JPS5895866A - 光トリガ・スイツチング素子 - Google Patents

光トリガ・スイツチング素子

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JPS5895866A
JPS5895866A JP56192848A JP19284881A JPS5895866A JP S5895866 A JPS5895866 A JP S5895866A JP 56192848 A JP56192848 A JP 56192848A JP 19284881 A JP19284881 A JP 19284881A JP S5895866 A JPS5895866 A JP S5895866A
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JP56192848A
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Yoshio Terasawa
寺沢 義雄
Nobutake Konishi
信武 小西
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    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/08Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof in which radiation controls flow of current through the device, e.g. photoresistors
    • H01L31/10Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof in which radiation controls flow of current through the device, e.g. photoresistors characterised by potential barriers, e.g. phototransistors
    • H01L31/101Devices sensitive to infrared, visible or ultraviolet radiation
    • H01L31/111Devices sensitive to infrared, visible or ultraviolet radiation characterised by at least three potential barriers, e.g. photothyristors
    • H01L31/1113Devices sensitive to infrared, visible or ultraviolet radiation characterised by at least three potential barriers, e.g. photothyristors the device being a photothyristor

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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pnpnの4層からなる光トリガ・スイッチン
グ素子の光点弧感度の改良に関する。
光トリガ信号でスイッチングする素子は、第1図に示す
ようにpK + nB + pB 1 ”Eの連続した
4層領域を具える半導体基体1と、一方の主表面11に
おいてny、層及びI)8層の露出面に接触したカソー
ド電極2と、他方の主表面12においてpK層の露出面
に接触したアノード電極3と、一方の主表面11のny
、層のカソード電極2が形成されていない面に光トリガ
信号を照射する手段4とから成っている。
第1図、の構成ではI)8層の厚みがnE層の下側で一
様となっている。この911層の厚みはスイッチング素
子の順方向阻止電圧の大きさに略比例して決まる。一方
点弧に必要な光トリガ信号の大きさはpB層の厚みに比
例して決まる。したがって、第1図の構成では、耐圧が
高くなると、それと比例して光トリガ信号が大きくなる
という欠点がある。
本発明の目的は、上記の欠点を除去し、耐圧の影41を
受けず常に略一定大きさの光トリガ信号でかつ高点低感
度でスイッチングし得る改良され光トリガ・スイッチン
グ素子を提供することにある。
かかる目的を奏する本発明光トリガ・スイッチング素子
の特徴とするところは、光トリガ信号を照射する側に近
い中間層の光トリガ信号照射個所に対応する部分の厚さ
を他の部分より薄くした点にある。
以下、本発明を実施例として示した図面に基づいて、説
明する。
第2図及び第3図において、1は互いに反対f111に
位置する一対の主表面11.12間にnl。
pB、n、、 pgの連続した4層を肩する半導体基体
、2は一方の主表面11においてni層露出面の中央部
を除く個所及びI)8層の露出面に低抵抗接触したカソ
ード電極、3は他方の主表面12においてI)E層の露
出面に低抵抗接触したアノード電極、4は光トリガ信号
を照射する手段である。
5は一方の主表面11の光トリガ信号の照射個所に対応
する個所において、nB層の一部f:pB層を貫通して
1g層に達するまで突出させたチャネル領域である。こ
のチャネル領域5は第4図に示すように、アノード電極
・カソード電極間の定格の順方向印加電圧でn1層とI
)a層間に形成されるpn接合が逆バイアスされる時に
、全領域が空乏層化されてピンチオフ状態になるような
幅Wに形成されている。空乏層は6で示す。このように
形成すれば、n1層とn1層が接しても空乏層により電
気的に隔離されるので、負荷電流iLが流れる心配はな
い。次にスイッチング動作を説明する。手段4により、
光トリガ信号をnE層の露出表面に照射すると光はny
H層を通りチャネル領域5に入射する。この結果光の量
子数に比例した電子−正孔対がチャネル領域5に発生し
、チャネル領域を含むpv、nu 1gダイオード領域
が低インピーダンス状態となって、ダイオード電流が流
れるようになる。さらに引続いて、このダイオード電流
により、チャネル領域5周辺部のpEnB ps nz
4層領域がターンオンし、負荷電流の流れる導通領域が
広くなる。第2図及び第3図に示す構造の素子では、0
11層に形成されている空乏層がチャネル領域5ではn
1層に接しているため、光入射面からこの空乏層までの
距離をnE層の厚みまで、すなわち最小約2〜3μm程
度まで小さくできる。
したがって、光源からの減衰を少なくして、チャネル領
域5に入射できるので、素子を導通状態にするに必要な
光エネルギを少なくできる特徴がある。またチャネル領
域5を含むpgfl’ingダイオード領域を4層構造
であるI)E nn pB nw領領域場合に比較して
約172以上速くターンオンできる特徴がある。何故な
らば、nB層が高電界であるチャネル領域5によりn1
層に接触しているので、光により空乏層内に発生した電
子、正孔の1)を層及びn1層方向への走行時間が、p
z nu pi+ nr;サイリスタの場合に比較して
I)a層内での走行時間だけ速くなるからである。、上
述した効果は、厚いI)8層を必要とする従来の高耐圧
素子の場合に比較して、著しく大きくなる。
第5図は、nB層の不純物濃度がl X I Q14c
W1−”、厚みが5μm1チヤネル領域5の幅が2μm
でチャネル領域5の長さが7.5μmと10μmの場合
、アノード電極・カソード電極間に65Vの電圧を印加
した状態でのチャネル領域5の中心部を通る電位分布を
、半導体の基本方程式(ボアノン方程式、キャリヤの流
れの連続式]を数値計算して解き、求めた結果である。
チャネル領域5内に負の電位の山すなわちnE層からn
、層へ流れる電子に対する障壁が形成されており、阻止
状態になっている。この障壁はチャネル領域の幅を狭く
することにより、またチャネル領域を長くすることによ
り、高くなる。
第6図は、第5図の場合に対応する順方向阻止特性であ
る。チャネル領域の長さが10μmの場合、アノード電
極・カソード屯極間印加電圧VAK=150Vでのリー
ク電流は1.2X10−7A/c−であり非常に小さい
。チャネル領域の長さが7.5μmでu3X10−’A
/crr?であり小さい。このように第2図及び第3図
の構造より目標の耐圧が得られかつ光点弧感度の高い高
速光トリガスイッチング素子を実現できる。
第7図は、本発明の他の実施例である。この実施例では
、第2図及び第3図に示す実施例において、チャネル領
域5とny層との間にpB層よりも薄いp型半導体層7
を形成したことを特徴としている。この9層7f:設け
ることにより、チャネル領域50幅を広くしても、また
pB層の厚みを博くしても、目標の耐圧が得られる。し
たがって、この実施例は、チャネル領域の幅を広くして
、有効な光入射面積を広くする場合、或はpB層を薄く
する場合に適している。
第8図は、第7図の実施例において、I)11層の厚み
を5μm1表面不純物濃度をI X 10’ acm−
’、nB層の厚みを5μm、不純物濃度をI×1014
crn−3,9層7の厚みを2μm、表面不純物#に度
を5yX1015crIT″′3 とした場合の順方向
阻止特性の一例である。チャネル領域5の長さを5μm
と短かくしても、チャネル領域5の幅が2μmでは15
0vを阻止できる。またチャネル領域5の幅を11μm
と広くしても1 ’00 Vを阻止できる。この場合9
層7の厚みが2μmと薄いので光源4からの光は途中で
減衰することなくチャネル領域5に入射する。またp層
が2μmと薄いので、pv、 nn pB nEの4層
領域を点弧するに必要な光の強度を小さくできる。この
効果は、pB層を厚くする必要のある高耐圧スイッチン
グ素子の場合に、非常に大きい。例えば、pB層のライ
フタイムが0.5μsの場合%I)8層の厚みが100
μmから30μmK薄くなると、最小点弧光入力は1/
6に減少する。
このように本発明では、薄いp層゛7をチャネル領域5
上に設け、チャネル領域5をアノード電極・カソード電
極間電圧でピンチオフ状態とすることにより、光点弧感
度の大きい高耐圧スイッチング素子を実現できる。
第9図及び第10は、第2図及び第3図に示すスイッチ
ング素子を同一の半導体基板内に多数並列配置した場合
の一例である。チャネル領域5を広くして、光点弧によ
るターンオン領域が広くなるようにしである。この目的
′のためには−カソード電極側から見たチャネル領域5
のパターンは円状、放射状、或はその他任意の形状にで
きる。
第11図及び第12図は本発明の他の実施例である。第
9図及び第10図の実施例と比べて、カソード電極2の
構造が異なるのみである。この実施例では、n1層の中
央部の全表面にカソード電極2が接続されていない。光
がチャネル領域5を囲んでいるpz na pll 、
nz 4層領域にも入射するので、この4層領域が速く
ターンオンする。したがって、立ち上りの速い電流をス
イッチング素子に流すことができる。
第13図は、本発明の他の実施例である。第2自及び第
3図に示す実施例を増幅形ゲート方式を採用したスイッ
チング素子の補助スイッチング素子部分子hムに応用し
た一例である。ThMは主スイツチング素子である。光
点弧感度の大きい、しかもターンオン時の順電流上昇率
耐量の大きい光トリガ・スイッチング装置を実現できる
第14図は、第7図に示す実施例を、増幅形ゲート方式
を一採用・したスイッチング素子の補助スイッチング素
子部分子hAとして使用した場合である。第13図の場
合と同様な効果が得られる。さらに、第9図及び第10
図並びに第11図及び第12図の実施例を増幅形ゲート
方式を採用した素子の補助素子部分として利用すること
により、ターンオン時の順電流上昇率耐量の大きい光ト
リガ・スイッチング装置を実現でキル。
なお、光源4の代りに、γ線、α線等の電子−正孔対発
生源を用いた場合も同様な効果が得られることは云うま
でもない。
【図面の簡単な説明】
第1図は従来の光トリガ・スイッチング素子の概略断面
図、第2図は本発明光トリガ・スイッチング素子の一実
施例を示す概略平面図、第3図は第2図の■−■線に沿
う断面図、第4図は第3図の素子の阻止状態での断面図
、第5図は第4図のチャネル領域の中心部を通る電位分
布図、第6図は第2図及び第3図の素子の順方向阻止特
性図、第7図は本発明の他の実施例を示す断面図、第8
図は第7図の素子の順方向阻止特性図、第9図は本発明
の別な実施例を示す平面図、第10図は第9図のx−X
線に沿う断面図、第11図は本発明の更に他の実施例を
示す平面図、第12図は第11図の刈−XJiaに沿う
断面図、第13図は本発明の更に別の実施例を示す断面
図、第14図は本発明の異なる実施例を示す断面図であ
る。 1・・・半導体基体、2・・・カソード電極、3・・・
アノード電極、4・・・光トリガ信号の照射手段、5・
・・チャ第  1 区 第  2′ 図 第 6 閉 →アノード電圧VAに(V) 第 7 図 第 8  ロ 第 9 m ¥!;  10  In $ll  図 第12図

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、隣接する層が異なる導電型を有するように形成され
    たpnpnの連続した4層を備える半導体基体と、半導
    体基体表面において、それぞれ少なくとも外側層に低抵
    抗接触した一対の電極と、一対の電極間をスイッチング
    させるための光トリガ信号を半導体基体表面に照射する
    手段とを有するものにおいて、一方の中間層内に他方の
    中間層と同じ導電型を有し、一端が他方の中間層に連ら
    なり他端が一方の中間層を通り一方の外側層に延びる所
    定幅を有するチャネル領域を形成し、一方の外側層表面
    のチャネル領域に対応する個所に光トリガ信号を照射す
    ることを特徴とする光トリガ・スイッチング素子。 2、特許請求の範囲第1項において、チャネル領域の他
    端が一方の外側層に接していることを特徴とする光トリ
    ガ・スイッチング素子。 3、特許請求の範囲第1項或いは第2項において、チャ
    ネル領域の幅を、一方の中間層と他方の中間層との間の
    pnn金合金定格電圧逆バイアスした時に形成される空
    乏層でピンチオフするような寸法としたことを特徴とす
    る光トリガ・スイッチング素子。
JP56192848A 1981-12-02 1981-12-02 光トリガ・スイツチング素子 Granted JPS5895866A (ja)

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Cited By (2)

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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0230278A2 (de) * 1986-01-24 1987-07-29 Siemens Aktiengesellschaft Thyristor mit integrierter Stromversorgung für eine zugeordnete Schaltungseinheit und Verfahren zu seiner Herstellung
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