JPS5931221B2 - 逆導通サイリスタ - Google Patents

逆導通サイリスタ

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JPS5931221B2
JPS5931221B2 JP8680677A JP8680677A JPS5931221B2 JP S5931221 B2 JPS5931221 B2 JP S5931221B2 JP 8680677 A JP8680677 A JP 8680677A JP 8680677 A JP8680677 A JP 8680677A JP S5931221 B2 JPS5931221 B2 JP S5931221B2
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JP
Japan
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base layer
thyristor
layer
section
junction
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JP8680677A
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務 中川
浩 蒲生
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Mitsubishi Electric Corp
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Mitsubishi Electric Corp
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/66Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/68Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor controllable by only the electric current supplied, or only the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched
    • H01L29/70Bipolar devices
    • H01L29/74Thyristor-type devices, e.g. having four-zone regenerative action
    • H01L29/7404Thyristor-type devices, e.g. having four-zone regenerative action structurally associated with at least one other device
    • H01L29/7412Thyristor-type devices, e.g. having four-zone regenerative action structurally associated with at least one other device the device being a diode
    • H01L29/7416Thyristor-type devices, e.g. having four-zone regenerative action structurally associated with at least one other device the device being a diode the device being an antiparallel diode, e.g. RCT

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Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、オフ電流の低減と表面安定化をはかつた逆
導通サイリスタに関するものである。
サイリスタとダイオードを1個の半導体基体内に逆並列
に構成したいわゆる逆導通サイリスタの従来の構造例と
しては、第1図、第2図に断面図で示すようなものがあ
る。第1図は半導体基体の中央部にサイリスタ部を形成
し、このサイリスタ部の周囲にダイオードを配置した例
、第2図は半導体基体の中央部にダイオード部を形成し
、その外側にサイリスタ部を配置した例である。
そして、第1図、第2図の平面図を第5図、第6図に縮
小して示す。第1図、第2図、第5図、および第6図に
おいて、1はn形の高抵抗の半導体基体であり、n形の
第2ベース層4を構成する。
2は第1エミッタ層、3はp形の第1ベース層で、n形
の第2ベース層4に隣接し、この第2ベース層4との間
にpn接合J_2を構成する。
5は前記第2ベース層4に隣接し、この第2ベース層4
との間にpn接合J_1を構成する第2エミッタ層、第
1エミッタ層2は第1ベース層3に隣接し、第1ベース
層3との間にpn接合J_3を構成する。
6は前記第2ベース層4に設けたn形の低抵抗層、8は
カソード電、極、9はゲート電極、10はろう材で温度
補償体11と半導体基体1の主表面13とをろう付けす
る。
12は前記主表面13と対をなす主表面である。
14は逆導通サイリスタのうちのサイリスタ部、15は
前記サイリスタ部14と逆並列に接続ノ されたダイオ
ード部、16は前記第1ベース層3、第2ベース層4お
よび第2エミッタ層5からなる分離領域、18は通電に
は寄与しない領域である垂直投影部、19は前記第1ベ
ース層3のカソード電極8が取り付けられる部分、20
は前記第2フ ベース層4が低抵抗層6に隣接する部分
、21は前記第1ベース層3のゲート電極が取り付けら
れる部分、22は傾斜付け部である。
このような構成の逆導通サイリスタの製造方法はすでに
周知であるので、その説明は省略する。
第1図に示す逆導通サイリスタの構造的な特徴は、半導
体基体1の中央部にサイリスタ部14を形成し、このサ
イリスタ部14の外周にダイオード部15を配置し、サ
イリスタ部14とダイオード部15との境界に第1ベー
ス層3、第2ベース層4、第2エミツタ層5からなをい
わゆる分離領域16を設けていることである。この分離
領域16はサイリスタ部14とダイオード部15を分離
し、転流失敗をなくすことを目的として設けられている
ものである。転流失敗とは、ダイオード部15への通電
の際にダイオード部15を構成する第1ベース層3から
注入された正孔が、ダイオード部15を構成する第2ベ
ース層4から、サイリスタ部14を構成する第2ベース
層4へも侵入しているため、アノードに…、カソードに
(へ)電圧を印加すると、サイリスタ部14を構成する
第2ベース層4中へ侵入した正孔は、サイリスタ部14
を構成する第1エミツタ層2に注入し、サイリスタ部1
4をオン状態にする現象をいう。この転流失敗を防止す
るには、ダイオード部15への通電の際、サイリスタ部
14へ侵入する正孔の濃度を低くおさえる必要があり、
サイリスタ部14とダイオード部15との間に正孔の拡
散距離Lよりも充分に大きい分離幅をもつ分離領域16
を設けている。分離領域16の幅として実用上約1m1
Lが一般的である。第1図に示す逆導通サイリスタでは
、最外周に第1ベース層3と第2ベース層4からなるP
n接合J2のみしか存在しないため、いわゆるPnpト
ランジスタ類似の増幅作用が傾斜付け部22には存在せ
ず、極めて安定な順方向耐圧特性が得られる。しかしな
がらサイリスタ部14の外周に配置した分離領域16は
幅1mm程度であるので、逆導通サイリスタの全有効導
通面積に占める分離領域16の面積は約1割強にもなり
、分離領域16の占める面積の割合だけ実質的に順方向
オン電圧や逆方向オン電圧の増加をもたらすことになる
欠点がある。第2図に示す従来の逆導通サイリスタの構
造例では、半導体基体1の中央部にダイオード部15そ
の外側にサイリスタ部14を配置し、ダイオード部15
とサイリスタ部14との間に分離領域16を設け、半導
体基体1の外周にゲート電極9を設けたことを特徴とし
ている。
このような構造では分離領域16力伴導体基体1の中央
部にあるため、分離領域16の全有効導通面積に占める
割合は小さいが、ゲート電極9を半導体基体1の外周に
配置しているため、導通面積は第1図に示す構造例とほ
とんど変らないために実質的な順方向オン電圧や逆方向
オン電圧が増加するという欠点が生ずる。
また半導体基体1の傾斜付け部22の垂直投影部18は
p形の第1ベース層3とn形の第2ベース層4とp形の
第2エミツタ層5からなり、いわゆるPnpのトランジ
スタを構成する。か\る構造の逆導通サイリスタは、順
方向オフ電圧印加時に、傾斜付け部22に付着したイオ
ン等の作用による第2ベース層4の空乏層幅の変化に伴
い、漏れ電流等が傾斜付け部22のPnpトランジスタ
作用により著しく増幅作用を受け、安定な順方向耐圧特
性が得られない欠点がある。この発明は、上記従来構造
の欠点を除去するためになされたもので、順方向オン電
圧の低減をはかるとともに、安定した順方向オフ電圧特
性を得るための逆導通サイリスタを提供するにある。
以下この発明について説明する。第3図、第4図はこの
発明の一実施例を示す断面図である。
そして、第3図、第4図の平面図を第7図、第8図に縮
小して示す。これらの図で第1図、第2図、第5図、第
6図と同一符号は同一構成部分を示す。この発明による
構造の新規な点は、第3図、第4図中で傾斜付け部22
の垂直投影部18中に第1ベース層3と第2ベース層4
と第2ベース層4と導電形を同じくする低抵抗層7から
なる接合領域17を含むことにある。
第3図の実施例では、ダイオ=ド部15をサイリスタ部
14の一方の側に設け、ダイオード部15とサイリスタ
部14との間に分離領域16を設けている。この結果、
第1図の従来例のようにサイリスタ部14の外周にダイ
オード部15を配置したのに比較して、分離領域16の
全有効導通面積に占める分離領域16の面積が減少し、
その分だけ順方向オン電圧の低減をはかることができる
。また半導体基体1の最外周はPn接合J2のみを含む
接合領域17と垂直投影部18からなるので、前記Pn
pのトランジスタ作用による順力向耐圧特性の不安定さ
がなく、安定した耐圧特性が得られるとともに、接合領
域17はダイオード通電時に垂直投影部18中の第2ベ
ース層4の横方向抵抗による分離効果のため殆んどダイ
オード電流は流入しない。よつて転流能力には何等実害
を与えない。また第4図の実施例では、半導体基体1の
中央部にダイオード15を配置し、その外周にサイリス
タ部14を配置し、ダイオード部15とサイリスタ部1
4との間に分離領域16を設けている。
この結果、全有効導通面積に占める分離領域16の割合
は第2図と同様であり、順方向オン電圧低減にはこの発
明は顕著な効果をもたない。しかしながら、半導体基体
1の傾斜付け部22の垂直投影部18に第1ベース層3
、第2ベース層4、および第2ベース層4に隣接し、第
2ベース層4と導電形を同じくする低抵抗層7からなる
接合領域17を設けているため、前述した傾斜付け部2
2のPnpのトランジスタ作用がない。この結果、順力
向耐圧特性の安定化がはかられる特徴をもつている。ま
た第3図の実施例でも説明したように、接合領域17は
ダイオード通電時に垂直投影部18中の第2ベース層4
の横方向抵抗による分離効果のため、殆んどダイオード
電流は流入しない。よつて転流能力には何等実害を与え
ない。第3図の実施例において、2500V11000
A/300A130μsの特性、定格をもつ高速スイツ
チング逆導通サイリスタを試作したところ、オン電圧が
第1図に示した従来構造の逆導通サイリスタに比べ約7
%低減した。
また第2図に示した従来構造と第4図に示した実施例に
よる構造の上記特性、定格をもつ逆導通サイリスタを試
作し、高温プロツキング試験で両者を比較したところ、
第2図に示した従来構造ではサンプル数10個内、50
00時間の高温プロツキング試験時間で、漏れ電流の増
加した数2個、波形不良1個が生じたのに比べ、この発
明による構造のサンプルでは、サンプル数8個の内、不
良数はOと耐圧の安定性で顕著な効果を生じることが判
明した。そして、第5図〜第8図の各平面図を比較すれ
ば明らかなように、ダイオード部15の面積を一定、分
離領域16の幅を一定にするという条件下では、ダイオ
ード部15をサイリスタ部14の周縁に配置する方がダ
イオード部15をサイリスタ部14の内方もしくは側方
に配置するよりも、分離領域16の長さが長くなること
は明らかである。
この結果、第3図の実施例の方が第1図の従来例にくら
べ、分離領域16の面積も大きくなり、半導体基体1の
大きさを一定としたときには、サイリスタ部14の有効
面積が小さくなり、オン電圧が大きくなる。なお、上記
実施例では第1エミツタ層2、第2ベース層4、第2ベ
ース層4に隣接し主表面13に露出した低抵抗層6およ
び低抵抗層7をn形、第1ベース層3および第2エミツ
タ層5をp形として説明したが、これはnとpを逆にし
ても同様の効果が得られることはいうまでもない。
以上説明したようにこの発明は、サイリスタ部の外周の
少なくとも一部にPn接合J2を形成する第1ベース層
と第2ベース層を各々一対の主表面の外周縁に露出させ
、半導体基板の最外周縁に傾斜付けし、この傾斜付けし
た部分の垂直投影下に前記第2ベース層と第2エミツタ
層からなるPn接合J1を存在させ、かつ、ダイオード
部をサイリスタ部の内方もしくは側方に配置したので、
分離領域の面積を減少できるとともに、順方向オン電圧
の低減および耐圧の安定化に顕著な効果が得られる。
しかも実際の通電に寄与しない領域にこの発明を実施し
ているので特性および定格等にはなんら悪影響をおよぼ
さない等の利点が得られる。
【図面の簡単な説明】
第1図、第2図は従来の逆導通サイリスタの断面図、第
3図、第4図はこの発明の一実施例を示す断面図、第5
図、第6図はそれぞれ第1図、第2図に示す逆導通サイ
リスタを縮小した平面図、第7図、第8図はそれぞれ第
3図、第4図に示すこの発明の実施例を縮小した平面図
である。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1 pn接合J_3を形成する第1導電形の第1エミッ
    タ層と第2導電形の第1ベース層、前記第1ベース層に
    隣接しこの第1ベース層とpn接合J_2を形成する第
    1導電形の第2ベース層、前記第2ベース層に隣接しこ
    の第2ベース層とpn接合J_1を形成する第2導電形
    の第2エミッタ層からなるサイリスタ部と、前記pn接
    合J_2を形成する第1ベース層と第2ベース層を各々
    一対の主表面に露出してなるダイオード部とを有する逆
    導通サイリスタにおいて、前記サイリスタ部の外周の少
    なくとも一部に前記pn接合J_2を形成する第1ベー
    ス層と第2ベース層を各々一対の主表面の外周縁に露出
    させ、半導体基板の最外周縁に傾斜付けし、この傾斜付
    けした部分の垂直投影下に前記第2ベース層と第2エミ
    ッタ層からなる前記pn接合J_1を存在させ、かつ、
    前記ダイオード部を前記サイリスタ部の内方もしくは側
    方に配置したことを特徴とする逆導通サイリスタ。
JP8680677A 1977-07-19 1977-07-19 逆導通サイリスタ Expired JPS5931221B2 (ja)

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JPS5421286A JPS5421286A (en) 1979-02-17
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US8560066B2 (en) 2007-12-11 2013-10-15 Washington University Method and device for three-stage atrial cardioversion therapy
US8874208B2 (en) 2007-12-11 2014-10-28 The Washington University Methods and devices for three-stage ventricular therapy

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