ｔを実際のエネルギ・バンドギャップに近付け過ぎるよ
うに選択すると、パウリの排他原理によって利用可能な
遷移状態の数は重大な制限を受ける。トラピング・レベ
ルからのエネルギ・レベルのような他のエネルギ・レベ
ルが光電子・正孔発生プロセスを援助し、吸収深度係数
を、従って波長の選択を変化させよう。
GaAs材料は、106オーム/cmあるいはそれより高い固有抵
抗を有することが好ましい。たとえば、このような材料
は、M/A−COM、ガリウム砒素プラダツク社あるいはスペ
クトラム・テクノロジ社からツオクラスキ成長半絶縁性
ブロックとして入手できる。GaAs結晶の配向も重要であ
る。何故ならば、（100）面に垂直の電子電離レートは
（111）面に垂直よりも遥かに高いからである。高い電
子電離レートは、より高いスイッチング感度（スイッチ
電流×スイッチ電圧÷受けた放射エネルギ）を生む。
抗を有することが好ましい。たとえば、このような材料
は、M/A−COM、ガリウム砒素プラダツク社あるいはスペ
クトラム・テクノロジ社からツオクラスキ成長半絶縁性
ブロックとして入手できる。GaAs結晶の配向も重要であ
る。何故ならば、（100）面に垂直の電子電離レートは
（111）面に垂直よりも遥かに高いからである。高い電
子電離レートは、より高いスイッチング感度（スイッチ
電流×スイッチ電圧÷受けた放射エネルギ）を生む。
CaAsではなく、他の半導体も使用可能であり、この選択
は照射に使用される照射波長λＴに影響する。高易動度
半導体の若干の魅力ある選択を表Ｉに示す。
は照射に使用される照射波長λＴに影響する。高易動度
半導体の若干の魅力ある選択を表Ｉに示す。
表I:半導体材料および易動度 材 料 易動度（cm2/ボルト・秒） Ｃ 1,800 GaAs1-xPx CdTe 1,050 GaAs 8,500 InP 4,600 Si 1,500 GaSb 5,000 Ge 3,600 InAs 30,000 ImPxAs1-x InSb 80,000 PbTe 6,000 PbSe 1,000 迅速にパルス化され、反復的な動作あるいは長いパルス
長にたいしては、本発明のいずれの実施例においても半
導体ブロックに連続するヒートシンク材料を設けて、ブ
ロック内のエネルギの消散によって発生する熱を効果的
に取り去ることができる。ヒートシンク材料は、ベリリ
ア、銅、アルミニウムタングステン、チタン、モリブデ
ンあるいはダイヤモンドのような光熱伝導度材料の実質
的に中実のブロックであっても、あるいは半導体ブロッ
クの１あるいはそれ以上の表面に接触し該表面を通って
流れるフルオロカーボンのような液体であってもよい。
長にたいしては、本発明のいずれの実施例においても半
導体ブロックに連続するヒートシンク材料を設けて、ブ
ロック内のエネルギの消散によって発生する熱を効果的
に取り去ることができる。ヒートシンク材料は、ベリリ
ア、銅、アルミニウムタングステン、チタン、モリブデ
ンあるいはダイヤモンドのような光熱伝導度材料の実質
的に中実のブロックであっても、あるいは半導体ブロッ
クの１あるいはそれ以上の表面に接触し該表面を通って
流れるフルオロカーボンのような液体であってもよい。
照射源として、たとえばレーザ・ダイオードから入手で
きるモデル391のような500ワットのレーザ・ダイオード
・アレイを使用してもよいし、単一の15ワットのレーザ
・ダイオードとしてレーザ・ダイオードのモデルMH67を
使用してもよく、出力を光ファイバあるいはロッドある
いは他の手段によってGaAsブロックに供給する。GaAsと
空気との誘電不整合のために、反・反射被膜を施してな
い場合にはGaAs表面に入射する放射の約70パーセントだ
け伝送され、残りの30パーセントは反射される。従っ
て、照射される単一のあるいは複数のGaAsに接して反・
反射被膜を使用することは、軌動用照射の吸収を増大さ
せるために適切であろう。
きるモデル391のような500ワットのレーザ・ダイオード
・アレイを使用してもよいし、単一の15ワットのレーザ
・ダイオードとしてレーザ・ダイオードのモデルMH67を
使用してもよく、出力を光ファイバあるいはロッドある
いは他の手段によってGaAsブロックに供給する。GaAsと
空気との誘電不整合のために、反・反射被膜を施してな
い場合にはGaAs表面に入射する放射の約70パーセントだ
け伝送され、残りの30パーセントは反射される。従っ
て、照射される単一のあるいは複数のGaAsに接して反・
反射被膜を使用することは、軌動用照射の吸収を増大さ
せるために適切であろう。
第５図はPIN構造を使用したスイッチの変形実施例を示
す。絶縁性材料のGaAsブロック60は上面をＰ＋材料の層
62で、また下面をＮ＋材料の層64で覆われている。これ
らの層自体はそれぞれ電極66および68によって覆われて
い。光ファイバ・ケーブル70からの光は、先行実施例に
示す態様で供給される。Ｎ＋層64は、同時出願の一連番
号092,745号に記載されているように、電極68からブロ
ック60内への金属移動を阻止する。第５図の実施例はＮ
＋領域64ではなくＰ＋領域62を使用し、電圧源72から電
圧を供給している。すなわち、電圧の正端は電極68に、
また負端は電極66に接続されている。正電圧をＮ＋領域
64に印加することによって、そのようにしなければ低く
ドープされたすなわちＩ領域内へ拡散する電子が正電圧
の吸引によってこのようになるのを妨げられる。反対
に、電極66に印加される負電圧は、ブロック60内へ移動
するＰ＋領域62からの正孔を吸引する。もしＰ＋領域62
の代りにＮ＋領域を使用すれば、負にバイアスされたＮ
＋領域から拡散する電子を停止させることはできないで
あろう。
す。絶縁性材料のGaAsブロック60は上面をＰ＋材料の層
62で、また下面をＮ＋材料の層64で覆われている。これ
らの層自体はそれぞれ電極66および68によって覆われて
い。光ファイバ・ケーブル70からの光は、先行実施例に
示す態様で供給される。Ｎ＋層64は、同時出願の一連番
号092,745号に記載されているように、電極68からブロ
ック60内への金属移動を阻止する。第５図の実施例はＮ
＋領域64ではなくＰ＋領域62を使用し、電圧源72から電
圧を供給している。すなわち、電圧の正端は電極68に、
また負端は電極66に接続されている。正電圧をＮ＋領域
64に印加することによって、そのようにしなければ低く
ドープされたすなわちＩ領域内へ拡散する電子が正電圧
の吸引によってこのようになるのを妨げられる。反対
に、電極66に印加される負電圧は、ブロック60内へ移動
するＰ＋領域62からの正孔を吸引する。もしＰ＋領域62
の代りにＮ＋領域を使用すれば、負にバイアスされたＮ
＋領域から拡散する電子を停止させることはできないで
あろう。
第５図のＰ＋/I/N＋実施例は、この構造でなければＮ＋
領域の１つからＩ領域内へ注入される電子の勾配を排除
することによって、より高い電圧の印加を可能ならしめ
る。この勾配の効果は、注入された電子が“種子”とし
て作用するために、そうでない場合よりも若干低い電界
でなだれ領域になだれを発生せしめよう。なだれ発生
は、ほぼ２×105kV/cmを超える電界によってもたらさ
れ、背景すなわち電子あるいは電子・正孔対の“種子”
担体密度によって強められる。より高い電圧は、トリガ
された後のなだれ領域内の電子・正孔対の発生レートを
高め、従ってより高いオン状態導電率をもたらすために
望ましい。
領域の１つからＩ領域内へ注入される電子の勾配を排除
することによって、より高い電圧の印加を可能ならしめ
る。この勾配の効果は、注入された電子が“種子”とし
て作用するために、そうでない場合よりも若干低い電界
でなだれ領域になだれを発生せしめよう。なだれ発生
は、ほぼ２×105kV/cmを超える電界によってもたらさ
れ、背景すなわち電子あるいは電子・正孔対の“種子”
担体密度によって強められる。より高い電圧は、トリガ
された後のなだれ領域内の電子・正孔対の発生レートを
高め、従ってより高いオン状態導電率をもたらすために
望ましい。
第６図は本発明のスイッチ74を制御する回路の図であ
る。負荷76がスイッチ74と接地との間に接続されて示さ
れている。コンデンサ78は、第１図において説明したよ
うにスイッチにまたがって結合されている。充電ライン
80およびインダクタ82は、直流高圧電源84をスイッチ74
に結合するために使用されている。充電ライン80はスイ
ッチの高速ターンオフを可能ならしめ、インダクタ82は
高周波数に対して高インピーダンスを呈してスイッチを
通るパルスに高速立ち上がり時間を与える。
る。負荷76がスイッチ74と接地との間に接続されて示さ
れている。コンデンサ78は、第１図において説明したよ
うにスイッチにまたがって結合されている。充電ライン
80およびインダクタ82は、直流高圧電源84をスイッチ74
に結合するために使用されている。充電ライン80はスイ
ッチの高速ターンオフを可能ならしめ、インダクタ82は
高周波数に対して高インピーダンスを呈してスイッチを
通るパルスに高速立ち上がり時間を与える。
スイッチ74はレーザ・ダイオード88によって発生され、
光ファイバ・ケーブル86から供給される光によって付活
される。レーザ・ダイオード88はレーザ駆動装置90によ
って駆動される。制御装置92はパルス発生器94にパルス
を発生させ、このパルスは可変増幅器96内で増幅するこ
とができる。
光ファイバ・ケーブル86から供給される光によって付活
される。レーザ・ダイオード88はレーザ駆動装置90によ
って駆動される。制御装置92はパルス発生器94にパルス
を発生させ、このパルスは可変増幅器96内で増幅するこ
とができる。
スイッチ74を通るパルスの振巾は第６図の回路によって
変化あるいは変調することがきる。可変増幅器96を制御
することによって、スイッチ74上に投射されるレーザ光
の強度が変化し、従ってもし変化すれば吸収深度が変化
する。吸収深度を変化させることによって、スイッチの
抵抗を制御することができ、従って固定された直流電圧
に対して電流を変化させることが可能となる。変形とし
て異なる波長の一連のレーザを使用し、各波長が異なる
距離まで浸透して異なる吸収深度を得るようにすること
によって、この変調を行なうことが可能である。次い
で、変調は光ファイバ・ケーブル86に所望される変調値
に対して適切なレーザを結合することによって達成でき
る。
変化あるいは変調することがきる。可変増幅器96を制御
することによって、スイッチ74上に投射されるレーザ光
の強度が変化し、従ってもし変化すれば吸収深度が変化
する。吸収深度を変化させることによって、スイッチの
抵抗を制御することができ、従って固定された直流電圧
に対して電流を変化させることが可能となる。変形とし
て異なる波長の一連のレーザを使用し、各波長が異なる
距離まで浸透して異なる吸収深度を得るようにすること
によって、この変調を行なうことが可能である。次い
で、変調は光ファイバ・ケーブル86に所望される変調値
に対して適切なレーザを結合することによって達成でき
る。
当業者には理解できるように、本発明はその思想あるい
は本質的な特徴から逸脱することなく他の特定形状に実
現することが可能である。たとえば、電極をブロック12
の両側に結合し、光を中央に導いて各電極に接して２つ
の狭く圧縮された電界を発生させることができる。変形
として、電極をブロックの一方の側の両側に離間させて
取付けることもできる。従って、本発明の好ましい実施
例の説明は例示を企図するものであり、以下の請求の範
囲に記載の本発明の範囲を限定するものではない。
は本質的な特徴から逸脱することなく他の特定形状に実
現することが可能である。たとえば、電極をブロック12
の両側に結合し、光を中央に導いて各電極に接して２つ
の狭く圧縮された電界を発生させることができる。変形
として、電極をブロックの一方の側の両側に離間させて
取付けることもできる。従って、本発明の好ましい実施
例の説明は例示を企図するものであり、以下の請求の範
囲に記載の本発明の範囲を限定するものではない。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭48−30886（ＪＰ，Ａ) 特開 昭50−148088（ＪＰ，Ａ) 特開 昭49−46688（ＪＰ，Ａ) 特開 昭53−47784（ＪＰ，Ａ) 特開 昭53−119688（ＪＰ，Ａ) 実開 昭61−149357（ＪＰ，Ｕ)
Claims (34)
- 【請求項１】上面および下面に所定距離だけ離間して導
電用接点が結合されかつ所定の吸収係数を有する材料か
ら成る半絶縁性半導体ブロックを用意し、 前記導電用接点間に高電圧を印加し、 前記吸収係数に対して放射の実質的にすべてが前記ブロ
ックの前記導電用接点間の距離以下の領域で吸収される
ような波長を有する単色放射パルスで前記ブロックを照
射することによって前記ブロックを横切る電流のスイッ
チングをトリガーし、 前記ブロックの前記放射が吸収される領域で電荷担体を
発生させ、 前記放射による電荷担体の発生の結果として電圧圧縮を
生ぜしめ、それによって前記放射を吸収しない前記ブロ
ック中の残りの部分に前記高電圧が実質的に印加されて
該高電圧がブロックの前記残りの部分に対するなだれ降
伏電圧を越えるような導電接点領域をブロック中に生成
し、 前記ブロックの前記残りの部分を通しなだれ導通を誘起
せしめ、それによって前記放射によって発生された電荷
担体と前記なだれ導通との結合による電流パルスに対し
て前記ブロックをスイッチオンせしめ、前記パルスは１
ナノ秒以下のターンオン時間を有する ことからなることを特徴とする電流をスイッチする方
法。 - 【請求項２】前記ブロックを第２の波長を有する電磁放
射で照射して前記放射の大部分を前記距離全体に吸収さ
れる段階をも備えた請求項１記載の方法。 - 【請求項３】前記半導体ブロックを前記第１の源とは反
対の側上の電磁放射の第２の源で照射し、前記第１およ
び第２の源からの実質的にすべての放射の合計浸透深度
を前記距離以下とする段階をも備えた請求項１記載の方
法。 - 【請求項４】前記高電圧が、前記半導体ブロックの前記
所定距離に対する直流なだれ降伏電圧の1/10より大きい
請求項１記載の方法。 - 【請求項５】高電圧を印加する前記段階が、前記照射段
階の直前に始まって少なくとも前記照射段階の時点の一
部の間連続する高電圧パルスを印加することからなる請
求項１記載の方法。 - 【請求項６】コンデンサを前記半導体ブロックに並列に
設ける段階をも備えた請求項１記載の方法。 - 【請求項７】前記単色放射の強度または波長を変調する
ことによって前記ブロックをスイッチオンおよびスイッ
チオフする請求項１記載の方法。 - 【請求項８】前記半導体ブロックにトラッピング・レベ
ルを設ける段階をも備えた請求項１記載の方法。 - 【請求項９】前記照射段階がレーザ・ダイオードを使用
し、さらに前記レーザ・ダイオードの温度を変化させて
前記波長を与える段階をも備えた請求項１記載の方法。 - 【請求項１０】所定の吸収係数を有する材料で作られた
半絶縁性半導体材料ブロックと、 前記ブロックに結合された第１の導電用接点と、 前記ブロックの反対側に前記第１の導電用接点から所定
距離だけ離間して結合された第２の導電用接点と、 前記第１および第２の導電用接点間に高電圧を印加する
ための電源装置と、 前記ブロックに所定の波長を有する単色の電磁放射を照
射し、該放射の実質的すべてが前記ブロックの第１およ
び第２の導電用接点間の距離以下の領域に浸透して吸収
され、それによって該放射が吸収されるブロックの前記
領域に電荷担体を発生させ、前記放射による電荷担体の
発生と結果として電界圧縮を生ぜしめ、それによって前
記放射を吸収しない前記ブロック中の残りの部分に前記
高電圧が実質的に印加されて該高電圧がブロックの前記
残りの部分に対するなだれ降伏電圧を越えるような導電
接点領域をブロック中に生成し、前記ブロックの前記残
りの部分を通してなだれ導通を誘起せしめ、それによっ
て前記放射によって発生された電荷担体と前記なだれ導
通との結合による電流パルスに対して前記ブロックをス
イッチオンせしめ、前記パルスは１ナノ秒以下のターン
オン時間を有するトリガー手段と、 を有することを特徴とする半導体スイッチ。 - 【請求項１１】前記第１の導体が前記ブロックの上面に
結合され、前記第２の導体が前記ブロックの下面に結合
されている請求項10記載のスイッチ。 - 【請求項１２】前記照射手段が少なくとも１つのレーザ
・ダイオードである請求項10記載のスイッチ。 - 【請求項１３】前記レーザ・ダイオードを前記ブロック
に結合する光ファイバ・ケーブルをも備えた請求項12記
載のスイッチ。 - 【請求項１４】ある波長を有する単色性放射の第２の源
を備え、前記第２の源からの放射が前記距離全体にわた
って浸透する請求項10記載のスイッチ。 - 【請求項１５】前記第１の照射手段が前記ブロックの上
面に放射を導き、さらに前記ブロックの下面に放射を導
く電磁放射の第２の源をも備え、前記第１および第２の
源からの実質的にすべての放射が前記距離以下の合計深
度にわたって吸収される請求項10記載のスイッチ。 - 【請求項１６】前記導体に連続するヒートシンク材料の
ブロックをも備えた請求項10記載のスイッチ。 - 【請求項１７】前記ヒートシンク材料が、ベリリア、
銅、アルミニウム、タングステン、チタン、モリブデン
およびダイヤモンドからなる類から選択される請求項16
記載のスイッチ。 - 【請求項１８】前記ヒートシンク材料がフルオロカーボ
ンのようなヒートシンク液体である請求項16記載のスイ
ッチ。 - 【請求項１９】前記電源手段がパルス電圧波形を発生す
るように選択されている請求項10記載のスイッチ。 - 【請求項２０】前記照射手段が１あるいはそれ以上の照
射パルスを発生する請求項10記載のスイッチ。 - 【請求項２１】前記第１の導体と前記ブロックとの間に
Ｐ＋半導体材料の層を、また前記第２の導体と前記ブロ
ックとの間にＮ＋半導体材料の層をも備えた請求項10記
載のスイッチ。 - 【請求項２２】前記電源手段の正端子が前記第２の導体
に結合され、前記電源手段の負端子が前記第１の導体に
結合されている請求項21記載のスイッチ。 - 【請求項２３】前記ブロックに並列に結合されているコ
ンデンサをも備えた請求項10記載のスイッチ。 - 【請求項２４】前記電磁放射の強度および波長の一方を
変化させるように前記照射手段を変調する手段をも備え
た請求項10記載のスイッチ。 - 【請求項２５】前記ブロックがガリウム砒素である請求
項10記載のスイッチ。 - 【請求項２６】前記ブロックが106オーム/cmより大きい
固有抵抗を有するＮ型あるいはＰ型となるようにドープ
されている請求項25記載のスイッチ。 - 【請求項２７】前記ブロックと前記電源手段との間に結
合されている充電ラインをも備えた請求項10記載のスイ
ッチ。 - 【請求項２８】前記ブロックがトラッピング・レベルで
ドープされている請求項10記載のスイッチ。 - 【請求項２９】前記トラッピング・レベルが少なくとも
1015/cm3の密度を有するクロムあるいは酸素の一方であ
る請求項28記載のスイッチ。 - 【請求項３０】前記第１および第２の導体の少なくとも
一方が実質的に透明である請求項10記載のスイッチ。 - 【請求項３１】前記透明な導体が酸化錫および酸化イン
ジウムの一方である請求項30記載のスイッチ。 - 【請求項３２】前記第１の導電用接点と前記ブロックと
の間にP+半導体材料と、前記第２の導電用接点と前記ブ
ロックとの間にN+半導体材料とを有する請求項14に記載
の半導体スイッチ。 - 【請求項３３】前記距離が少なくとも５マイクロメート
ルである請求項32記載のスイッチ。 - 【請求項３４】前記第１の導電用接点と前記ブロックと
の間に第１のN+半導体材料と、前記第２の導電用接点と
前記ブロックとの間に第２のN+半導体材料とを有する請
求項14に記載の半導体スイッチ。
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US92,487 | 1987-09-03 | ||
| US07/092,487 US4782222A (en) | 1987-09-03 | 1987-09-03 | Bulk avalanche semiconductor switch using partial light penetration and inducing field compression |
| PCT/US1988/003053 WO1989002159A1 (en) | 1987-09-03 | 1988-09-06 | Bulk avalanche semiconductor switch using field compression |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02502954A JPH02502954A (ja) | 1990-09-13 |
| JPH0758814B2 true JPH0758814B2 (ja) | 1995-06-21 |
Family
ID=22233469
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63507757A Expired - Lifetime JPH0758814B2 (ja) | 1987-09-03 | 1988-09-06 | 電界圧縮を使用したバルクなだれ半導体スイッチ |
Country Status (7)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4782222A (ja) |
| EP (1) | EP0379521B1 (ja) |
| JP (1) | JPH0758814B2 (ja) |
| AT (1) | ATE120308T1 (ja) |
| AU (1) | AU2425488A (ja) |
| DE (1) | DE3853429T2 (ja) |
| WO (1) | WO1989002159A1 (ja) |
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