JPS584828B2 - 増幅ゲ−ト形サイリスタ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は一般にサイリスタ、更に具体的に云えば、従
来の装置に較べてサイリスタ装置のｄｖ／ｄｔ能力を低
下させずに、感度を高めた増幅ゲート形サイリスタに対
する改良されたゲート構造に関する。

サイリスタ装置をオンに転ずる為のゲート信号に対する
感度を高くしたサイリスタ装置を提供することが望まし
い。

従来、サイリスタ装置のゲート領域の面積を増加するこ
とにより、感度を高めることが普通であった。

この方法では、装置がｄｖ／ｄｔによってオン転化し易
くなるが、これは望ましくない。

サイリスタがｄｖ／ｄｔによってオンに転ずる可能性は
、基本的には装置のゲート区域に於ける空乏層静電容量
に関係し、これが増幅ゲート形装置のパイロット・サイ
リスタ部分の寸法に直接的に関係する。

従って、所望の感度と見合う範囲内で、出来るだけパイ
ロット・サイリスタ領域を小さくした装置を提供するこ
とが望ましい。

ゲート感度を高めることと、ｄｖ／ｄｔによってオンに
転ずる可能性を下げることという２つの目的は、正反対
の構造によって達成されることが理解されよう。

具体的に云うと、ゲート面積を大きくすれば（特に放射
トリガ装置では）感度が高くなるが、ｄｖ／ｄｔ定格を
よくする為には、ゲート面積を小さくした方がよい。

従って、この発明の目的は、ゲート感度を高くすると共
に、ｄｖ／ｄｔによるオン転化の可能性を小さくしたサ
イリスタ、更に具体的に云えば増幅ゲート形サイリスタ
を提供することである。

この発明の別の目的は、前述の種類のサイリスクである
が、その目的を達成する為に外部回路を必要としない改
良されたサイリスタを提供することである。

この発明の別の目的は、前述の種類のサイリスタ構造で
あるが、標準的な処理技術から大幅にかけ離れなくても
済む様な改良されたサイリスタ構造を提供することであ
る。

簡単に云うと、この発明の１面では、第１の横方向範囲
を持つことを特徴とする第１の領域、並びに該第１の領
域の横方向範囲より大きな横方向範囲を持っていて、該
領域から伸びる少なくとも１つの突起を持つパイロット
・サイリスタ部分を含んだ、ゲート感度が高くてｄｖ／
ｄｔ定格が高い改良されたサイリスタが提供される。

この発明の特定の１実施例では、半径方向のアームの形
をした１つ又は更に多くの突起がそれから伸び出してい
る円形パイロット・サイリスタ・エミツタ領域と、半径
方向アーム並びにパイロット・サイリスタの中心部分の
外側境界の両方の側面を装置の他の部分から隔離する手
段とを持つ半径方向に対称的な装置が提供される。

この発明の現在好ましいと考えられる実施例では、前述
のパイロット・サイリスタ領域を取巻くゲート区域に於
ける横方向ベース・インピーダンスを増加する為に、サ
イリスクの表面からその本体の中に入り込む溝によって
、隔離が達成される。

この発明の別の実施例では、パイロット・エミツタの選
択的な平面状拡散によって隔離が行なわれる。

この発明の更に別の実施例では、サイリスタの順方向阻
止接合に堀形食刻を施すことによって隔離が行なわれる
。

この発明の更に別の面では、エミツタ領域を部分的に取
巻いて且つそれから横方向に隔たる、パイロット・エミ
ツタ領域と同じ導電型の半導体領域によって、隔離が行
なわれる。

この発明に特有と考えられる新規な特徴は、特許請求の
範囲に具体的に記載してあるが、この発明の構成、作用
並びにその他の目的及び利点は、以下図面について説明
する所から最もよく理解されよう。

この発明の動作の基本となるのは、外部ゲート電流に対
するサイリスタのオン転化感度のゲート構造に対する依
存性が、変位電流（即ちｄｖ／ｄｔ電流）と較べて異な
ることである。

半径方向に対称的なゲート構造は、ゲートの外側半径と
内側半径との比に関係する様な、外部ゲート信号に対す
る感度を有する。

更に具体的に云うと、環状増幅ゲート形構造のオン転化
感度は次の様に表わすことが出来る。

ＩＧ（閾値）＝Ｖ（閾値）２πσ／Ｉｎ（ｒ０／ｒｉｎ
）こゝでσｔ＝∫０ｔσ（ｙ）ｄｙであり、σ（ｙ）は
ベース導電度、ｔはベース層の厚さである。

一般にこの種のゲート構造の感度は、外側半径が増加す
るにつれて増加することが判る。

環状ゲート構造の感度は構造の全体的な寸法によって決
定されるが、初期オン転化区域はゲート構造の全面積よ
り実質的に小さい区域である。

一般的に初期オン転化線の長さはゲートの形状によって
決定され、パイロット・エミツタに入りこむ横方向範囲
は印加されたゲート信号の立上り時間及び大きさによっ
て決定される。

パイロット・サイリスタのオン転化の直後に、陽極陰極
電流の流れが主エミツタ領域に移るので、パイロット・
サイリスタは大きな面積にする必要がない。

ｄｖ／ｄｔによるオン転化に対するパイロットの感度は
パイロット・エミツタの面積に関係するから、初期オン
転化線を保てる位のゲート面積を持ちながらも、この面
積を小さくすることが好ましい。

然し、前に述べた様に、環状ゲート構造の外側半径を減
少すると、内側半径もそれに対応して縮小しなければ、
オン転化感度が低下する。

外側半径と内側半径との比を一定に保つ為に、それらを
同時に減少することは有効であるが、内側半径と共に初
期オン転化線の長さも減少することは容易に判ることで
ある。

電流源によってトリガされるサイリスタの場合、装置を
作り易くする為に且つ或る最小限のオン転化線の長さに
見合う様に、或る最低の内側半径を保つ限り、この方法
は許容し得るものである。

然し、放射トリガ形の設計では、環状ゲート領域の内側
半径が減少すると、放射に対して露出する面積も減少し
、これはやはり望ましくないことがある。

第１図にはこの発明によるゲート構造を含む増幅ゲート
形サイリスタ装置のパイロット・サイリスタ部分が示さ
れている。

この発明のゲート構造は、外部から印加されるゲート信
号（この場合は放射信号）に対する感度を高めると同時
に、ｄｖ／ｄｔによるオン転化に対する感度を低下させ
る。

第１図は装置の平面図であり、第２図及び第３図は、ゲ
ート領域を取巻く所要の隔離作用を達成する為に別の方
法を用いたこの発明のサイリスタの別の実施例の断面図
である。

第２図及び第３図は線２−２で切った断面である。

装置は交互の導電型の半導体層を含む層状半導体構造で
ある。

第１の層１０はｐ型半導体材料であり、これを装置の陽
極と呼ぶ。

ｐｎｐｎ型サイリスタ装置となるこの発明の装置を説明
する。

当業者であれば、希望により、これと相補型の装置を作
る為に、導電型を相補型にすることが出来ることは当然
である。

金属電極１２を半導体層１０の下に好便に設けて、それ
に対する熱的及び電気的な接点にすることが出来る。

図に示した電極及び種々の半導体層の相対的な厚さは実
尺に合せたものではない。

ｎ型の半導体層１６がｐ型層１０に重なっていて第１の
接合１４を形成する。

この層を便宜的に装置のｎ型ベース層と呼ぶ。

更にｐ型半導体層１８が層１６に重なり、その間に接合
２０を形成する。

層１８は、装置のｐ型ベース層である。陽極、ｎ型ベー
ス層及びｐ型ベース層の各々は、周知の様にエビタキシ
ャル成長、適当にドープしたウエーハに対する拡散又は
その他の方法によって好便に形成することが出来る。

例えば第３図に示す構造は、第２図の層１８と大体同様
な半導体層２２を形成するのにマスク拡散法を使う場合
を想定している。

第３図の場合、半導体層２２は、装置の表面まで伸びる
ｎ型半導体層１６の中に不純物原子を拡散することによ
って形成される。

同様に、層１０は、拡散によって層２２と同時に形成し
てもよいし、或いは層１６の表面の上にエビタキシャル
成長させてもよいし、或いは周知のその他の方法によっ
てもよい。

この発明による装置の内、上に述べた部分は第２図及び
第３図にしか示してない。

装置の他の部分は、第２図又は第３図と共に第１図を参
照すれば、更によく理解されよう。

ｐ型半導体層１８又は２２の中に放射感知区域２４が形
成される。

領域２４は、そこに入射する放射を効率よく収集する為
に、研磨、食刻、被覆又はその他の処理を好便に行なう
ことが出来る。

光によってトリガされるサイリスタ並びにその他の種類
の放射トリガ形サイリスタは周知であり、この発明によ
る装置に周知の技術を容易に用いることが出来る。

領域２４は、領域１８又は２２の他の部分より一層薄く
作り、接合２０の内、放射感知領域２４の下にある部分
に最も効率よく担体が形成される様にするのが便利であ
る。

電極２６が領域２４を取巻いていて、装置の初期オン転
化の為、領域２４の下方で発生された担体を均等に分配
する。

電極２６は随意選択であり、光点弧形サイリスタ装置に
この発明を適用した場合の好ましい構造として、図に示
した。

電気的に点弧される装置では、領域２６がゲートに接触
する便宜をよくする為、内向きに伸びて領域２４を覆う
。

ｎ型層２８が放射感知領域２４を取巻き、装置のパイロ
ット・エミッタを形成する。

ｎ型層２８は全体的に環状であって、それから半径方向
外向きに突起２８′が伸び出している。

電極３０がｎ型層２８と、ｐ型層１８の一部分、第３図
の場合は、ｐ型層２２の一部分の両方に重なっている。

電極３０はζの発明の装置のパイロット・サイリスタ部
分の陰極を形成すると共に、主サイリスタ部分のゲート
を構成する。

この発明の装置の主サイリスタ部分がｎ型層３２と、層
３２に重なって、希望によっては複数個のエミツタ短絡
部３６でｐ型層１８又は２２に接触する電極３４とを含
む。

エミツタ短絡部３６はこの発明では、周知の方法に従っ
て、装置の主エミツタ部分のｄｖ／ｄｔ能力を高める為
に形成することが好ましい。

従って、希望によっては、エミツタ短絡部３６を省略し
てもよい。

この発明の装置のパイロット・サイリスタ部分のゲート
領域、即ち、装置の内、下側にあるｎ型層２Ｂと一般的
に定義する領域が、装置の他の部分から隔離されており
、第２図では溝３８により、第３図では、ｎ型層１６の
内、装置の表面まで４０に示す様に伸びる部分によつて
隔離されている。

いづれの場合も、ｐ型ベース層１８（又は２２）の横方
向比抵抗を増加し、溝によって拘束された形以外には、
装置のゲート区域から電流が殆んど或いは全く外向きに
流れない様にする。

詳しく云うと、光点弧形装置では、大部分のゲート電流
又は光ゲート電流がｎ型パイロット・エミツタ層２８の
突起２８′の下だけを流れる。

溝３８が第２図では層１８の中に途中までしか入り込ま
ない様に示してあるが、希望によっては、第５図の部分
断面図に示す様に、接合２０を通抜けて層２６に入り込
んでいてもよい。

溝３８には図示の様に不働態化材料を充填して、サイリ
スタの降伏電圧を高めることが好ましい。

第６図に示したこの発明の別の実施例では、層１８とは
反対導電型の領域が溝３８の代りになっている。

領域７０がパイロット・エミツタの近くにあるが、それ
から横方向に隔たっており、この付加的な領域の区域で
ｐ型ペース層１８の厚さを薄くすることにより、隔離作
用を行なう。

第４図は、前に２８′で例示した様な種類の突起が４つ
設けられていることを別にすれば、第１図乃至第３図の
装置と略同様なこの発明のサイリスタを示す。

こうすると、外部から印加されるゲート信号に対する感
度並びにｄｖ／ｄｔによるオン転化の感度の両方を減少
しながら、幾分か一層対称的な装置になる。

第４図は装置の平面図を示すだけであるが、第２図及び
第３図の断面図は第４図の装置でも略そのままであり、
余分の突起として、突起５０，５２，５４，５６が設け
られているだけである。

他の参照数字は第１図乃至第３図の同様な参照数字に対
応する。

第４図では、突起５０，５２，５４，５６の長さと略等
しい距離だけ、食刻領域５８乃至６１が半径方向外向き
に拡がっている様に示しているが、第１図乃至第３図、
第５図及び第６図について説明した様な幅の狭い溝又は
その他の隔離領域を使ってもよいことは云う迄もない。

その場合、溝はパイロット・エミツタ２８と、それから
伸び出す突起５０，５２，５４，５６の境界の近くに設
けられる。

この発明の利点は、この発明による特定の装置の２つの
例を考えれば、容易に理解出来よう。

第１の例では、従来の装置とこの発明の装置とを同じ感
度を持つ様に設計し、ｄｖ／ｄｔ能力を比較した。

第２の例では同じｄｖ／ｄｔ能力を持つこの発明の装置
と従来の装置との感度を比較した。

いづれの例でも、こゝで取上げる従来のゲート構造は環
状構造であって、特定の内側及び外側半径のｎ＋型ゲー
ト・エミツタ領域を持っている。

この発明の構造は第４図に示した形式であって、エミッ
タの環状部分に特定の内側半径を持つと共に、特定の幅
及び長さを持つ４つの突起を持っている。

長さは内側及び外側半径と同じ様に測る。

即ち、装置の中心から測る。

どの場合も、装置のｐ型ベースの導電度は同じであり、
これをσで表わし、ｐ型ベースの厚さをｔで表わす。

第１の例では、従来のサイリスタの環状ゲートエミツタ
は、内側半径が１０ミル、外側半径が１００ミルである
。

このサイリスタの感度は計算で約０．３６６／σｔと云
うことが出来る。

陽極電流密度に対する感度（Ｃｄｖ／ｄｔ）は約０．０
１６１／σｔである。

比較の為、外部から印加されるゲート信号に対して同じ
感度を持つこの発明の装置は、内側半径が１０ミル、中
間半径が２５ミル、外側半径が３４ミルで、突起の幅は
１０ミルである。

こういう寸法を持つ装置は、外部から印加されたゲート
信号に対する感度が０．３６５／σｔであり、陽極電流
密度に対する感度が０．００６５／σｔである。

２つの装置の外部から印加されるゲート信号に対する感
度は略等しいが、陽極電流密度に対する感度が従来の装
置では２倍以上であることが判る。

第２の例では、従来のサイリスタは内側半径が２０ミル
、外側半径が１０６ミルである。

この寸法の装置は、外部から印加されたゲート信号に対
する感度が０．３７４／σｔであり、陽極電流密度に対
する感度が０．０７０／σｔである。

陽極電流密度に対する感度が同様なこの発明の装置は、
内側半径を２０ミル、中間半径を３５ミル、外側半径を
７０ミル、突起の幅を３．５ミルにして作ることが出来
る。

この寸法を持つ装置は、外部から印加されるゲート信号
に対する感度が２．５９／σｔであり、陽極電流密度に
対する感度が０．０７１／σｔである。

従って、ｄｖ／ｄｔ能力を犠牲にせずに、従来の装置の
大体７倍のゲート電流密度を持つ装置が得られたことが
判る。

外部から印加されるゲート信号に対する感度と、ｄｖ／
ｄｔによるオン転化に比較的感応しない点で、従来のも
のよりも実質的に有利なこの発明のサイリスタを説明し
た。

この発明のサイリスタは、放射トリガ形装置に特に適し
ており、特に光点弧形装置に適しているが、普通の電流
又は電圧信号によってトリガされる装置にも同じ様に使
うことが出来る。

全体的に矩形の１つ並びに４つの突起を持つこの発明の
装置を例示したが、当業者であれば、希望によって任意
の数の突起を使うことが出来ること、並びに矩形の突起
が好ましいが、他の形にしてもよいことは云う迄もない
。

この発明を幾つかの好ましい実施例について具体的に図
示し且つ説明したが、当業者であれば、この発明の範囲
内で細部に種々の変更を加えることが出来ることは云う
迄もない。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明のサイリスタの中心部分の平面図、第
２図及び第３図は線２−２で切ったこの発明の別の２つ
の実施例の断面図、第４図はこの発明のサイリスタの別
の実施例の中心部分の平面図、第５図及び第６図は更に
別の実施例の断面図である。 主な符号の説明 ２８・・・・・・ｎ型層（パイロット
・エミツタ）、２８′・・・・・・突起、３８・・・・
・・溝。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 主エミツタ層３２を持つ主サイリスタ部分と、ゲー
   ト２６、パイロット・エミツタ層２８及び該パイロット
   ・エミツタ層上のパイロット陰極電極を持つパイロット
   ・サイリスタ部分と、前記両エミツタ層の間でサイリス
   タのベース層１８．２２上に配置された、主サイリスタ
   部分用のグート電極とを有する増幅ゲート形サイリスタ
   に於て、前記主エミツタ層の方へ向って前記パイロット
   ・エミツタ層から横方向に伸びている少なくとも１つの
   突起２８，５０，５２，５４，５６と、前記パイロット
   ・エミツタ層及び突起を実質的に取囲んで前記ベース層
   中に設けられていて、横方向ゲート電流が前記突起の下
   を除いて前記主及びパイロット・サイリスタ部分間でベ
   ース層を流れるのを防止する隔離領域３８，４０，７０
   と、前記突起の上に配置されていて、前記パイロット陰
   極電極を前記主サイリスタ部分用のゲート電極に接続す
   る導電電極と、を設けたことを特徴とする増幅ゲート形
   サイリスタ。 ２ 特許請求の範囲１に記載した増幅ゲート形サイリス
   タに於て、前記パイロット・エミツタ層２８が半径方向
   に略対称な領域で構成されている増幅ゲート形サイリス
   タ。 ３ 特許請求の範囲２に記載した増幅ゲート形サイリス
   タに於て、前記ゲート２６が、前記半径方向に対称な領
   域の内側に設けられた放射感知区域２４を含んでいて、
   該放射感知区域に放射が入射したことに応答して、前記
   パイロット・エミツタ層及び突起の下に電流を流れさせ
   てサイリスタをオンに転ずる様にした増幅ゲート形サイ
   リスタ。 ４ 特許請求の範囲１に記載した増幅ゲート形サイリス
   タに於て、前記隔離領域が、前記ベース層の表面からサ
   イリスタの本体の中に入り込む溝３８で構成されていて
   、該溝の区域で前記ベース層の横方向インピーダンスを
   増大した増幅ゲート形サイリスタ。 ５ 特許請求の範囲４に記載した増幅ゲート形サイリス
   タに於て、前記溝が前記ベース層を完成に通抜けている
   増幅ゲート形サイリスタ。 ６ 特許請求の範囲１に記載した増幅ゲート形サイリス
   タに於て、前記隔離領域が、前記ベース層中に配置され
   た、該ベース層の導電型とは反対の導電型の半導体材料
   の領域４０．７０で構成されている増幅ゲート形サイリ
   スタ。