JPS583283A - サイリスタ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は”／ａ　を耐量の増大と高感度化を図り九サイ
リスタに関する。

サイリスクは導電蓋を交互に異ならせ、表裏の半導体層
表面にアノード電極とカノード電極とを取付け−に４つ
の半導体１１によ）構成され、アノード電極側よシ一般
にＰ工電、夕層、Ｎペース層、Ｐペース層、％！（、り
層とし九構造を有している。しかしてヒＯ？イリスｌで
は、Ｐペース層に設けられ九ｒ−）電極に）ｌＪｆ信号
を印加することＫよりて、先ずｒ−）近傍０小面積がタ
ーン第２Ｌ％時間の経過に伴ってそＯＩｌ！合全面積Ｋ
ｌりてターンオン領域が拡大して導通する。ヒＯ為、タ
ーンオン時の央入電流上昇率”／ａ　ｔが大きいと、素
子能力以上にｒ　−ト近傍の＠もれた導通部分に電流が
集中し、こＯ結果、局所的な温度上昇による熱破壊が生
じることがある。

そζで近都ではサイリスタの高耐圧化、大容量化に伴い
、スイッチング時の”／ａ＊耐量が大会＜、シかもｒ−
）制御電流のできるだけ小さ流が増大すると云う相反す
る問題があり九・ま九近時、ｒ−ト電流に代えて光信号
によシスイ、テンダ動作を制御する光サイリスタが開発
されているが、利用可能な光エネルギーに限度がある上
、ハイ・ｒ−）・ドライブが困難な為、４　’／ａ　＊
耐量を大きくできなかり九、これ故、”／ａｉ耐量を損
うことなしにｒ−）感度の向上を図り先高耐圧・大容量
のサイリスタの開発が強く望まれていた。

第１図はこのような問題を解決すべく構成され走光すイ
リスタの断画構造を模式的に示したものである。Ｓａに
おいて、デエ電、タ層ｒ、Ｎペース層ｊ、Ｐペース層１
、Ｎエヤ、りｌＩ４からなる４つの半導体層からなるサ
イリスタの上記Ｐ工々、りｌｌ１１表ｍｔｃはアノード
電極５が、１１九Ｎ工ζ、夕陽４０表面に祉カノード電
極Ｃが配設されており、メインサイリスタが形成されて
いる。上記Ｎ工ずＶり層４は、Ｐペース聯１０外周側に
円環状に形成され九ものである。

を九このメイｙトランＶスタ０Ｐ４−ス層ＩＫは、複数
のΔイロ、トサイリスタを形成するエミ、り層ｙｑ、ｙ
ｂ、ｙ・が相互に離間して同心円状に形成されており、
その中央部には受光部ａが形成されている。

しかして今、このサイリスタＯ受光部ＩＫ光トリガ信号
ｈνを照射すると、これｋようて発生する光電流Ｉ、ｈ
はＰペースｊｌＪを横方向に流れ、メインサイリスタＯ
Ｎエヤツタ層４に設けられえ短絡部−を経由してカソー
ド電極６に流れる。このとき、上記光電流！ｐｈにより
てＰペースｊｌＪＫ発生する横方向電位差は、Δイ四。

トナイリスタＯＮエミッタ層１ａ、Ｆｂ、Ｆｅを順方向
にバイアスする。この順方向／４イアス〇一番深い部分
、つｔｂ受光部８の電圧がＰペース−１とＮエヤ、夕陽
Ｐａ、Ｆｂ、ｒ＠との間に構成される接合部のビルトイ
ン−テンシャルＯ値に近付くと、ＮＩ２．夕陽Ｆ　ａ　
＠　Ｆ　ｂ　＊ｒ・からデペース１１１への電子の注入
が急増し、このｌ１ＩＩ榮Δイロｖトサイリスタは受光
部１の領域からターンオンする。このターンオン電流は
電極１　ｅ　’ａを経由して次段のノタイロ、トサイリ
スタに＃Ｉ！れ、ハイｒ−）ドライブ電流として同ｄイ
二ットサイリスタを最適な条件でターンオンさせ為、そ
して同様にしてこのノ譬イロ、トサイリ誠夕のサイリス
タのターンオンによシ、第３ｉｌｌＯΔイ０．トナイリ
スタが駆動され、更に仁れによってメインサイリスタが
ターンオン駆動されるヒとに１に為。

このようにして多数構成され−ｋｄイロットナイサイタ
によって、ターンオン初期時に発生する過大な電力損失
を各ノ譬イ一ットサイリスタに分散させることにより、
ホットスーットの発生を防止Ｌ−％−’／ａｔ耐量の改
善を図ることが行われている。

ところが、このよう１［来の多段増幅ｒ−）構造のすイ
リスタにありては、次Ｏよう表欠点があった。

即ち、初段のパイロットサイリスタＯＰペース層１０抵
抗値を大きくシ、光電流１．ｊＫ’りて発生するＰペー
ス層１の横方向電位差を大きくすると、これにより光感
度Ｃ＋”−）感度）Ｏ向上を図シ得るが、そ０反面、サ
イリスク主回路から混入する電圧ノイＪｅＫ対して誤点
弧し中すくなる。つｔｂ、急峻な電圧上昇率を持つ電圧
ノイズがアノード電極５とカソード電極−関に加わると
、これにようて発生ずる変位電流が上記光電流Ｉｐｈと
同じ経路を通る為、この結果光感度を高くすると電圧ノ
イＪｅＫよりて娯点弧し島すくなる。この電圧ノイズに
対して誤点弧しないための許容最大ｄｖ／ｄｔ値がｄマ
／ａｔ耐量と称されるものである。

一方、初段の・９イロ、トサイリスタＯＮエミッタ響ｒ
１の半径８を小さくシ、この領域で発生する変位電流の
量を抑制し、且つＮエン、り９７ｍ直下のＰペース層Ｊ
の抵抗値を大きくすることで、上記ｄマ／ｄｔ耐量を損
うことなしに光感度の向上を図ることができる。然し乍
らこのとき”／ａｔ耐量の゛′低下を防止する為に、初
段のＩｆイロットサイリスタで発生するスイッチング損
失を軽減することが必要となる。この点、前述し九よう
Ｋ　ｐ４イロ、トサイリスタの段数を増やすととＫより
て、各段におけるスイッチング損失を少なくすることが
できｂが、前記変位電流は光電流１．ｈと違って接合領
域の全面積に亘りて流れるから、メインサイリスタのＮ
エン。

り層４の前記短絡部＃に近付くに従−りてその値が大き
くなる。この為、ノ譬イロ、トサイリスタの段数を増し
九場合、逆に後段の・ダイロットサイズによる誤点弧が
生じ易くなると云う新たな問題が生じた。

更にノ母イロ、トサイリスタの段数が増加すると、ター
ンオンに必要な最小７ノード電圧、つまり７４ンガ電圧
が増加する傾向がある。このフィンガ電圧の大きなサイ
リスタを例えば並列運転すると、並列運転される各サイ
リスタの両端に印加されるアノード電圧が最初にターン
オンし九サイリスタのオン電圧によって決定されてしま
う為、フィンが電圧の更に大きい他のすイリスタがター
ンオンしなくなると云う不具合が生じる。このような各
種の問題は、上述した光サイリスタに限らず、通常の電
気トリガ式のサイリスタにも同様に存在する。

本発明祉このような事情を考慮してなされたもので、そ
の目的とするところは、ｄｖ／１を耐量やフィンガ電圧
等の特性を損うことなしに光感度（ｒ−）感度）の向上
と”／ａ　を耐量の大輪な改善を図った実用性の高いサ
イリスタを提供すもことにある。

即ち本発明の概要は、複数の・ダイロットサイリスタの
各段のエヤ、タ電極を次段の？−）電極に電気的に結合
し、最終段の／ｆイロ、トサイリスタのニオツタ電極を
ペース層に設は九集電電極と共通化すると共に初段のノ
スイロ、トサイリスタを除く少なくとも１つの・譬イロ
、トサイリスタのペース層の幅を上記初段・母イｃ１．
トサイリスタのペース層の幅よシ小さくすることによっ
て、上述した目的を効果的に達成したものである。

以下、図面を参照して本発明の実施例につき説明する。

第２図は実施例に係るサイリスタの電極構造を示す平面
図で、第３図はその断面構成を模式的に示すものである
。サイリースタを構成する４、つの半導体層のうち、Ｐ
ペースａＳには集電電極ＩＩが設けられてお如、この集
電電極１１に囲まれて第１および第２のノ譬イロットサ
イリスタ１２・１３が設けられている。第ｌのノ豐イロ
、トサイリスタ１２は、受光部８の周囲に同心円状にＮ
エン、り層ＪＪａを設け、仁のＮエン、り層ＩＪａ上に
カソード電極ＪＪｂを設けて構成される。また第２０ノ
中イロ、トサイリスタ１３は、上記第１の／ダイロット
サイリスタ１２を馬蹄形に囲み、且つ前記集電電極ＪＪ
Ｋ囲まれてＮエン、り層１３１を２条に形成し、このＮ
エミツタ層１３　ａ上に形成されるエン、り電極１１ｂ
を集電電極１１と共通化すると共に１Ｐベ一ス層３上に
ｅ−）電極１ｓ・を配設して形成される。しかして、こ
の第２の一９イロ、トサイリスタ１３のｒ−）電極１３
＠は、前記第１の・臂イロ、トサイリスタ１２のカソー
ド電極ＪＪｂに、ＡＬ　線等の導体１４にょうて電気的
に接続され、第１０ノ々イロ、）サイリスタ１１のター
ンオン電流が＠２のノ臂イロットサイリスタ１３のｒ−
）電流として供給されるよう罠なっている。ｔたこの＃
！２０ノｆイａ、）サイリスタ１３ＯＮ工ｉ、夕層ＪＪ
ａの深さは第１の・臂イロ、トサイリスタ１１のＮ工き
ツタ７１１１７　ａよシ深く設定゛されており、これに
より、そのＰベース幅が初段のそれより小さくなるよう
に定められている。

かくしてこのような構造を有するサイリスタの受光部８
に、今光トリガ信号ｈνを照射すると、その中央部空乏
層領域で発生する光ｗ棺ＩｐｈはＰペース層３に流入す
る。そしてこのＰペース層３では、光電流１．ｈはＰペ
ース層３に設けた集電電極１１を経由し、Ｐベース１ｉ
ｌＪとメインサイリスタのカソード電極６との短絡部９
を通って上記カソード電極６に流れることになる。この
とき、光電流Ｉ、ｈは第１の・母イロットサイリスタ１
２直下のＰペース層３では、その横方向に流れることに
なり、この光電流Ｉｐｈによりて発生するＰベース横方
向電位差によって、第１の・ダイロ、トサイリスタ１２
のＮエミッタ層Ｊｆｆｉａが順方向にバイアスされるこ
とになる。しかしてこの順方向バイアスの一番深い電位
が、上記Ｎエミツタ層１２ａとＰペース層３との１間の
接合部のビルトインポテンシャルの値に近付くと、Ｎエ
ミ、り層１２１からＰベースｌ１ＩＳへの電子の注入が
急増し、これによって第１の／＃イロ、トサイリスｆｉ
ｌｌがターンオンすることにガる。

この第１のノダイロ、トサイリスタ１２のターンオンに
よって、そのターンオン電流１．１は前記導体１４を介
してノ・イｒ−）ドライブ電流として第２のノ母イロ、
トサイリスタ１３のｆ−）電極１３ｅに印加され、これ
によって第２の・９イロ、トサイリスタ１３がターンオ
ンすることに々る。その後、この第２のＩ＃イロ、トサ
イリスタ１１のターンオン電流Ｉ□は、集電電極１１を
介し、メインサイリスタの短絡部９からそのカソード電
極６に流れることになる。このターンオン電流１ｐ１は
、メインサイリスタのｒ−ト電流として機能するもので
あり、この結果メインサイリスタがターンオンすること
になる。

ところで、本構□造では、第２０ノ譬・′イロットサイ
リスタ１３のＰベース幅が初段のノ譬イロットサイリス
タ１２のＰベース幅に比して狭く定められている。この
Ｐベース幅は、サイリスタのターンオン時間に強い影替
を与えるもので、一般にＰ５ヘース層の幅が狭い程、そ
のターンオン時間が短かい、従って本サイリスタ構造に
よれば％Ｊ１１！１の／ダイロットサイリスタ１２のタ
ーンオン電流１．１によって、第２の・母イロットサイ
リスタ１３がターンオンす゛ると、この第２の／＃イロ
、トサイリスタ１３のターンオン電流１ｐｌが急激に増
加する。この結果、第２の・々イロットサイリスタ１１
のターンオンに伴い、第１のノ譬イロットサイリスタ１
２の電流分担が急激に軽減されることになる。つｔｂ、
第２の・ダイロ、トサイリスタ１３０ペース層の幅が狭
い為にそのターンオンがシャープであシ、従ってペース
層の幅が等しい従来構造のものに比して、・ダイロ、ト
サイリスタ群のターイオン特性が著しく改善される。

Ｗ！！、４図はパイロ、トサイリスタの段数Ｎと、この
段数の増加に伴う初段の・９イロｙ）サイリスタのター
ンオン電流最大値１．１ｆｎの関係を示している。但し
、Ｎ−０は・昔イロットサイリスタを備えない通常構造
のサイリスタを示しており、特性ａは第１図に示す従来
構造のもの、また特性すは本構造のものについてそれぞ
れ示している。

この特性図から明らかなように、各Ｉ譬イロ。

トサイリスタのＰベース幅が等しい従来構造のもので杜
、その構成段数Ｎの増加に伴い、初段のターンオン電流
最大値Ｉｐ１゜は直線的に減少するが、本発明構造の場
合、２段構造でＩｐｌ□を従来構造の半分以下にするこ
とができる。ちなみにＩｐｌ　ｍを８０（Ａ）とするに
は、従来構造の場合、・ダイロ、トサイリスタの構成を
４段にしなければならない。

このことから示されるように、本構造によれば、・９イ
ロ、トサイリスタの構成段数を増すことなしに、第１の
・セイロットサイリスタ１２のｔ流分担を大幅に軽減す
ることができる。従って、第１の・ダイロットサイリス
タ１ｚの半径Ｒを小さくして、ここで発生する変位電流
を効果的に抑制することができ、またｄマ／ｄｔｈ耐量
ヲ損うことなしにｆ−）感度（光感度）を向上させるこ
とが可能となる。しかも、・ダイＧｌ、）サイリスタの
構成段数Ｎの増加に伴うフィンガ電圧の増加も未然に防
ぐことができる。

更に本発明では、第２０ノ９イロ、トサイリスタ１３の
エミッタ電極ＪＪｂを集電電極ＩＪと共通化しているか
ら、第２の・ぐイロットサイリスタ１３の内部で発生す
る変位電流を全て集電電極１１に集めることができる。

従って、第２の／母イロットサイリスタ１３を設計する
に際して、その内部で発生する変位電流によるｄマ／ｄ
ｔ耐量の低下を全く考慮する必要がない、この為、第２
のパイロ、トサイリスタ１３のＮ工１２り層１３＆の幅
および長さを十分大きく設定することができるから、そ
の初期ターンオン領域を十分に大きくすることができる
。これによシ、第２のノ譬イロｙ）サイリスタ１３の電
流分担が増加することになるが、これによって”／ａ＊
ｔｉ４量が低下することはない。

かくしてここに、サイリスタに要求されるｄｖ／ａｔ耐
量やフィンガ電圧等の主要な特性を損うことなしに、そ
の”／ａｔ耐量やダート感度（光感度）の向上を図るこ
とが可能となる。しかも、本構造り簡易に実現でき、そ
の実用釣利点も多大であり、従来構造に社期侍すること
のできない絶大なる効果を奏する。

尚、本発明は上記実施例に限定されるものではない、実
施例でＬ光トリが式Ｏ光サイリスタにつ色例示したが、
実施例にお秒る受光部ｊＯペース層Ｓ上にｒ−）電極を
設は九構造の電気トリガ式のものにも同様に適用できる
ことは云うまでもない、ｔた実施例で社２段構成され九
ノ９イロ、トサイリスタを偏えたも＋ｉＤＫつき説明し
たが、その構成段数やノダイロ、トサイリスタ形状岬は
仕様に応じて定めればよいもＯである。

豐するに本発明は、その要旨を逸脱しない範囲で柚々変
形して実施することができる。

【図面の簡単な説明】

ｉ１図は従来のサイリスタの一例を示す構成図、−１図
は本発明の一実施例を示すサイリスタの電極構造平面構
成図、第３１１４は同実施例の断面構成図、第４図は／
ぐイロットサイリスタの構成段数とターンオン電流最大
値との関係を示す特性図である。 ３・・・Ｐペース層、４・・・Ｎエミツタ層、５・・・
アノード電極、Ｃ・・・カソード電極、８・・・受光部
、９・・・短絡部、１１・・・集電電極、１２・・・第
１の・豐イロ、トサイリスタ、１３・・・第２の・曽イ
ロットサイリスタ、１４・・・導体、ｊＪａｌＺＪａ・
・・Ｎエミツタ層、１３ｅ・−１”−）電極。 出願人代理人　　弁理士　鈴　江　武　彦第１図 第３図 第２図 第４図 Ｎ　（ｊｌｌｌＸ）

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）　　導電蓋を交互に異ならせて積鳴された４つＯ
   半導体層からなるメインサイリスタのペース層中に上記
   メインサイリスタの工ｔｙＩ層を除く他の３つの半導体
   層を共有する複数のパイロットサイリスクの工電、タ層
   を前記メインサイリスＩのニオ、り層から分離し、１’
   ）このメインサイリスタの二電、タ層と同導電蓋にそれ
   ぞれ形成してなるサイリスタＫＴｈいて、上記各パイロ
   ットサイリスクをメインナイリスタＯエイ、タ層に隣接
   するペース層状に設は九集電電極の内側に配置し、且つ
   各ｄイーｙトティリスタのエヤ、り層に挾重れるペース
   層上にそれぞれメート電極を形成し、これらの／４イロ
   、トサイリスタｏｒ−トｗ弊を前段のΔイロットサイリ
   スタＯ工電ツタ層上に設けられ九エイツタ電極に順次電
   気的に接続すると共に、最終段Ｏｄイロットサイリスタ
   Ｏ予電シメ電極を前記集電電極と共通化し、且つ初段Ｏ
   Δイｇ、）サイリスクのペース層幅に比して他の少を（
   とも１）０Δイロ、トナイリスタのペース層幅を小さく
   し九ことを特徴とすゐサイリスク。
2. （２）　　初段の／奢イｔｌットｔイリスクは、光トリ
   ガ信号を受けて点弧駆動されるものである特許請求の範
   囲第１項記載Ｏｔイνスタ。