JPH1098179A

JPH1098179A - 半導体装置

Info

Publication number: JPH1098179A
Application number: JP24792896A
Authority: JP
Inventors: Masami Nakamura; 正巳中村
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1996-09-19
Filing date: 1996-09-19
Publication date: 1998-04-14
Anticipated expiration: 2016-09-19
Also published as: JP3334509B2

Abstract

(57)【要約】【課題】カソード電極の配置位置に関係なく、各領域
での均一なターンオフ動作が可能となり、遮断耐量を向
上できるゲートターンオフサイリスタを得る。【解決手段】カソード側のＮエミッタ層１３とＰベー
ス層１４とＮベース層１５とアノード側のＰエミッタ層
１６とで四層を構成し、Ｎエミッタ層１３はＰベース層
１４によって相互に分離された径方向に細長い複数個の
領域からなり、その各領域にはカソード電極３が夫々蒸
着されている。ゲート電極４は上記Ｎエミッタ層１３の
各領域を包囲するように上記Ｐベース層１４に蒸着され
ており、ゲート取出金属７はゲート電極４に略全面に対
向して形成され、カソード電極３の領域を包囲するよう
に複数個開口されて板状に構成され、ゲート電極４に電
気的に接続される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、ゲートターンオ
フサイリスタ（以下ＧＴＯサイリスタと記す）などの半
導体装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】図１４と図１５は、例えば特開昭５９−
４０３３号公報に示された従来のＧＴＯサイリスタを示
す夫々断面図と平面図である。図において、１は一方の
主表面１１と他方の主表面１２を有し、隣接する相互間
でｐｎ接合を形成するように導電型が互いに異なる半導
体基体であり、一方の主表面１１に露出するカソード側
のＮエミッタ層１３とＰベース層１４、これに隣接する
Ｎベース層１５、及び他方の主表面１２に露出するアノ
ード側のＰエミッタ層１６とで四層を構成し、上記カソ
ード側のＮエミッタ層１３は上記Ｐベース層１４によっ
て相互に分離された径方向に細長い複数個の領域からな
り、これらの領域が放射状で且つ同心円状に配列されて
いる。２は上記Ｐエミッタ層１６に蒸着されたアノード
電極、３は上記Ｎエミッタ層１３の各領域に夫々蒸着さ
れた複数個のカソード電極、４は上記Ｎエミッタ層１３
の各領域を連続して包囲するように上記Ｐベース層１４
に１０μ程度蒸着された複数個のゲート電極、５は上記
複数個のカソード電極３に電気的に接触するカソード取
出金属、６は上記ゲート電極４の外周側に電気的に接続
され、上記ゲート電極４にゲート信号を導入するゲート
端子である。

【０００３】このような従来のＧＴＯサイリスタにおい
ては、ゲート電極４からカソード電極３へ順方向にゲー
ト電流を流すとオフ状態からオン状態に移行し、逆に、
カソード電極３からゲート電極４に逆方向にゲート電流
を流すとオン状態からオフ状態に移行し、自己消弧を行
う。良好なターンオフ特性を得るため、Ｎエミッタ層１
３が幅の狭い独立した多数の島に分割されており、Ｐエ
ミッタ層１６のオン電流は、Ｎエミッタ層１３の各領域
を連続して包囲するゲート電極４から取出されることに
なる。更に、ゲート電極４に取出されたオン電流はゲー
ト電極４の外周に電気的に接続されたゲート端子６から
外部へ排出され、ＧＴＯサイリスタがオフ状態になる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】従来のＧＴＯサイリス
タは以上のように構成されているので、ターンオフをさ
せる場合に、ゲート電極４に吸収された電流は、ゲート
端子６が接続されている部分までゲート電極４を横方向
に流れることになる。ところが、ゲート電極４は、１０
μ程度に薄く蒸着して形成されているため、カソード電
極３の径方向の内側と外側の配置位置により、その周囲
のゲート電極４の領域からゲート端子６迄の間の抵抗値
に大きな差が生じることになる。このため、特開平２−
５１２７５号公報に示されるようにゲート電極との接触
を増やすためにゲートリードを設けたり、また、特公昭
６３−５８３７６号公報に示されるようにリング状のゲ
ートリングをゲート電極の中間に設けるものがあるが、
いずれも局部的にゲート電極との接触面積を増やしたに
過ぎず、各領域での均一なターンオフ動作が十分でな
く、遮断耐量を大幅に向上させる場合の障害となってい
た。

【０００５】この発明は上記のような問題点を解消する
ためになされたもので、第１の目的は各領域でのターン
オフ動作を更に改善でき、遮断耐量を極めて向上できる
半導体装置を得るものである。更に、第２の目的はゲー
ト電極の略全面に対向したゲート取出金属の全面を確実
にゲート電極に圧接できる半導体装置を得るものであ
る。更に、第３の目的はゲート取出金属と絶縁体をカソ
ード取出金属に確実に保持でき、組立性を向上できる半
導体装置を得るものである。また、第４の目的はゲート
電極にゲート取出金属を均一に圧接できる半導体装置を
得るものである。また、第５の目的はゲート取出金属の
製造を容易にできる半導体装置を得るものである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】この発明に係る半導体装
置においては、ゲート電極の略全面に対向する板状のゲ
ート取出金属を設けると共に、このゲート取出金属には
カソード電極の領域を包囲するように開口された開口部
を複数個設け、ゲート電極に電気的に接続したものであ
る。

【０００７】また、板状のゲート取出金属に対向する絶
縁体をカソード取出金属と上記ゲート取出金属との間に
設け、この絶縁体でその間を絶縁したものである。

【０００８】また、カソード取出金属は、複数個のカソ
ード電極に夫々電気的に接続される複数個の電極部を上
記複数個のカソード電極に対向して突出しており、絶縁
体は、上記複数個の電極部の各領域に対向して開口され
た開口部を有すると共に、ゲート電極に対向して形成さ
れた凹部とを有して上記ゲート電極に対向しており、上
記凹部には板状のゲート取出金属が保持されているもの
である。

【０００９】さらに、絶縁体は、ゲート取出金属に対向
して弾性を有する絶縁材で構成され、この絶縁体でゲー
ト取出金属をゲート電極に向かって弾性的に押圧したも
のである。

【００１０】また、板状のゲート取出金属は隣接する複
数のカソード電極を包囲するように開口した開口部を複
数個有したものである。

【００１１】

【発明の実施の形態】

実施の形態１．図１ないし図５はこの発明の実施の形態
１であるＧＴＯサイリスタを示すもので、図において、
１は一方の主表面１１と他方の主表面１２を有し、隣接
する相互間でｐｎ接合を形成するように導電型が互いに
異なる半導体基体であり、一方の主表面１１に露出する
カソード側のＮエミッタ層１３と第１のベース層を構成
するＰベース層１４、これに隣接する第２のベース層を
構成するＮベース層１５、及び他方の主表面１２に露出
するアノード側のＰエミッタ層１６とで四層を構成し、
上記カソード側のＮエミッタ層１３は上記Ｐベース層１
４によって相互に分離された径方向に細長い複数個の領
域からなり、これらの領域が放射状で且つ同心円状に配
列されている。２は上記Ｐエミッタ層１６に蒸着された
アノード電極、３は上記Ｎエミッタ層１３の各領域に夫
々蒸着された複数個のカソード電極、４は上記Ｎエミッ
タ層１３の各領域を包囲するように上記Ｐベース層１４
に１０μ程度蒸着された複数個のゲート電極であり、図
３のように上記複数個のカソード電極３の各領域を連続
して包囲している。５は上記複数個のカソード電極３に
電気的に接触するカソード取出金属であり、上記複数個
のカソード電極３に夫々対向して突出した複数個の電極
部５ａを有し、この電極部５ａが上記カソード電極３に
電気的に接続されている。６は上記ゲート電極４の外周
側にロー付けされて電気的に接続され、上記ゲート電極
４にゲート信号を導入するゲート端子である。

【００１２】７は上記ゲート電極４の略全面に対向して
板状で形成され、上記カソード電極３の各領域を個別に
包囲するように図４のように放射状で且つ同心円状に開
口された複数個の開口部７ａを有するゲート取出金属で
あり、例えば、０．５ｍｍ以上の厚さに形成され、上記
ゲート電極４にロー付けされて全面が電気的に接続され
ている。

【００１３】このような構成されたＧＴＯサイリスタに
おいては、カソード電極３からゲート電極４に逆方向に
ゲート電流を流してターンオフ動作させると、Ｐエミッ
タ層１６のオン電流は、Ｎエミッタ層１３の各領域の周
囲を個別に囲むゲート電極４から取出されることにな
る。ゲート電極４に取出されたオン電流は、ゲート電極
４に電気的に接している板状のゲート取出金属７に直接
的に吸収され、更に、このゲート取出金属７を横方向に
流れてゲート端子６から外部へ排出され、ＧＴＯサイリ
スタがオフ状態になる。この場合の電流は、ゲート電極
４に電気的に接しているゲート取出金属７に直接的に吸
収されるため、従来のように、僅か１０μ程度のゲート
電極４を横方向に流れる必要がなくなる。つまり、ゲー
ト電極４に比較し、０．５ｍｍ以上のように遥かに厚く
構成されているゲート取出金属７の方を横方向に流れる
ことになる。従って、ゲート電極４からゲート端子６ま
での横方向の抵抗値は、各配置位置による差が大幅に小
さくなり、各領域でのターンオフ動作を改善でき、遮断
耐量を極めて向上できることになる。

【００１４】実施の形態２．なお、実施の形態１では、
ゲート取出金属７は、ゲート電極４にロー付して電気的
に接続するようにされているが、図６ないし図７に示す
ように、板状のゲート取出金属７とほぼ同平面形状の絶
縁体８をゲート取出金属７と対向させ、カソード取出金
属５に接着させて上記カソード取出金属５と上記ゲート
取出金属７との間を絶縁すると共に、上記絶縁体８を介
してゲート取出金属７をゲート電極４に圧接するように
構成すれば、ゲート取出金属７をカソード取出金属５か
ら確実に絶縁できるばかりでなく、ゲート電極４の全面
に対向したゲート取出金属７の全面をゲート電極４に確
実に圧接できることになる。

【００１５】実施の形態３．また、実施の形態２は、ゲ
ート取出金属７とほぼ同一平面形状の絶縁体８をカソー
ド取出金属５に接着させるように構成したが、図８ない
し図９のように絶縁体８をゲート電極４に対向して形成
し、この絶縁体８は、カソード取出金属５の複数個の電
極部５ａの各々の領域に対向する領域を開口する複数個
の開口部８ａを有して上記カソード取出金属５に嵌着さ
れている。なお、上記絶縁体８における上記ゲート電極
４に対向する部分には凹部８ｂが形成されており、この
凹部８ｂは板状のゲート取出金属７とほぼ同平面形状に
形成され、上記ゲート取出金属７が嵌着されている。こ
のように構成すれば、カソード取出金属５の電極部５ａ
を除いて絶縁体８が配置されるので、ゲート取出金属７
はカソード取出金属５に対して確実に絶縁されるばかり
でなく、絶縁体８はカソード取出金属５の電極部５ａ
に、また、ゲート取出金属７は絶縁体８に夫々確実に保
持され、組立性が著しく向上することになる。

【００１６】実施の形態４．図１０ないし図１１は板状
のゲート取出金属７をゲート電極４に圧接する場合の他
の実施の形態を示すもので、絶縁体８を、ゲート取出金
属７に対向して弾性を有する絶縁材で構成し、この絶縁
体８でゲート取出金属７の全面をゲート電極４に向かっ
て弾性的に押圧するようにしたものであり、カソード電
極３とゲート電極４とがほぼ同一平面であれば、ゲート
取出金属７のゲート電極４側をカソード取出金属５の電
極部５ａよりもゲート電極４側に図１０のようにａ寸法
だけ突出するように構成すれば、図１１のようにその突
出寸法ａに応じた押圧力でゲート取出金属７の全面をゲ
ート電極４に均一に圧接することができる。

【００１７】実施の形態５．図１２はこの発明の実施の
形態５を示すもので、板状のゲート取出金属７には、隣
接する複数のカソード電極３の領域を包囲するように放
射状で且つ同心円状に開口された複数個の開口部７ａが
形成されている。この構成では、開口部７ａが広く形成
されるので、ゲート取出金属７の製造が容易となる。な
お、板状のゲート取出金属７を流れる電流の通路は長く
なる部分も生じるが、ゲート電極４の厚さ１０μに比し
てゲート取出金属７の厚さが０．５ｍｍ以上のように遥
かに大であるため、各領域での均一なターンオフ動作が
可能となるという同様の効果を奏するものである。

【００１８】ところで、上記説明では、カソード側エミ
ッタ層が放射状で且つ同心円状に配列したものについて
述べたが、配列の形態については特に限定するものでは
ない。

【００１９】また、上記説明では、カソード側エミッタ
層をＮエミッタ層１３、第１ベース層をＰベース層１
４、第２ベース層をＮベース層１５、アノード側エミッ
タ層をＰエミッタ層１６のようにＮＰＮＰの四層構造を
形成したもので述べたが、逆に、ＰＮＰＮの四層構造を
形成しても利用できることはいうまでもない。

【００２０】また、上記説明では、この発明をＧＴＯサ
イリスタに利用した場合で説明したが、静電誘導サイリ
スタなどの微細パターンを有する半導体装置にも利用で
きることはいうまでもない。

【００２１】

【発明の効果】この発明は、以上説明したように構成さ
れているので、以下に示すような効果を奏する。

【００２２】ゲート電極の略全面に対向する板状のゲー
ト取出金属を設けると共に、このゲート取出金属にはカ
ソード電極の領域を包囲するように開口された開口部を
複数個設け、ゲート電極に電気的に接続することによ
り、各領域でのターンオフ動作を更に改善でき、遮断耐
量を極めて向上させることができる。

【００２３】また、板状のゲート取出金属に対向する絶
縁体をカソード取出金属と上記ゲート取出金属との間に
設け、この絶縁体でその間を絶縁することにより、ゲー
ト電極の略全面に対向したゲート取出金属の全面を確実
にゲート電極に圧接させることができる。

【００２４】また、カソード取出金属は、複数個のカソ
ード電極に夫々電気的に接続される複数個の電極部を上
記複数個のカソード電極に対向して突出しており、絶縁
体は、上記複数個の電極部の各領域に対向して開口され
た開口部を有すると共に、ゲート電極に対向して形成さ
れた凹部とを有して上記ゲート電極に対向しており、上
記凹部には板状のゲート取出金属が保持されているの
で、ゲート取出金属と絶縁体をカソード取出金属に確実
に保持でき、組立性を向上できる

【００２５】さらに、絶縁体は、ゲート取出金属に対向
して弾性を有する絶縁材で構成され、この絶縁体でゲー
ト取出金属をゲート電極に向かって弾性的に押圧してい
るので、ゲート電極にゲート取出金属を均一に圧接させ
ることができる。

【００２６】また、板状のゲート取出金属は隣接する複
数のカソード電極を包囲するように開口した開口部を複
数個有しているので、ゲート取出金属の製造を容易にさ
せることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の実施形態１を示すＧＴＯサイリス
タの要部断面図である。

【図２】この発明の実施形態１を示すＧＴＯサイリス
タの要部断面図である。

【図３】この発明の実施形態１を示すＧＴＯサイリス
タの要部平面図である。

【図４】この発明の実施形態１を示すＧＴＯサイリス
タの要部平面図である。

【図５】この発明の実施形態１を示すＧＴＯサイリス
タの要部平面図である。

【図６】この発明の実施形態２を示すＧＴＯサイリス
タの要部断面図である。

【図７】この発明の実施形態２を示すＧＴＯサイリス
タの要部平面図である。

【図８】この発明の実施形態３を示すＧＴＯサイリス
タの要部断面図である。

【図９】この発明の実施形態３を示すＧＴＯサイリス
タの要部平面図である。

【図１０】この発明の実施形態４を示すＧＴＯサイリ
スタの要部断面図である。

【図１１】この発明の実施形態４を示すＧＴＯサイリ
スタの要部断面図である。

【図１２】この発明の実施形態５を示すＧＴＯサイリ
スタの要部平面図である。

【図１３】従来のＧＴＯサイリスタを示す要部断面図
である。

【図１４】従来のＧＴＯサイリスタを示す要部平面図
である。

【符号の説明】

１半導体基体、２アノード電極、３カソード電
極、４ゲート電極、５カソード取出金属、５ａ電極
部、７ゲート取出金属、７ａ開口部、８絶縁体、８
ａ開口部、８ｂ凹部、１１一方の主表面、１２
他方の主表面、１３Ｎエミッタ層、１４Ｐベース
層、１５Ｎベース層、１６Ｐエミッタ層

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】隣接する相互間でｐｎ接合を形成するよ
うに導電型が互いに異なるカソード側エミッタ層、第１
ベース層、第２ベース層、及びアノード側エミッタ層を
有し、一方の主表面において、上記カソード側エミッタ
層は、上記第１ベース層によって相互に分離して配列さ
れた複数個の細長い領域からなる半導体基体と、上記一
方の主表面において、上記カソード側エミッタ層の各領
域に夫々設けられた複数個のカソード電極と、上記一方
の主表面において、上記カソード側エミッタ層の各領域
を連続して包囲するように第１ベース層に設けられたゲ
ート電極と、他方の主表面において、上記アノード側エ
ミッタ層に設けられたアノード電極と、上記複数個のカ
ソード電極に電気的に接続されたカソード取出金属と、
上記ゲート電極の略全面に対向して形成され、上記カソ
ード電極の領域を包囲するように開口された開口部を複
数個有し、上記ゲート電極に電気的に接続された板状の
ゲート取出金属とを備えた半導体装置。
【請求項２】隣接する相互間でｐｎ接合を形成するよ
うに導電型が互いに異なるカソード側エミッタ層、第１
ベース層、第２ベース層、及びアノード側エミッタ層を
有し、一方の主表面において、上記カソード側エミッタ
層は、上記第１ベース層によって相互に分離して配列さ
れた複数個の細長い領域からなる半導体基体と、上記一
方の主表面において、上記カソード側エミッタ層の各領
域に夫々設けられた複数個のカソード電極と、上記一方
の主表面において、上記カソード側エミッタ層の各領域
を連続して包囲するように第１ベース層に設けられたゲ
ート電極と、他方の主表面において、上記アノード側エ
ミッタ層に設けられたアノード電極と、上記複数個のカ
ソード電極に電気的に接続されたカソード取出金属と、
上記ゲート電極の略全面に対向して形成され、上記カソ
ード電極の領域を包囲するように開口された開口部を複
数個有し、上記ゲート電極に電気的に接続された板状の
ゲート取出金属と、このゲート取出金属に対向して形成
され、このゲート取出金属と上記カソード取出金属との
間に設けられ、この間を絶縁する絶縁体とを備えた半導
体装置。
【請求項３】隣接する相互間でｐｎ接合を形成するよ
うに導電型が互いに異なるカソード側エミッタ層、第１
ベース層、第２ベース層、及びアノード側エミッタ層を
有し、一方の主表面において、上記カソード側エミッタ
層は、上記第１ベース層によって相互に分離して配列さ
れた複数個の細長い領域からなる半導体基体と、上記一
方の主表面において、上記カソード側エミッタ層の各領
域に夫々設けられた複数個のカソード電極と、上記一方
の主表面において、上記カソード側エミッタ層の各領域
を連続して包囲するように第１ベース層に設けられたゲ
ート電極と、他方の主表面において、上記アノード側エ
ミッタ層に設けられたアノード電極と、上記複数個のカ
ソード電極に夫々対向して突出した複数個の電極部を有
し、この複数個の電極部が上記複数個のカソード電極に
電気的に接続されたカソード取出金属と、上記ゲート電
極に対向して形成され、上記複数個の電極部の各領域に
対向して開口された複数個の開口部、及び上記ゲート電
極に対向して形成された凹部を有し、上記カソード取出
金属に保持された絶縁体と、上記ゲート電極の略全面に
対向して形成されて、上記絶縁体を介して上記カソード
取出金属と絶縁され、上記カソード電極の領域を包囲す
るように開口された開口部を複数個有し、上記凹部に保
持されると共に上記ゲート電極に電気的に接続された板
状のゲート取出金属とを備えた半導体装置。
【請求項４】隣接する相互間でｐｎ接合を形成するよ
うに導電型が互いに異なるカソード側エミッタ層、第１
ベース層、第２ベース層、及びアノード側エミッタ層を
有し、一方の主表面において、上記カソード側エミッタ
層は、上記第１ベース層によって相互に分離して配列さ
れた複数個の細長い領域からなる半導体基体と、上記一
方の主表面において、上記カソード側エミッタ層の各領
域に夫々設けられた複数個のカソード電極と、上記一方
の主表面において、上記カソード側エミッタ層の各領域
を連続して包囲するように第１ベース層に設けられたゲ
ート電極と、他方の主表面において、上記アノード側エ
ミッタ層に設けられたアノード電極と、上記複数個のカ
ソード電極に電気的に接続されたカソード取出金属と、
上記ゲート電極の略全面に対向して形成され、上記カソ
ード電極の領域を包囲するように開口された開口部を複
数個有し、上記ゲート電極に電気的に接続された板状の
ゲート取出金属と、弾性を有する絶縁材で構成され、上
記ゲート取出金属に対向して上記カソード取出金属と上
記ゲート取出金属との間に設けられ、この間を絶縁する
と共に上記ゲート取出金属の全面を上記ゲート電極に向
かって弾性的に押圧する絶縁体とを備えた半導体装置。
【請求項５】ゲート取出金属は隣接する複数のカソー
ド電極の領域を包囲するように開口した開口部を複数個
有することを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載
の半導体装置。