JPH08250708A - Power semiconductor device - Google Patents

Power semiconductor device

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JPH08250708A
JPH08250708A JP4965895A JP4965895A JPH08250708A JP H08250708 A JPH08250708 A JP H08250708A JP 4965895 A JP4965895 A JP 4965895A JP 4965895 A JP4965895 A JP 4965895A JP H08250708 A JPH08250708 A JP H08250708A
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type
layer
conductivity type
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Ichiro Omura
一郎 大村
Yoshinari Uetake
義成 植竹
Hiromichi Ohashi
弘通 大橋
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Abstract

PURPOSE: To enable semiconductor device to be composed of GTO in lower voltage than conventional one with less switching loss by specifying the maximum impurity concentration of the second conductivity type base layer not to exceed a specific value. CONSTITUTION: A p-type base layer 4, an n layer emitter layer 5 are formed on the surface of an n-type base layer 1 to compose a mesa, a cathode electrode 6 is provided on the n-type emitter layer 5, a gate electrode 7 is provided on the p-type base layer 4 while the gate electrode 7 is connected to the p-type base layer 4 through the intermediary of a high concentration p-type contact later 8. At this time, the p-type contact layer 8 fills the role of lowering the contact resistance of the gate electrode 7 and the p-type base layer 4 as well as the lateral directional resistance of the p-type base layer 4 while a p-type emitter layer 2 and an anode electrode 3 are provided on the underside of an n-type base layer 1. Accordingly, when the maximum impurity concentration of the p-type base layer 4 is set up not to exceed 2×10<17> cm<-3> as well as Ws=200μm, Wm=40μm and Ws.Wm value not to exceed 10000μm<2> , the ON value can be lowered without cutting down the interrupting current.

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、GTO(Gate Turn-Of
f thyristor)からなる電力用半導体装置に関する。
The present invention relates to a GTO (Gate Turn-Of
f thyristor).

【0002】[0002]

【従来の技術】電力用半導体素子の1つとしてGTOが
ある。GTOは一般のサイリスタでは不可能な自己ター
ンオフ機能をもっているため、整流回路が不要となり、
装置の小型軽量化、高性能化が図れる。GTOは、np
npの4層構造のサイリスタを基礎とし、そのn型エミ
ッタ層にはカソード電極が設けられ、p型ベース層には
ゲート電極が設けられ、そして、p型エミッタ層にはア
ノード電極が設けられた構造となっている。
2. Description of the Related Art A GTO is one of power semiconductor devices. GTO has a self-turn-off function that is impossible with general thyristors, so a rectifier circuit is not required,
The size and weight of the device can be reduced and the performance can be improved. GTO is np
Based on an np four-layer structure thyristor, the n-type emitter layer was provided with a cathode electrode, the p-type base layer was provided with a gate electrode, and the p-type emitter layer was provided with an anode electrode. It has a structure.

【0003】図19は、従来のメサ型GTOの素子構造
を示す断面図である。図中、101は高抵抗のn型ベー
ス層を示しており、このn型ベース層101表面にはp
型ベース層104、n型エミッタ層105が順次形成さ
れている。p型ベース層104、n型エミッタ層105
はメサを構成している。
FIG. 19 is a sectional view showing the element structure of a conventional mesa type GTO. In the figure, 101 indicates a high-resistance n-type base layer, and the surface of the n-type base layer 101 is p
The type base layer 104 and the n-type emitter layer 105 are sequentially formed. p-type base layer 104, n-type emitter layer 105
Constitutes a mesa.

【0004】このようなメサは、例えば、n型ベース層
101の表面にp型ベース層104を形成し、次いでこ
のp型ベース層104の表面にn型エミッタ層105を
拡散形成した後、p型ベース層104、n型エミッタ層
105をメサ状にエッチング加工することにより得られ
る。
In such a mesa, for example, the p-type base layer 104 is formed on the surface of the n-type base layer 101, and then the n-type emitter layer 105 is diffused and formed on the surface of the p-type base layer 104, and then the p-type base layer 104 is formed. It is obtained by etching the type base layer 104 and the n-type emitter layer 105 into a mesa shape.

【0005】n型エミッタ層105にはカソード電極1
06が設けられ、p型ベース層104にはゲート電極1
07が設けられている。ゲート電極107は高濃度のp
型コンタクト層108を介してp型ベース層104に接
続している。
The n-type emitter layer 105 has a cathode electrode 1
06, and the gate electrode 1 is provided on the p-type base layer 104.
07 is provided. The gate electrode 107 has a high concentration of p
It is connected to the p-type base layer 104 via the type contact layer 108.

【0006】一方、n型ベース層101の裏面にはp型
エミッタ層102が設けられ、このp型エミッタ層10
2にはアノード電極103が設けられている。この素子
をターンオンするには、ゲート電極107にカソードに
対して正の電圧を印加する。これにより、n型エミッタ
層105より電子がn型ベース層101に注入され、こ
れに応じた量の正孔がp型エミッタ層102からn型ベ
ース層101に注入される結果、伝導度変調が起こり素
子はターンオンする。いったんオンになると、ゲート電
極107に正の電圧を印加しなくても、素子はオンしず
ける。キャリアの蓄積が多いとオン電圧は低くなる。
On the other hand, a p-type emitter layer 102 is provided on the back surface of the n-type base layer 101.
2 is provided with an anode electrode 103. To turn on this element, a positive voltage is applied to the gate electrode 107 with respect to the cathode. As a result, electrons are injected from the n-type emitter layer 105 into the n-type base layer 101, and a corresponding amount of holes are injected from the p-type emitter layer 102 into the n-type base layer 101, resulting in conductivity modulation. Occurrence element turns on. Once turned on, the element can be turned on without applying a positive voltage to the gate electrode 107. The on-voltage decreases as the carriers accumulate.

【0007】一方、素子をターンオフするには、ゲート
電極107にカソードに対して負の電圧を印加する。こ
れによってp型エミッタ層102からnエミッタ層10
5に流れていた正孔電流がゲート電極107にバイパス
され、n型エミッタ層105からの電子注入が止まって
素子はターンオフする。
On the other hand, in order to turn off the device, a negative voltage is applied to the gate electrode 107 with respect to the cathode. As a result, the p-type emitter layer 102 to the n-type emitter layer 10
The hole current flowing in 5 is bypassed to the gate electrode 107, the electron injection from the n-type emitter layer 105 is stopped, and the element is turned off.

【0008】ここで、正孔電流はp型ベース層104を
横方向に流れてゲート電極107にバイパスされるの
で、p型ベース層104の抵抗が大きいと、十分にp型
ベース層104から正孔電流をゲート電極に排出でき
ず、最大可制御電流(最大ターンオフ電流)が小さくな
るという問題が生じる。
Here, since the hole current flows laterally in the p-type base layer 104 and is bypassed to the gate electrode 107, when the resistance of the p-type base layer 104 is large, the positive current is sufficiently positive from the p-type base layer 104. There is a problem that the hole current cannot be discharged to the gate electrode and the maximum controllable current (maximum turn-off current) becomes small.

【0009】そこで、従来のGTOでは、p型ベース層
104の不純物濃度を十分に高くしして(5×1017
1×1018cm-3)、最大可制御電流を大きくしてい
る。しかし、p型ベース層104の不純物濃度を高くす
ると、ターンオン時にp型ベース層104中でキャリア
の再結合が起こりやすくなので、n型エミッタ層105
から注入された電子がp型ベース層104で消滅し、n
型ベース層101への電子の注入量が少なくなる。
Therefore, in the conventional GTO, the impurity concentration of the p-type base layer 104 is made sufficiently high (5 × 10 17 to
The maximum controllable current is increased to 1 × 10 18 cm −3 ). However, if the impurity concentration of the p-type base layer 104 is increased, carriers are likely to be recombined in the p-type base layer 104 at turn-on.
The electrons injected from
The amount of electrons injected into the mold base layer 101 is reduced.

【0010】この結果、n型ベース層101のカソード
に近い部分の蓄積キャリアが減少し、オン電圧は高くな
る。オン電圧を低くするために、アノード側の蓄積キャ
リアを多くしようとすると、今度はスイッチング損失
(ターンオオフ損失)が大きくなるという問題が生じ
る。
As a result, the accumulated carriers in the portion of the n-type base layer 101 near the cathode are reduced, and the on-voltage is increased. If an attempt is made to increase the number of accumulated carriers on the anode side in order to lower the on-voltage, there arises a problem that the switching loss (turn-off loss) will increase.

【0011】[0011]

【発明が解決しようとする課題】上述の如く、従来のG
TOにあっては、最大可制御電流(最大ターンオフ電
流)を大きくするために、p型ベース層の不純物濃度を
高くしているが、ターンオン時にp型ベース層中でキャ
リアの再結合が起こりやすくなり、n型ベース層中の蓄
積キャリアが減少し、オン電圧が高くなるという問題が
あった。また、オン電圧を低くするために、アノード側
の蓄積キャリアを多くすると、今度はスイッチング損失
(ターンオオフ損失)が大きくなるという問題があっ
た。
As described above, the conventional G
In TO, the impurity concentration of the p-type base layer is increased in order to increase the maximum controllable current (maximum turn-off current), but carrier recombination easily occurs in the p-type base layer at turn-on. Therefore, there is a problem that the number of accumulated carriers in the n-type base layer is reduced and the on-voltage is increased. In addition, if the number of accumulated carriers on the anode side is increased in order to lower the on-voltage, there is a problem that the switching loss (turn-off loss) is increased this time.

【0012】本発明は、上記事情を考慮してなされたも
のでり、その目的とするところは、従来よりもオン電圧
の低いGTOからなり、さらに簡単な技術的手段を付加
することにより、スイッチング損失も小さくできる電力
用半導体装置を提供することにある。
The present invention has been made in consideration of the above circumstances, and an object of the present invention is to use a GTO having a lower on-voltage than the conventional one, and to add a simple technical means to perform switching. An object of the present invention is to provide a power semiconductor device capable of reducing loss.

【0013】[0013]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明(請求項1)に係る電力用半導体装置(第1
の発明)は、第1導電型ベース層の表面に形成された第
2導電型ベース層と、この第2導電型ベース層の表面に
形成された第1導電型エミッタ層と、前記第2導電型ベ
ース層と反対側の前記第1導電型ベース層の表面に形成
された第2導電型エミッタ層と、前記第2導電型ベース
層に設けられた制御電極と、前記第2導電型エミッタ層
に設けられた第1の主電極と、前記第1導電型エミッタ
層に設けられた第2の主電極とからなる電力用半導体素
子が配列形成されてなり、前記第2導電型ベース層の最
大不純物濃度が2×1017cm-3以下であることを特徴
とする。
In order to achieve the above object, a power semiconductor device according to the present invention (claim 1) (first
Invention), a second conductivity type base layer formed on the surface of the first conductivity type base layer, a first conductivity type emitter layer formed on the surface of the second conductivity type base layer, and the second conductivity type. Second conductivity type emitter layer formed on the surface of the first conductivity type base layer opposite to the first conductivity type base layer, a control electrode provided on the second conductivity type base layer, and the second conductivity type emitter layer And a second main electrode provided on the first conductivity type emitter layer, and a power semiconductor element is formed in an array, and a maximum of the second conductivity type base layer is formed. The impurity concentration is 2 × 10 17 cm −3 or less.

【0014】また、本発明の他の電力用半導体装置(第
2の発明)は、第1導電型ベース層の表面に形成された
第2導電型ベース層と、この第2導電型ベース層の表面
に形成された第1導電型エミッタ層と、前記第2導電型
ベース層と反対側の前記第1導電型ベース層の表面に形
成された第2導電型エミッタ層と、前記第2導電型ベー
ス層に設けられた制御電極と、前記第2導電型エミッタ
層に設けられた第1の主電極と、前記第1導電型エミッ
タ層に設けられた第2の主電極とからなる電力用半導体
素子が配列形成されてなり、前記第2導電型ベース層の
最大不純物濃度が2×1017cm-3以下、前記第2の主
電極を挟んで隣り合う前記制御電極同士の距離が前記第
1導電型ベース層の厚さの1/6以上であることを特徴
とする。
Further, another power semiconductor device of the present invention (second invention) is that the second conductivity type base layer formed on the surface of the first conductivity type base layer and the second conductivity type base layer. A first conductivity type emitter layer formed on the surface, a second conductivity type emitter layer formed on the surface of the first conductivity type base layer opposite to the second conductivity type base layer, and the second conductivity type A power semiconductor including a control electrode provided on a base layer, a first main electrode provided on the second conductivity type emitter layer, and a second main electrode provided on the first conductivity type emitter layer. Elements are arranged in an array, the maximum impurity concentration of the second conductive type base layer is 2 × 10 17 cm −3 or less, and the distance between the control electrodes adjacent to each other with the second main electrode interposed therebetween is the first It is characterized by being ⅙ or more of the thickness of the conductive type base layer.

【0015】また、本発明の他の電力用半導体装置(第
3の発明)は、第1導電型ベース層の表面に形成された
第2導電型ベース層と、この第2導電型ベース層の表面
に形成された第1導電型エミッタ層と、前記第2導電型
ベース層と反対側の前記第1導電型ベース層の表面に形
成された第2導電型エミッタ層と、前記第2導電型ベー
ス層に設けられた制御電極と、前記第2導電型エミッタ
層に設けられた第1の主電極と、前記第1導電型エミッ
タ層に設けられた第2の主電極とからなる電力用半導体
素子が配列形成されてなり、前記第2導電型ベース層の
最大不純物濃度が2×1017cm-3以下、前記第2の主
電極を挟んで隣り合う前記制御電極同士の距離と、前記
第1導電型エミッタ層の実質的な幅との積が10000
μm2 以下であることを特徴とする。
Further, another power semiconductor device of the present invention (third invention) is that the second conductivity type base layer formed on the surface of the first conductivity type base layer and the second conductivity type base layer. A first conductivity type emitter layer formed on the surface, a second conductivity type emitter layer formed on the surface of the first conductivity type base layer opposite to the second conductivity type base layer, and the second conductivity type A power semiconductor including a control electrode provided on a base layer, a first main electrode provided on the second conductivity type emitter layer, and a second main electrode provided on the first conductivity type emitter layer. Elements are formed in an array, the maximum impurity concentration of the second conductive type base layer is 2 × 10 17 cm −3 or less, the distance between the control electrodes adjacent to each other with the second main electrode interposed therebetween, and The product with the substantial width of the one-conductivity-type emitter layer is 10,000.
It is characterized in that it is not more than μm 2 .

【0016】また、本発明の他の電力用半導体装置(第
4の発明)は、第1導電型ベース層の表面に形成された
第2導電型ベース層と、この第2導電型ベース層の表面
に形成された第1導電型エミッタ層と、前記第2導電型
ベース層と反対側の前記第1導電型ベース層の表面に形
成された第2導電型エミッタ層と、前記第2導電型ベー
ス層に設けられた制御電極と、前記第2導電型エミッタ
層に設けられた第1の主電極と、前記第1導電型エミッ
タ層に設けられた第2の主電極とからなる電力用半導体
素子が配列形成されてなり、前記第2導電型ベース層の
最大不純物濃度が2×1017cm-3以下、前記第2の主
電極を挟んで隣り合う前記制御電極同士の距離が前記第
1導電型ベース層の厚さの1/6以上、前記第2の主電
極を挟んで隣り合う前記制御電極同士の距離と、前記第
1導電型エミッタ層の実質的な幅との積が10000μ
2 以下であることを特徴とする。
Another power semiconductor device of the present invention (fourth invention) is a second conductivity type base layer formed on the surface of the first conductivity type base layer, and a second conductivity type base layer. A first conductivity type emitter layer formed on the surface, a second conductivity type emitter layer formed on the surface of the first conductivity type base layer opposite to the second conductivity type base layer, and the second conductivity type A power semiconductor including a control electrode provided on a base layer, a first main electrode provided on the second conductivity type emitter layer, and a second main electrode provided on the first conductivity type emitter layer. Elements are arranged in an array, the maximum impurity concentration of the second conductive type base layer is 2 × 10 17 cm −3 or less, and the distance between the control electrodes adjacent to each other with the second main electrode interposed therebetween is the first 1/6 or more of the thickness of the conductive type base layer and adjacent to each other with the second main electrode interposed therebetween. The distance between the control electrode, the product of the substantial width of the first conductive type emitter layer 10000μ
It is characterized by being m 2 or less.

【0017】[0017]

【作用】本発明者の研究によれば、本発明の素子(GT
O)構造において、第2導電型ベース層の最大不純物濃
度が2×1017cm-3を境にしてオン電圧が急激に低減
することが分かった。
According to the research conducted by the present inventor, the device of the present invention (GT
It was found that in the O) structure, the on-state voltage drastically decreases when the maximum impurity concentration of the second conductivity type base layer is 2 × 10 17 cm −3 .

【0018】したがって、上記知見に基づいた本発明に
係る電力用半導体装置によれば、従来よりもオン電圧を
低くできる。また、本発明者の研究によれば、本発明の
素子(GTO)構造において、第2導電型ベース層の最
大不純物濃度が2×1017cm-3以下の場合、該最大不
純物濃度の値に関係なく、第2の主電極を挟んで隣り合
う制御電極同士の距離と第1導電型エミッタ層の実質的
な幅との積が10000μm2 以下であれば、従来と同
じ遮断電流が得られることが分かった。
Therefore, according to the power semiconductor device of the present invention based on the above findings, the on-voltage can be made lower than in the conventional case. Further, according to the research by the present inventor, in the device (GTO) structure of the present invention, when the maximum impurity concentration of the second conductivity type base layer is 2 × 10 17 cm −3 or less, the maximum impurity concentration value is Irrespective of whether the product of the distance between the control electrodes adjacent to each other with the second main electrode sandwiched therebetween and the substantial width of the first conductivity type emitter layer is 10000 μm 2 or less, the same breaking current as in the conventional case can be obtained. I understood.

【0019】したがって、上記知見に基づいた簡単な技
術手段を本発明に係る電力用半導体装置に付加すれば、
すなわち、第3、第4の発明によれば、2×1017cm
-3以下、10000μm2 以下にすれば、遮断電流の低
下を招かずに従来よりもオン電圧を低くできる。
Therefore, if simple technical means based on the above knowledge is added to the power semiconductor device according to the present invention,
That is, according to the third and fourth inventions, 2 × 10 17 cm
When it is -3 or less and 10000 μm 2 or less, the on-voltage can be lowered as compared with the conventional case without lowering the breaking current.

【0020】[0020]

【実施例】以下、図面を参照しながら実施例を説明す
る。 (第1の実施例)図1は、本発明の第1の実施例に係る
メサ型GTOの素子構造を示す断面図である。これは1
セル分を示しており、このようなメサ型GTOを配列形
成したものが本発明の電力用半導体装置となる。
Embodiments will be described below with reference to the drawings. (First Embodiment) FIG. 1 is a sectional view showing an element structure of a mesa type GTO according to the first embodiment of the present invention. This is 1
A cell portion is shown, and an array of such mesa type GTOs is the power semiconductor device of the present invention.

【0021】図中、1は高抵抗のn型ベース層を示して
おり、このn型ベース層1の表面にはp型ベース層4、
n型エミッタ層5が順次形成されている。p型ベース層
4、n型エミッタ層5はメサを構成している。
In the figure, reference numeral 1 denotes a high-resistance n-type base layer, and on the surface of the n-type base layer 1, a p-type base layer 4,
The n-type emitter layer 5 is sequentially formed. The p-type base layer 4 and the n-type emitter layer 5 form a mesa.

【0022】このようなメサ構造は、例えば、n型ベー
ス層1の表面にp型ベース層4を形成し、次いでこのp
型ベース層4の表面にn型エミッタ層5を拡散形成した
後、p型ベース層4、n型エミッタ層5をメサ状にエッ
チング加工することにより得られる。
In such a mesa structure, for example, the p-type base layer 4 is formed on the surface of the n-type base layer 1, and then the p-type base layer 4 is formed.
It is obtained by diffusing the n-type emitter layer 5 on the surface of the type base layer 4 and then etching the p-type base layer 4 and the n-type emitter layer 5 into a mesa shape.

【0023】n型エミッタ層5にはカソード電極6が設
けられ、p型ベース層4にはゲート電極7が設けられて
いる。ゲート電極7は高濃度のp型コンタクト層8を介
してp型ベース層4に接続している。このp型コンタク
ト層は、ゲート電極7とp型ベース層4とのコンタクト
抵抗を下げる役割と、p型ベース層4の横方向抵抗を下
げる役割を持っている。
A cathode electrode 6 is provided on the n-type emitter layer 5, and a gate electrode 7 is provided on the p-type base layer 4. The gate electrode 7 is connected to the p-type base layer 4 via the high-concentration p-type contact layer 8. The p-type contact layer has a role of reducing the contact resistance between the gate electrode 7 and the p-type base layer 4, and a role of reducing the lateral resistance of the p-type base layer 4.

【0024】一方、n型ベース層1の裏面にはp型エミ
ッタ層2が設けられ、このp型エミッタ層2にはアノー
ド電極3が設けられている。n型ベース層1の不純物濃
度は2×1013cm-3、p型ベース層4の最大不純物濃
度は2×1017cm-3以下、n型ベース層1の厚さは6
50μm、n型エミッタ層5の実質的な幅Wmは40μ
m、ゲートコンタクト(ゲート電極とp型ベース層とが
コンタクトするところ)の間隔Wggは140μm、ア
ノード電極3を挟んで隣り合うゲート電極7間の距離
(単位セルの幅)Wsは200μmである。
On the other hand, a p-type emitter layer 2 is provided on the back surface of the n-type base layer 1, and an anode electrode 3 is provided on the p-type emitter layer 2. The impurity concentration of the n-type base layer 1 is 2 × 10 13 cm −3 , the maximum impurity concentration of the p-type base layer 4 is 2 × 10 17 cm −3 or less, and the thickness of the n-type base layer 1 is 6
50 μm, the substantial width Wm of the n-type emitter layer 5 is 40 μm
m, the distance Wgg between the gate contacts (where the gate electrode and the p-type base layer are in contact) is 140 μm, and the distance (width of the unit cell) Ws between adjacent gate electrodes 7 with the anode electrode 3 interposed therebetween is 200 μm.

【0025】n型エミッタ層5の実質的な幅Wmとは、
p型ベース層4との接合部分の正味のn型エミッタ層5
の幅であり、例えば、図18に示すように、p型コンタ
クト層8がn型エミッタ層5領域内まで形成されている
場合には、n型エミッタ層5からp型コンタクト層8を
除いた部分の幅がWmである。
The substantial width Wm of the n-type emitter layer 5 is
Net n-type emitter layer 5 at the junction with the p-type base layer 4
18, the p-type contact layer 8 is removed from the n-type emitter layer 5 when the p-type contact layer 8 is formed within the region of the n-type emitter layer 5, as shown in FIG. The width of the part is Wm.

【0026】また、p型ベース層4の最大不純物濃度と
は、実質的なn型エミッタ層5の中心線上のp型ベース
層4の不純物濃度のうち最大の不純物濃度である。p型
ベース層4の最大不純物濃度、Wm、Wgg、Wsのパ
ラメータは図2、図3から求めた。
The maximum impurity concentration of the p-type base layer 4 is the maximum impurity concentration of the p-type base layer 4 substantially on the center line of the n-type emitter layer 5. The maximum impurity concentration of the p-type base layer 4 and the parameters of Wm, Wgg, and Ws were obtained from FIGS. 2 and 3.

【0027】図2は、p型ベース層4の最大不純物濃度
とオン電圧VF との関係、ならびに従来のGTOと同程
度の遮断電流を得るために必要なWsとWmとの積(W
s・Wm)を示している。なお、図中、括弧内の値は従
来設計でのWmの値を示している。
FIG. 2 shows the relationship between the maximum impurity concentration of the p-type base layer 4 and the on-state voltage V F , and the product of Ws and Wm (W, which is necessary to obtain the same breaking current as that of the conventional GTO).
s · Wm). In the figure, the value in parentheses indicates the value of Wm in the conventional design.

【0028】図2から、p型ベース層4の最大不純物濃
度が2×1017cm-3付近からオン電圧VF が急激に上
昇し始める。したがって、オン電圧VF を下げるには、
本実施例のように、p型ベース層4の最大不純物濃度を
2×1017cm-3以下にすることが望ましい。
From FIG. 2, the on-state voltage V F begins to rise sharply when the maximum impurity concentration of the p-type base layer 4 is around 2 × 10 17 cm -3 . Therefore, in order to reduce the ON voltage V F ,
As in this embodiment, it is desirable that the maximum impurity concentration of the p-type base layer 4 be 2 × 10 17 cm −3 or less.

【0029】オン電圧VF の上昇理由は、p型ベース層
4の最大不純物濃度が高くなると、nエミッタ層5から
注入された電子がp型ベース層4中で正孔と再結合し、
十分な電子がn型ベース層1に供給されないからであ
る。
The reason why the on-voltage V F rises is that when the maximum impurity concentration of the p-type base layer 4 increases, the electrons injected from the n-emitter layer 5 recombine with holes in the p-type base layer 4,
This is because sufficient electrons are not supplied to the n-type base layer 1.

【0030】また、図2から、従来のGTOと同程度の
遮断電流を得るために必要なWs・Wmの値は、p型ベ
ース層4の最大不純物濃度が2×1017cm-3以下であ
ればほぼ10000μm2 で一定で、それを越えると急
激に上昇する。
Further, from FIG. 2, the value of Ws · Wm required to obtain the same breaking current as that of the conventional GTO is that the maximum impurity concentration of the p-type base layer 4 is 2 × 10 17 cm −3 or less. If there is, it is constant at about 10000 μm 2 , and if it exceeds it, it rises sharply.

【0031】したがって、本実施例のように、Ws=2
00μm、Wm=40μmとし、Ws・Wmの値を10
000μm2 以下に設定すれば、オン電圧VF を低く保
ったまま、従来と同程度の遮断電流を確保できる。換言
すれば、遮断電流の減少を招かずに、従来よりもオン電
圧を低くできる。
Therefore, as in this embodiment, Ws = 2
Set 00 μm and Wm = 40 μm, and set the value of Ws · Wm to 10
If it is set to 000 μm 2 or less, it is possible to secure the same breaking current as the conventional one while keeping the on-voltage V F low. In other words, the on-voltage can be lowered as compared with the conventional case without reducing the breaking current.

【0032】また、10000μm2 以下では、p型ベ
ース層4の最大不純物濃度の制御が甘くても、従来のG
TOと同程度の遮断電流を容易に得られる。p型ベース
層4の最大不純物濃度が高いと、ターンオフ時の正孔の
引き出し抵抗が小さくなるので、Ws・Wm、換言すれ
ば、n型エミッタ層5が比較的大きくてもターンオフで
きる。一方、p型ベース層4の最大不純物濃度が低い
と、ターンオフ時の正孔の引き出し抵抗が大きくなり、
ターンオフできるようにするには、抵抗を下げるため
に、Ws・Wmを小さくする必要がある。
On the other hand, if it is 10000 μm 2 or less, even if the maximum impurity concentration of the p-type base layer 4 is poorly controlled, the conventional G
A breaking current similar to that of TO can be easily obtained. If the maximum impurity concentration of the p-type base layer 4 is high, the hole extraction resistance at the time of turn-off becomes small. Therefore, even if Ws · Wm, in other words, the n-type emitter layer 5 is relatively large, it can be turned off. On the other hand, if the maximum impurity concentration of the p-type base layer 4 is low, the hole extraction resistance at turn-off becomes large,
To be able to turn off, it is necessary to reduce Ws · Wm in order to reduce the resistance.

【0033】図3は、Wgg/Ldiffとオン電圧VF
の関係を示す特性図である。また、図3には、Wgg/
LnB とオン電圧VF との関係も示してある。Ldiffは
高注入状態のn型ベース層の拡散長、LnB はn型ベー
ス層の厚さである。
FIG. 3 is a characteristic diagram showing the relationship between Wgg / Ldiff and ON voltage V F. Further, in FIG. 3, Wgg /
The relationship between Ln B and ON voltage V F is also shown. Ldiff is the diffusion length of the n-type base layer in the high implantation state, and Ln B is the thickness of the n-type base layer.

【0034】図3から、WggがLdiffよりも短くなる
とオン電圧VF が急激に上昇することが分かり、Wgg
はLdiffより大きくする必要がる。これはゲート電極と
p型ベース層とのコンタクト界面(ゲートコンタクト界
面)での電子と正孔との再結合がn型エミッタ層から注
入された電子を消滅させてしまうからである。
It can be seen from FIG. 3 that when Wgg is shorter than Ldiff, the on-voltage V F rapidly rises.
Must be larger than Ldiff. This is because the recombination of electrons and holes at the contact interface (gate contact interface) between the gate electrode and the p-type base layer causes the electrons injected from the n-type emitter layer to disappear.

【0035】n型ベース層の厚さLnB は、通常、高注
入状態のn型ベース層の拡散長の約6倍程度のなので、
Wggはn型ベース層の厚さの6分の1より大きく大き
くすれば、例えば、本実施例のように、n型ベース層の
厚さ=650μm、Wgg=140μmに設定すれば、
WggはLdiffより大きくなり、オン電圧VF の低い素
子が実現できる(第2の発明)。
Since the thickness Ln B of the n-type base layer is usually about 6 times the diffusion length of the n-type base layer in the high implantation state,
If Wgg is set to be larger than one sixth of the thickness of the n-type base layer, for example, by setting n-type base layer thickness = 650 μm and Wgg = 140 μm as in this embodiment,
Wgg is larger than Ldiff, and an element having a low on-voltage V F can be realized (second invention).

【0036】なお、上述したことから、LnB /6<W
gg<10000/Wmの関係が得られる。(単位:μ
m) 本実施例ではWm=40μmとしたがそれより小さくて
も良い。その場合、遮断能力(ターンオフ特性)がさら
に向上する。
From the above, Ln B / 6 <W
The relationship of gg <10000 / Wm is obtained. (Unit: μ
m) In this embodiment, Wm = 40 μm, but it may be smaller than that. In that case, the breaking ability (turn-off characteristic) is further improved.

【0037】また、本実施例ではn型エミッタ層の素子
実行面積に占める割合は20%であるが、その割合が小
さいほど遮断能力は向上する。また、本実施例ではWg
g=140μmとしたがそれより大きくても良い。この
場合、オン電圧をさらに低くすることができる。
Further, in this embodiment, the ratio of the n-type emitter layer to the active area of the device is 20%, but the smaller the ratio, the higher the blocking ability. Further, in this embodiment, Wg
Although g = 140 μm is set, it may be larger than that. In this case, the ON voltage can be further lowered.

【0038】また、本実施例ではゲート電極とp型ベー
ス層とのコンタクト界面(ゲートコンタクト界面)での
キャリアの再結合を抑制するために、コンタクト界面の
素子実効面積に対する割合を30%以下にしている。
Further, in this embodiment, in order to suppress recombination of carriers at the contact interface (gate contact interface) between the gate electrode and the p-type base layer, the ratio of the contact interface to the element effective area is set to 30% or less. ing.

【0039】ここまでは、主としてオン電圧に関しての
効果について説明したが、次にスイッチング特性等のタ
ーンオフ特性に関しての効果について説明する。図4
は、従来のGTOのn型ベース層中のキャリア分布およ
びターン電流の波形を示す図である。n型ベース層中で
は正孔と電子とにより導電変調が起こっており、正孔と
電子は同じキャリア分布となっている。図中、nはキャ
リア数を示している。
Up to this point, the effect on the ON voltage has been mainly described, but next, the effect on the turn-off characteristic such as the switching characteristic will be described. FIG.
FIG. 6 is a diagram showing a carrier distribution and a turn current waveform in an n-type base layer of a conventional GTO. In the n-type base layer, conduction modulation occurs due to holes and electrons, and holes and electrons have the same carrier distribution. In the figure, n indicates the number of carriers.

【0040】図4(a)はオン状態のキャリア分布、図
4(b)はターンオフのフォールタイムでのキャリア分
布、図4(c)はテールタイムでのキャリア分布を示し
ている。また、図4(d)は上記各状態のターン電流の
波形を示している。
FIG. 4A shows the carrier distribution in the ON state, FIG. 4B shows the carrier distribution at the turn-off fall time, and FIG. 4C shows the carrier distribution at the tail time. Further, FIG. 4D shows the waveform of the turn current in each of the above states.

【0041】フォールタイムなどターンオフの初期は、
キャリア分布の微分が負(dn/dx<0)の部分のキ
ャリアが排出され、その後、キャリア分布の微分が正
(dn/dx>0)の部分のキャリアが排出される。
At the beginning of turn-off such as fall time,
Carriers with a negative carrier distribution differential (dn / dx <0) are discharged, and then carriers with a positive carrier distribution differential (dn / dx> 0) are discharged.

【0042】ただし、キャリア分布の微分はカソード側
からアノード側へ、電流に沿った微分を意味する。図5
は、キャリア分布の微分(dn/dx)とベース接地増
幅率αpnp と電流密度との関係を示す特性図である。図
5から、dn/dxが大きいほど、電流密度が小さいほ
どαpnp が大きくなることが分かる。
However, the differentiation of the carrier distribution means the differentiation along the current from the cathode side to the anode side. Figure 5
FIG. 4 is a characteristic diagram showing the relationship between the carrier distribution derivative (dn / dx), the grounded base amplification factor αpnp, and the current density. From FIG. 5, it can be seen that the larger dn / dx and the smaller the current density, the larger αpnp.

【0043】ターンオフ中のスイッチング損失は、ター
ンオフ中に素子に流れる電流が多いと大きくなる。その
ため、ターンオフ中に素子に流れる電流の総量Qoff
小さくすることが望ましい。Qoff は以下の式で求める
ことができる。
The switching loss during turn-off increases when a large amount of current flows through the device during turn-off. Therefore, it is desirable to reduce the total amount Q off of the current flowing through the element during turn- off . Q off can be calculated by the following formula.

【0044】[0044]

【数1】 [Equation 1]

【0045】この式から、n型ベース層においてdn/
dx<0の領域を増やすこと、言い換えれば、微分値を
できるだけ小さくすることが、Qoff の低減につながり
スイッチング損失の低減に有効であることが分かる。
From this equation, in the n-type base layer, dn /
It can be seen that increasing the region of dx <0, in other words, making the differential value as small as possible is effective in reducing Q off and reducing switching loss.

【0046】テール電流は他の部分に比べて大きくな
る。これは、テール電流部分では、電流密度が小さくな
り、dn/dx>0であるので、このような条件では、
図5に示すようにαpnp が1に近くなるからである。
The tail current becomes large as compared with the other parts. This is because in the tail current portion, the current density becomes small and dn / dx> 0, so under such conditions,
This is because αpnp becomes close to 1 as shown in FIG.

【0047】従来からアノードショート構造などの導入
により、アノード側のキャリア増加を抑制していたが、
従来構造では、カソード側のn型ベース層のキャリア蓄
積量は少ないままなので、十分にdn/dxを小さくで
きず、その結果、ロスが大きく、また、p型ベース層の
最大不純物濃度が高いので蓄積キャリアが少なく、オン
電圧が高くなるという問題があった。
Conventionally, by introducing an anode short structure or the like, an increase in carriers on the anode side has been suppressed.
In the conventional structure, since the amount of carriers accumulated in the n-type base layer on the cathode side remains small, dn / dx cannot be sufficiently reduced, resulting in a large loss and a high maximum impurity concentration in the p-type base layer. There is a problem that the number of accumulated carriers is small and the ON voltage is high.

【0048】しかし、本発明の場合、アノードショート
構造を採用することにより、アノード側のキャリアを減
少させると、このアノード側キャリアの減少と上記カソ
ード側キャリアの増加との相乗効果により、図6に示す
ように、従来のGTOに比べて、dn/dxの値が負の
領域がさらに増える。すなわち、本発明の場合には、図
中の点線左側の全ての領域で負となり、一方、従来の場
合には、点線左側の一部の領域のみで負となる。また、
カソード側に十分なキャリアが蓄積されているので、ア
ノードショートを採用しても、従来ほどオン電圧は上昇
しない。
However, in the case of the present invention, when the anode-side carrier is reduced by adopting the anode short structure, the synergistic effect of the decrease of the anode-side carrier and the increase of the cathode-side carrier results in FIG. As shown, the region where the value of dn / dx is negative is further increased as compared with the conventional GTO. That is, in the case of the present invention, all regions on the left side of the dotted line in the figure are negative, whereas in the conventional case, only some regions on the left side of the dotted line are negative. Also,
Since sufficient carriers are accumulated on the cathode side, even if the anode short circuit is adopted, the on-voltage does not rise as much as in the conventional case.

【0049】このように、本発明の場合には、カソード
側のキャリアが増加した分、アノード側のキャリアが大
幅に減少させることができ、さらにアノードショート構
造の効果が顕著になり、オン電圧を上げずに、従来に比
べて、スイッチング損失が大幅に小さくなる。
As described above, in the case of the present invention, as the carriers on the cathode side are increased, the carriers on the anode side can be greatly reduced, and further, the effect of the anode short structure becomes conspicuous, and the ON voltage is reduced. Without increasing, the switching loss is significantly smaller than the conventional one.

【0050】図7は、アノード側のキャリアの低減と、
n型ベース層中にdn/dxの低減を狙って、ヘリウ
ム、プロトン等のライフタイムキラーを照射して、局所
的にキャリアの再結合が行われるようにした場合のキャ
リア分布を示す図である。図7に示すように、ライフタ
イムキラーは、p型エミッタ側のn型ベース層に導入す
ると有効である。 (第2の実施例)図8は、本発明の第2の実施例に係る
メサ型GTOの素子構造を示す断面図である。なお、図
1のメサ型GTOと対応する部分には図1と同一符号を
付してあり、詳細な説明は省略する。
FIG. 7 shows the reduction of carriers on the anode side,
FIG. 6 is a diagram showing a carrier distribution in the case where a lifetime killer such as helium or a proton is irradiated in the n-type base layer so as to reduce dn / dx so that the carriers are locally recombined. . As shown in FIG. 7, the lifetime killer is effective when introduced into the n-type base layer on the p-type emitter side. (Second Embodiment) FIG. 8 is a sectional view showing an element structure of a mesa type GTO according to the second embodiment of the present invention. The parts corresponding to the mesa type GTO in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals as those in FIG. 1, and detailed description thereof will be omitted.

【0051】これは上述したアノードショート構造を採
用した例である。すなわち、アノード電極3は、p型エ
ミッタ層2の両端に形成された高濃度のn型短絡層9を
介して、n型ベース層1に接続している。
This is an example in which the anode short structure described above is adopted. That is, the anode electrode 3 is connected to the n-type base layer 1 through the high-concentration n-type short-circuit layers 9 formed on both ends of the p-type emitter layer 2.

【0052】従来のGTOの場合、n型短絡層9間の距
離Lasは、Ldiffの約2倍以上に設定されている。こ
れ以上Lasを狭くすると、アノード側のキャリアが減
少し、蓄積キャリアが減少し、オン電圧が高くなるから
である。
In the case of the conventional GTO, the distance Las between the n-type short-circuit layers 9 is set to about twice the Ldiff or more. This is because if Las is made narrower than this, carriers on the anode side are decreased, accumulated carriers are decreased, and the on-voltage is increased.

【0053】一方、本実施例では、上述したように、p
型ベース層の最大不純物濃度、Wgg等を最適化するこ
とにより、p型ベース層、ゲートコンタクト等での再結
合を極力抑制し、カソード側のキャリア(n型ベース層
のキャリア)を増やしているので、LasはLdiffの約
2倍以下にすることができる。また、p型エミッタ層に
対するn型短絡層の比率を大きくできる。
On the other hand, in this embodiment, as described above, p
By optimizing the maximum impurity concentration of the type base layer, Wgg, etc., recombination in the p type base layer, the gate contact, etc. is suppressed as much as possible, and the carriers on the cathode side (carriers of the n type base layer) are increased. Therefore, Las can be less than about twice Ldiff. Further, the ratio of the n-type short-circuit layer to the p-type emitter layer can be increased.

【0054】通常、n型ベース層の厚さは、キャリア拡
散長の6倍程度であるので、Lasをn型ベース層の厚
さの1/3以下にしても、オン電圧は上昇しない。この
ため、テール電流を効果的に減らすことができる。
Since the thickness of the n-type base layer is usually about 6 times the carrier diffusion length, the on-voltage does not increase even if Las is 1/3 or less of the thickness of the n-type base layer. Therefore, the tail current can be effectively reduced.

【0055】図9は、本実施例のメサ型GTOのターン
オフ波形である。Lasは170μmである。n型ベー
ス層の厚さが650μmであるので、Lasはn型ベー
ス層の厚さの1/3以下である。図9から、オン電圧は
従来と同じで、テール電流は従来に比べて約1/3に減
っていることが分かる。これはアノード側のキャリアの
減少とカソード側のキャリアの増加との相乗効果によ
る。 (第3の実施例)図10は、本発明の第3の実施例に係
るメサ型GTOの素子構造を示す断面図である。
FIG. 9 is a turn-off waveform of the mesa type GTO of this embodiment. Las is 170 μm. Since the thickness of the n-type base layer is 650 μm, Las is 1/3 or less of the thickness of the n-type base layer. It can be seen from FIG. 9 that the ON voltage is the same as the conventional one and the tail current is reduced to about 1/3 of the conventional one. This is due to the synergistic effect of the decrease of carriers on the anode side and the increase of carriers on the cathode side. (Third Embodiment) FIG. 10 is a sectional view showing the element structure of a mesa type GTO according to the third embodiment of the present invention.

【0056】これは図7に従ってp型エミッタ層2側の
n型ベース層1にタイムライフキラーを導入した例であ
る。本実施例でもカソード側のキャリアは従来よりも多
いので、その分タイムライフキラーの導入量を多くする
ことができ、タイムライフキラーの効果を高めることが
できる。 (第4の実施例)図11は、本発明の第4の実施例に係
るメサ型GTOの素子構造を示す断面図である。
This is an example in which a time-life killer is introduced into the n-type base layer 1 on the p-type emitter layer 2 side according to FIG. Also in this embodiment, since the number of carriers on the cathode side is larger than in the conventional case, the introduction amount of the time life killer can be increased correspondingly, and the effect of the time life killer can be enhanced. (Fourth Embodiment) FIG. 11 is a sectional view showing the element structure of a mesa type GTO according to the fourth embodiment of the present invention.

【0057】本実施例のメサ型GTOが第1の実施例の
それと異なる点は、カソード電極6に低耐圧のUMOS
FETを直列に接続したことにある。すなわち、本実施
例では、UMOSFETにより電流を遮断するようにな
っている。もとのオン電圧は従来よりも低いので、UM
OSFETを接続することによるオン電圧の上昇は問題
ならない。
The mesa type GTO of this embodiment is different from that of the first embodiment in that the cathode electrode 6 has a low withstand voltage UMOS.
The FETs are connected in series. That is, in this embodiment, the current is cut off by the UMOSFET. The original ON voltage is lower than before, so UM
There is no problem in increasing the ON voltage due to the connection of the OSFET.

【0058】図11において、21はドレイン電極、2
2は高濃度のn型コンタクト層、23はn型ドレイン
層、24はゲート絶縁膜、25はゲート電極、26はソ
ース電極、27はn型ソース層、28はp型ウェル層を
示している。これらによってUMOSFETが形成され
ている。
In FIG. 11, 21 is a drain electrode, 2 is
Reference numeral 2 is a high-concentration n-type contact layer, 23 is an n-type drain layer, 24 is a gate insulating film, 25 is a gate electrode, 26 is a source electrode, 27 is an n-type source layer, and 28 is a p-type well layer. . These make up a UMOSFET.

【0059】本実施例によれば、UMOSFETにより
電流の遮断を行うので、最大遮断電流は従来のGTOよ
りも数段大きくなる。これはp型ベース層の最大不純物
濃度を下げるなどによるオン電圧低減(本発明の効果)
があって初めて可能となる。
According to the present embodiment, since the current is cut off by the UMOSFET, the maximum cutoff current becomes several steps higher than that of the conventional GTO. This is the reduction of the ON voltage by reducing the maximum impurity concentration of the p-type base layer (effect of the present invention).
Only then will it be possible.

【0060】なお、最大遮断電流はUMOSFETの能
力で決まるので、GTO部分の微細化は必要ない。 (第5の実施例)図12は、本発明の第5の実施例に係
るメサ型GTOの素子構造を示す断面図である。
Since the maximum breaking current is determined by the capacity of UMOSFET, it is not necessary to miniaturize the GTO part. (Fifth Embodiment) FIG. 12 is a sectional view showing the element structure of a mesa type GTO according to the fifth embodiment of the present invention.

【0061】本実施例のメサ型GTOが第4の実施例の
それと異なる点は、UMOSFETの代わりに、プレー
ナ型MOSFETを用いたことにある。本実施例でも、
第4の実施例と同様な効果が得られる。 (第6の実施例)図13は、本発明の第6の実施例に係
るメサ型GTOの素子構造を示す断面図である。
The mesa GTO of this embodiment is different from that of the fourth embodiment in that a planar MOSFET is used instead of the UMOSFET. Also in this embodiment,
The same effect as the fourth embodiment can be obtained. (Sixth Embodiment) FIG. 13 is a sectional view showing the element structure of a mesa type GTO according to the sixth embodiment of the present invention.

【0062】本実施例のメサ型GTOが第4の実施例の
それと異なる点は、外部ターンオフ回路からターンオフ
を行なえるようになっていることにある。ゲート電極7
はpチャネルのMOSFETのソース電極34に接続し
ている。このMOSFETのドレイン電極36は接地さ
れ、ゲート電極35は電源37により一定の電圧が印加
されている。また、ゲート電極7はターンオフトリガ回
路38に接続されている。なお、31はp型基板、32
はp型ソース層、33はp型ドレイン層を示している。
The mesa GTO of this embodiment is different from that of the fourth embodiment in that it can be turned off from an external turn-off circuit. Gate electrode 7
Is connected to the source electrode 34 of the p-channel MOSFET. The drain electrode 36 of this MOSFET is grounded, and a constant voltage is applied to the gate electrode 35 by a power supply 37. The gate electrode 7 is connected to the turn-off trigger circuit 38. Incidentally, 31 is a p-type substrate, 32
Indicates a p-type source layer, and 33 indicates a p-type drain layer.

【0063】電流の遮断はUMOSFETにより行なう
ので、外部ターンオフ回路は単にオン状態ではp型ベー
ス層を開放し、ターンオフ時には導通するだけで良い。
本実施例では、ターンオフ時には、ターンオフトリガ回
路8により負電圧がゲート電極7に印加され、その結
果、p型ベース層4の電位が上昇し、正孔電流がMOS
FETにバイパスされ、素子はターンオフする。
Since the current is cut off by the UMOSFET, the external turn-off circuit only needs to open the p-type base layer in the on state and conduct it in the turn-off state.
In the present embodiment, at the time of turn-off, a negative voltage is applied to the gate electrode 7 by the turn-off trigger circuit 8, and as a result, the potential of the p-type base layer 4 rises and the hole current becomes MOS.
Bypassed to the FET, the device turns off.

【0064】(第7の実施例、第8の実施例)図14、
図15は、それぞれ、本実施例の第7、第8の実施例に
係るプレーナ型GTOの素子構造を示す断面図である。
(Seventh Embodiment, Eighth Embodiment) FIG.
FIG. 15 is a cross-sectional view showing the element structure of the planar GTO according to the seventh and eighth embodiments of this embodiment, respectively.

【0065】これらは図13の外部ターンオフ回路を素
子内に埋め込んだ例である。第7の実施例ではゲート電
極7はターンオフ、ターンオフの両方で共通であり、第
8の実施例ではターンオンはゲート電極7により行なわ
れ、ターンオフは別のゲート電極42により行なわれ
る。ターンオン時には正電圧(例えば、17V)を印加
されていれば良く、それ以外の制約はない。ゲート電極
7は絶縁膜を介して形成されており、MOSFETを形
成している。
These are examples in which the external turn-off circuit of FIG. 13 is embedded in the element. In the seventh embodiment, the gate electrode 7 is common for both turn-off and turn-off. In the eighth embodiment, the turn-on is performed by the gate electrode 7 and the turn-off is performed by another gate electrode 42. At turn-on, a positive voltage (for example, 17V) may be applied, and there are no other restrictions. The gate electrode 7 is formed via an insulating film and forms a MOSFET.

【0066】なお、本発明は上述した実施例に限定され
るものではない。例えば、上記実施例では、主としてメ
サ型GTOの場合について説明したが、本発明はプレー
ナ型GTOやトレンチ型GTOにも適用できる。図1
6、図17に、それぞれ、プレーナ型GTO、トレンチ
型GTOの素子構造を示す断面図を示す。トレンチ型G
TOの場合、トレンチ溝でゲート電極7とエミッタ電極
6とを分離している。この結果、素子は微細化されてい
るにも拘らず、実施的なWggは広くなる。
The present invention is not limited to the above embodiment. For example, in the above embodiment, the case of the mesa type GTO was mainly described, but the present invention can be applied to the planar type GTO and the trench type GTO. FIG.
6 and 17 are cross-sectional views showing the device structures of the planar GTO and the trench GTO, respectively. Trench type G
In the case of TO, the trench electrode separates the gate electrode 7 and the emitter electrode 6. As a result, the effective Wgg is widened although the element is miniaturized.

【0067】また、上記実施例では、第1導電型をn
型、第2導電型をp型とした場合の実施例であるが、第
1導電型をp型、第2導電型をn型としても良い。その
他、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々変形して実
施できる。
In the above embodiment, the first conductivity type is n.
In this embodiment, the p-type is used as the second conductivity type and the p-type is used as the second conductivity type. However, the first conductivity type may be p-type and the second conductivity type may be n-type. In addition, various modifications can be made without departing from the scope of the present invention.

【0068】[0068]

【発明の効果】以上詳述したように本発明によれば、第
2導電型ベース層の最大不純物濃度が2×1017cm-3
以下にすることにより、従来よりもGTOのオン電圧を
低くすることができる。
As described above in detail, according to the present invention, the maximum impurity concentration of the second conductivity type base layer is 2 × 10 17 cm −3.
By setting the following, the ON voltage of the GTO can be made lower than in the past.

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

【図1】本発明の第1の実施例に係るメサ型GTOの素
子構造を示す断面図
FIG. 1 is a sectional view showing a device structure of a mesa type GTO according to a first embodiment of the present invention.

【図2】p型ベース層の最大不純物濃度とオン電圧VF
との関係、ならびに従来のGTOと同程度の遮断電流を
得るために必要なWsとWmとの積の最大値を示す図
FIG. 2 shows the maximum impurity concentration and the on-state voltage V F of the p-type base layer.
And a graph showing the maximum value of the product of Ws and Wm required to obtain the same breaking current as that of the conventional GTO.

【図3】Wgg/Ldiffとオン電圧VF との関係を示す
特性図
FIG. 3 is a characteristic diagram showing a relationship between Wgg / Ldiff and ON voltage V F.

【図4】従来のGTOのn型ベース層中のキャリア分布
およびターン電流の波形を示す図
FIG. 4 is a diagram showing waveforms of carrier distribution and turn current in an n-type base layer of a conventional GTO.

【図5】キャリア分布の微分(dn/dx)とベース接
地増幅率αpnp と電流密度との関係を示す特性図
FIG. 5 is a characteristic diagram showing a relationship between a carrier distribution differential (dn / dx), a grounded base amplification factor αpnp, and a current density.

【図6】本発明および従来のキャリア分布を示す図FIG. 6 is a diagram showing carrier distribution according to the present invention and the related art.

【図7】ライフタイムキラーのキャリア分布を示す図FIG. 7 is a diagram showing a carrier distribution of lifetime killer.

【図8】本発明の第2の実施例に係るメサ型GTOの素
子構造を示す断面図
FIG. 8 is a sectional view showing an element structure of a mesa type GTO according to a second embodiment of the present invention.

【図9】本発明および従来のメサ型GTOのターンオフ
波形を示す図
FIG. 9 is a diagram showing turn-off waveforms of the present invention and a conventional mesa GTO.

【図10】本発明の第3の実施例に係るメサ型GTOの
素子構造を示す断面図
FIG. 10 is a sectional view showing an element structure of a mesa type GTO according to a third embodiment of the present invention.

【図11】本発明の第4の実施例に係るメサ型GTOの
素子構造を示す断面図
FIG. 11 is a sectional view showing an element structure of a mesa type GTO according to a fourth embodiment of the present invention.

【図12】本発明の第5の実施例に係るメサ型GTOの
素子構造を示す断面図
FIG. 12 is a sectional view showing an element structure of a mesa type GTO according to a fifth embodiment of the present invention.

【図13】本発明の第6の実施例に係るメサ型GTOの
素子構造を示す断面図
FIG. 13 is a sectional view showing an element structure of a mesa type GTO according to a sixth embodiment of the present invention.

【図14】本発明の第7の実施例に係るプレーナ型GT
Oの素子構造を示す断面図
FIG. 14 is a planer GT according to a seventh embodiment of the present invention.
Sectional view showing the element structure of O

【図15】本発明の第8の実施例に係るプレーナ型GT
Oの素子構造を示す断面図
FIG. 15 is a planer GT according to an eighth embodiment of the present invention.
Sectional view showing the element structure of O

【図16】本発明の変形例を示す断面図FIG. 16 is a sectional view showing a modified example of the present invention.

【図17】本発明の他の変形例を示す断面図FIG. 17 is a sectional view showing another modification of the present invention.

【図18】n型エミッタ層の実質的な幅Wmを説明する
ための図
FIG. 18 is a diagram for explaining a substantial width Wm of an n-type emitter layer.

【図19】従来のメサ型GTOの素子構造を示す断面図FIG. 19 is a sectional view showing an element structure of a conventional mesa type GTO.

【符号の説明】 1…n型ベース層(第1導電型ベース層) 2…p型エミッタ層(第2導電型エミッタ層) 3…アノード電極(第1の主電極) 4…p型ベース層(第2導電型ベース層) 5…n型エミッタ層(第1導電型エミッタ層) 6…カソード電極(第2の主電極) 7…ゲート電極(制御電極) 8…p型コンタクト層 9…n型短絡層[Description of Reference Signs] 1 ... n-type base layer (first conductivity type base layer) 2 ... p-type emitter layer (second conductivity type emitter layer) 3 ... anode electrode (first main electrode) 4 ... p-type base layer (Second conductivity type base layer) 5 ... N type emitter layer (first conductivity type emitter layer) 6 ... Cathode electrode (second main electrode) 7 ... Gate electrode (control electrode) 8 ... P type contact layer 9 ... N Mold short-circuit layer

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】第1導電型ベース層の表面に形成された第
2導電型ベース層と、この第2導電型ベース層の表面に
形成された第1導電型エミッタ層と、前記第2導電型ベ
ース層と反対側の前記第1導電型ベース層の表面に形成
された第2導電型エミッタ層と、前記第2導電型ベース
層に設けられた制御電極と、前記第2導電型エミッタ層
に設けられた第1の主電極と、前記第1導電型エミッタ
層に設けられた第2の主電極とからなる電力用半導体素
子が配列形成されてなり、前記第2導電型ベース層の最
大不純物濃度が2×1017cm-3以下であることを特徴
とする電力用半導体装置。
1. A second conductivity type base layer formed on the surface of a first conductivity type base layer, a first conductivity type emitter layer formed on the surface of this second conductivity type base layer, and said second conductivity type. Second conductivity type emitter layer formed on the surface of the first conductivity type base layer opposite to the first conductivity type base layer, a control electrode provided on the second conductivity type base layer, and the second conductivity type emitter layer And a second main electrode provided on the first conductivity type emitter layer, and a power semiconductor element is formed in an array, and a maximum of the second conductivity type base layer is formed. A power semiconductor device having an impurity concentration of 2 × 10 17 cm −3 or less.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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WO2004090990A1 (en) * 2003-04-09 2004-10-21 The Kansai Electric Power Co., Inc. Gate turn-off thyristor

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