JPS5933871A - 逆導通型半導体装置 - Google Patents
逆導通型半導体装置Info
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- JPS5933871A JPS5933871A JP14331682A JP14331682A JPS5933871A JP S5933871 A JPS5933871 A JP S5933871A JP 14331682 A JP14331682 A JP 14331682A JP 14331682 A JP14331682 A JP 14331682A JP S5933871 A JPS5933871 A JP S5933871A
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Classifications
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- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L29/00—Semiconductor 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
- H01L29/66—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/68—Types 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
- H01L29/70—Bipolar devices
- H01L29/74—Thyristor-type devices, e.g. having four-zone regenerative action
- H01L29/7404—Thyristor-type devices, e.g. having four-zone regenerative action structurally associated with at least one other device
- H01L29/7412—Thyristor-type devices, e.g. having four-zone regenerative action structurally associated with at least one other device the device being a diode
- H01L29/7416—Thyristor-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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- H01L29/744—Gate-turn-off devices
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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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔発明の属する技術分野〕
本発明は例えば逆導通ゲートターンオフサイリスタ，逆
導通トランジスタなどの逆導通型半導体装置に関する。
導通トランジスタなどの逆導通型半導体装置に関する。
近年、サイリスタに替る自己消弧能力を持った電力用ス
イッチング素子として、大電力ゲートターンオフサイリ
スタ（ＧＴＯ）や大′一カトランジスタが実用化される
ようになった。これらの大電力半導体装置は第１図に示
すように熱膨張係数が半導体素子（５）の熱膨張係数に
近い金属体（１）、（２）を介して、熱および電気伝導
率の高い円柱状の金属スタｙ ｊ （３） 、 （４）
で半導体素子（５）を圧接している。一般に半導体素子
（５）と金属スタンプＬ３）、 （４）の熱膨張係数は
異なっているため、半導体装置に温度変化が生じるとバ
イメタル効果によシ機械市ストレスが半導体素子に印加
される。これを防止するため、第１図に示す如く半導体
素子（５）に熱膨張係数が近いモリブデンやタングステ
ンの金属体（１） 、 （２）金金属スタンプ（３）、
（４）と半導体素子（５）の間に挿入するのが一般的
でめる。
イッチング素子として、大電力ゲートターンオフサイリ
スタ（ＧＴＯ）や大′一カトランジスタが実用化される
ようになった。これらの大電力半導体装置は第１図に示
すように熱膨張係数が半導体素子（５）の熱膨張係数に
近い金属体（１）、（２）を介して、熱および電気伝導
率の高い円柱状の金属スタｙ ｊ （３） 、 （４）
で半導体素子（５）を圧接している。一般に半導体素子
（５）と金属スタンプＬ３）、 （４）の熱膨張係数は
異なっているため、半導体装置に温度変化が生じるとバ
イメタル効果によシ機械市ストレスが半導体素子に印加
される。これを防止するため、第１図に示す如く半導体
素子（５）に熱膨張係数が近いモリブデンやタングステ
ンの金属体（１） 、 （２）金金属スタンプ（３）、
（４）と半導体素子（５）の間に挿入するのが一般的
でめる。
これらの半導体装置の一例としてＧＴＯのカソード電極
を第２図に示す３．第２図に示しであるように電極が多
数のメサ型のカソードエミッタ電極（１）に分割されて
いる。これらの多数のカソードエミッタ電極（１）を金
属体を介して金属スタンプで圧接し、それぞれのカソー
ドエミッタを単独のＧＴＯ（以下カソードエレメントと
呼ぶ）として並列運転し、大電流をゲートターンオフし
ている。従って、カソード電極全体を均一に圧接するこ
とにより、部分圧接や接触抵抗の差によるカソードエレ
メント間の電流アンバランスを防止する必要がある。尚
、第２図で（２）はゲート電極を示している。
を第２図に示す３．第２図に示しであるように電極が多
数のメサ型のカソードエミッタ電極（１）に分割されて
いる。これらの多数のカソードエミッタ電極（１）を金
属体を介して金属スタンプで圧接し、それぞれのカソー
ドエミッタを単独のＧＴＯ（以下カソードエレメントと
呼ぶ）として並列運転し、大電流をゲートターンオフし
ている。従って、カソード電極全体を均一に圧接するこ
とにより、部分圧接や接触抵抗の差によるカソードエレ
メント間の電流アンバランスを防止する必要がある。尚
、第２図で（２）はゲート電極を示している。
さらに、よく知られている半無限弾性体を円柱状の剛体
スタンプで圧接する場合、圧接面に垂直な方向の応力σ
２はσｚ＝に−Ｐ／νｒ戸−で表現することができる。
スタンプで圧接する場合、圧接面に垂直な方向の応力σ
２はσｚ＝に−Ｐ／νｒ戸−で表現することができる。
但し、Ｐ：圧接力、ａ：剛体スタンプの半径、ｒ：剛体
スタンプの中心からの距離、に：定数である。この式か
ら明らかなように半無限弾性体と障１体スタンプの圧接
面の理論的応力分布は剛体ポストの周辺部で無限大とな
り、圧接面内の応力分布は著しるしく不均一になる。前
述したようにモリブデンなど変形しにくい金属体を介し
て半導体素子を圧接させた場合、圧接面内の応力分布は
この状態に近いと考えられる。
スタンプの中心からの距離、に：定数である。この式か
ら明らかなように半無限弾性体と障１体スタンプの圧接
面の理論的応力分布は剛体ポストの周辺部で無限大とな
り、圧接面内の応力分布は著しるしく不均一になる。前
述したようにモリブデンなど変形しにくい金属体を介し
て半導体素子を圧接させた場合、圧接面内の応力分布は
この状態に近いと考えられる。
事実、最高保証温度附近でＧＴＯを圧接すると多くの場
合第２図の斜線部分のように、カソード電極の周辺部に
リング状の圧接跡が観測された１、このような形状の圧
接跡が生じるＧＴＯでは制御可能な最大ゲートターンオ
フ電流が著じるしく低下するばかりか、熱疲労テストに
おいてカソード電極の周辺部で、ゲート・カソード電極
間の短絡事故が発生しやすいなど、ＧＴＯの特性に悪い
影響が現れた。
合第２図の斜線部分のように、カソード電極の周辺部に
リング状の圧接跡が観測された１、このような形状の圧
接跡が生じるＧＴＯでは制御可能な最大ゲートターンオ
フ電流が著じるしく低下するばかりか、熱疲労テストに
おいてカソード電極の周辺部で、ゲート・カソード電極
間の短絡事故が発生しやすいなど、ＧＴＯの特性に悪い
影響が現れた。
一方ＧＴＯはチ冒ツバ、インバータ装置に使われ、逆導
通サイリスクを使用した装置を／」＼型＠量化。
通サイリスクを使用した装置を／」＼型＠量化。
簡易化するために使用されることが多く、装置なさらに
小型軽量化、簡易化するためＧＴＯを逆導通化すること
が望まれている。ところが前述したように多数のカソー
ドエレメントから構成される半導体素子では金属スタン
プとの圧接面内での応力分布の不均一による特性劣化が
問題になってお９、ＧＴＯを逆導通化するうえでも、こ
の問題が大きな障害になっでいた。
小型軽量化、簡易化するためＧＴＯを逆導通化すること
が望まれている。ところが前述したように多数のカソー
ドエレメントから構成される半導体素子では金属スタン
プとの圧接面内での応力分布の不均一による特性劣化が
問題になってお９、ＧＴＯを逆導通化するうえでも、こ
の問題が大きな障害になっでいた。
本発明は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、金属スタンプと半導体素子との
圧接面内での応力分布の不均一による特性劣化を防止し
た信頼性の高い逆導通屋半導体装置を提供することであ
る。
の目的とするところは、金属スタンプと半導体素子との
圧接面内での応力分布の不均一による特性劣化を防止し
た信頼性の高い逆導通屋半導体装置を提供することであ
る。
以下、図面を参照して不発明の一実施例につき説明する
。
。
第３図は実施例に係る逆導通ｆｉＧＴＯの構成を示すも
ので、（ａ）図は断面図、（ｂ）は平面図である。
ので、（ａ）図は断面図、（ｂ）は平面図である。
Ｐエミッタ層（１） 、 Ｎ ヘース）ａ （２） 、
Ｐ ヘー ス層（３）。
Ｐ ヘー ス層（３）。
Ｎエミツタ層（４）の４つの積層された半導体層からな
るＧＴＯ領域（Ａ）に対してＮ層（２）、Ｐ層（３）か
らなる逆並列ダイオード領域（Ｂ）から構成されており
、Ｇ’ｌｌ’０領域（Ａ）と逆並列ダイオード領域（Ｂ
）の間のＰ′ベース層（３）に溝部（力を設けである。
るＧＴＯ領域（Ａ）に対してＮ層（２）、Ｐ層（３）か
らなる逆並列ダイオード領域（Ｂ）から構成されており
、Ｇ’ｌｌ’０領域（Ａ）と逆並列ダイオード領域（Ｂ
）の間のＰ′ベース層（３）に溝部（力を設けである。
又同図において（５）はゲート電極を示しており、ゲー
ト電極（５）の中に多数のカソードエレメント（６）が
放射状に配列しである。図示しであるようにＧＴＯ領域
（Ａ）の半径をｒｌ＋ダイオード領域（Ｂ）の内周の半
径をｒ２゜外周の半径をＲとする。このような構成から
なる逆導通ＧＴＯ（Ｉ）を／ａ）図のようにモリブデン
、タングステンなどの金属体（８）を介して組などの金
属スタンプ（９）で圧接する。圧接時の圧力をＰとする
と前述したように逆導通ＧＴＯ（Ｉ）と金属体（８）の
圧接面は（５１）図のよりに応力分布が生じる。逆導通
ＧＴＯ（Ｉ）の中央部の圧力をＰ（ｏ）、 Ｘ＝ｒｌの
圧力をＰ（ｒｘ）。
ト電極（５）の中に多数のカソードエレメント（６）が
放射状に配列しである。図示しであるようにＧＴＯ領域
（Ａ）の半径をｒｌ＋ダイオード領域（Ｂ）の内周の半
径をｒ２゜外周の半径をＲとする。このような構成から
なる逆導通ＧＴＯ（Ｉ）を／ａ）図のようにモリブデン
、タングステンなどの金属体（８）を介して組などの金
属スタンプ（９）で圧接する。圧接時の圧力をＰとする
と前述したように逆導通ＧＴＯ（Ｉ）と金属体（８）の
圧接面は（５１）図のよりに応力分布が生じる。逆導通
ＧＴＯ（Ｉ）の中央部の圧力をＰ（ｏ）、 Ｘ＝ｒｌの
圧力をＰ（ｒｘ）。
ｘ ＝ ｌａの圧力をＰ （Ｒ）とすると本発明ではＰ
（ｒｓ）≦３Ｐ（ｏ）になるようにｒｌを決定しである
。Ｐ（ｒ＋） ＜３Ｐ（ｏ）の条件は次のような理由に
よって決定された。
（ｒｓ）≦３Ｐ（ｏ）になるようにｒｌを決定しである
。Ｐ（ｒ＋） ＜３Ｐ（ｏ）の条件は次のような理由に
よって決定された。
発明者等の行なった実験によれば、ＧＴＯのターンオフ
特性は圧接力に強く依存し、圧接力の高い部分のターン
オフ特性が著しるしく悪化する。その結果、ゲートター
ンオフ時、この部分にターンオフ電流が集申し、最終的
には破壊してしまう。
特性は圧接力に強く依存し、圧接力の高い部分のターン
オフ特性が著しるしく悪化する。その結果、ゲートター
ンオフ時、この部分にターンオフ電流が集申し、最終的
には破壊してしまう。
しかし圧接力の最大値が最小値の３倍以内に入っていれ
ば、はぼ均一なターンオフ％性が得られ、応力分布の不
均一による破壊事故は発生しなかった。又、ＯＴＯ領域
を上記条件の範囲に配列すれば、熱疲労テストにおいて
も、ゲート・カソード電極間の短絡事故は発生しなかっ
た。一方はダイオード領域（Ｂ）の電極０りはＧＴＯ領
域（Ａ）のカンード電極（６）のように分割されていな
いから、応力分布の不均一による特性劣化は゛まったく
みられなかった。
ば、はぼ均一なターンオフ％性が得られ、応力分布の不
均一による破壊事故は発生しなかった。又、ＯＴＯ領域
を上記条件の範囲に配列すれば、熱疲労テストにおいて
も、ゲート・カソード電極間の短絡事故は発生しなかっ
た。一方はダイオード領域（Ｂ）の電極０りはＧＴＯ領
域（Ａ）のカンード電極（６）のように分割されていな
いから、応力分布の不均一による特性劣化は゛まったく
みられなかった。
本発明の実施例では溝部（力のＰベース横方向抵抗圓を
ＧＴＯのゲート・カソード間の等価抵抗に比べて充分大
きくなるように溝部（力を構成しである。
ＧＴＯのゲート・カソード間の等価抵抗に比べて充分大
きくなるように溝部（力を構成しである。
例えばゲートターンオフ電流が６０ＯＡのＧＴＯの場合
、ゲートターンオフ時のゲート・カソード間の等価抵抗
は０．Ｏ１Ω〜０．５０と変化する。溝部（力のＰベー
ス横方向抵抗αυはＰベース層（３）の層抵抗をρＳと
すると０．１６ｐ、 ｚｎ（’Ｖｒ、）となる。６００
Ａ ＧＴＯｏ場合ｒ１＝＝ ２５ｍｍ、 ｒ、＝ ３０
ｍｍを選定すると１ｎｒＶｒ、キ旧８となり、例えばρ
、 ＝ ２０００Ω／口になるように溝部（力を形成す
れば、Ｐベース横方向抵抗（ｌυは約６０Ωとなる。従
ってＯＴＯのゲート・カンード電極間に員バイアスを印
加した時にＰベース横方向抵抗ａυを経由して流れる電
流はＧＴＯをターンオフするのに必要な負ゲート電流に
比べて無視できるほど小さくな如、ＧＴＯのターンオフ
特性が損なわれることはない。
、ゲートターンオフ時のゲート・カソード間の等価抵抗
は０．Ｏ１Ω〜０．５０と変化する。溝部（力のＰベー
ス横方向抵抗αυはＰベース層（３）の層抵抗をρＳと
すると０．１６ｐ、 ｚｎ（’Ｖｒ、）となる。６００
Ａ ＧＴＯｏ場合ｒ１＝＝ ２５ｍｍ、 ｒ、＝ ３０
ｍｍを選定すると１ｎｒＶｒ、キ旧８となり、例えばρ
、 ＝ ２０００Ω／口になるように溝部（力を形成す
れば、Ｐベース横方向抵抗（ｌυは約６０Ωとなる。従
ってＯＴＯのゲート・カンード電極間に員バイアスを印
加した時にＰベース横方向抵抗ａυを経由して流れる電
流はＧＴＯをターンオフするのに必要な負ゲート電流に
比べて無視できるほど小さくな如、ＧＴＯのターンオフ
特性が損なわれることはない。
このように本発明を実施すると圧接に伴うＧＴＯ領域の
特性劣化を防止できるはかシか、ダイオード領域を経由
して流れるゲート電流の影響を除去した信頼性の高い逆
導通型半導体装置を実現することができる。
特性劣化を防止できるはかシか、ダイオード領域を経由
して流れるゲート電流の影響を除去した信頼性の高い逆
導通型半導体装置を実現することができる。
本発明は上記実施例にのみ限定されるものではない。逆
導通ＧＴＯの他に逆導通トランジスタなどのようにダイ
オードによって囲まれた半導体素子が多数の電極に分割
された構造のものであれば、本発明の要旨を逸脱しない
範囲で本発明を種々変形して実施できる。
導通ＧＴＯの他に逆導通トランジスタなどのようにダイ
オードによって囲まれた半導体素子が多数の電極に分割
された構造のものであれば、本発明の要旨を逸脱しない
範囲で本発明を種々変形して実施できる。
第１図は大電力半導体素子の圧接構造の例を示す断面図
、第２図は応力分布不均一にょる圧接跡を示す図、第３
図は本発明の詳細な説明するだめの図である。 にＰエミッタ層、 ２：Ｎベース層。 ３：Ｐペース層、 ４：Ｎエミツタ層。 ５ ： ケ−）’！極、 ６ ：カソードエレ
メント。 ７：＃ 部、 ８：金属体。 ９：金属スタンプ、１０：ダイオードの電極。 Ａ ： ＧＴＯ領域、 Ｂ：ダイオード領域。 代理人 弁理士 則 近 憲 佑 ほか１名 第 １ 図
、第２図は応力分布不均一にょる圧接跡を示す図、第３
図は本発明の詳細な説明するだめの図である。 にＰエミッタ層、 ２：Ｎベース層。 ３：Ｐペース層、 ４：Ｎエミツタ層。 ５ ： ケ−）’！極、 ６ ：カソードエレ
メント。 ７：＃ 部、 ８：金属体。 ９：金属スタンプ、１０：ダイオードの電極。 Ａ ： ＧＴＯ領域、 Ｂ：ダイオード領域。 代理人 弁理士 則 近 憲 佑 ほか１名 第 １ 図
Claims (4)
- （１）１分割された電極を具備する半導体素子と逆並列
に一体化したダイオードから構成される逆導通型半導体
素子の前記分割された電極側に位置する金属スタンプの
外周部に前記ダイオードを配置したことを４？−徴とす
る逆導通型半導体装置。 - （２）、前記逆導通型半導体素子の前記分割された電極
が位置する側に前記逆導通型半導体素子の熱膨張係数と
近い熱膨張係数を有する金属体を具備す載の逆導通型半
導体装置。 - （３）、前記分割された電極を具備する半導体素子と型
半導体装置。 - （４）、前記金属体と前記逆導通型半導体素子の圧接面
内の圧力の最少値の３倍以上の領域に前記ダイ）／ オードを配置したことを特徴とする特許範囲第２項記載
の逆導通型半導体装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP14331682A JPS5933871A (ja) | 1982-08-20 | 1982-08-20 | 逆導通型半導体装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP14331682A JPS5933871A (ja) | 1982-08-20 | 1982-08-20 | 逆導通型半導体装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5933871A true JPS5933871A (ja) | 1984-02-23 |
| JPH0547991B2 JPH0547991B2 (ja) | 1993-07-20 |
Family
ID=15335938
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP14331682A Granted JPS5933871A (ja) | 1982-08-20 | 1982-08-20 | 逆導通型半導体装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS5933871A (ja) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS61232671A (ja) * | 1985-04-08 | 1986-10-16 | Fuji Electric Co Ltd | 逆導通ｇｔｏサイリスタ |
| JPH01217974A (ja) * | 1988-01-27 | 1989-08-31 | Asea Brown Boveri Ag | ゲートターンオフ半導体素子 |
| JPH03108764A (ja) * | 1989-04-11 | 1991-05-08 | Fuji Electric Co Ltd | 半導体装置 |
| JPH0491477A (ja) * | 1990-08-02 | 1992-03-24 | Fuji Electric Co Ltd | 逆導通ゲートターンオフサイリスタ |
| JPH05343663A (ja) * | 1993-02-12 | 1993-12-24 | Toshiba Corp | ゲートターンオフサイリスタ |
| KR100344226B1 (ko) * | 2000-02-28 | 2002-07-24 | 주식회사 케이이씨 | 정류 다이오드의 전극단자 |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5596678A (en) * | 1979-01-18 | 1980-07-23 | Toyo Electric Mfg Co Ltd | Reverse conducting thyristor |
-
1982
- 1982-08-20 JP JP14331682A patent/JPS5933871A/ja active Granted
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5596678A (en) * | 1979-01-18 | 1980-07-23 | Toyo Electric Mfg Co Ltd | Reverse conducting thyristor |
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|---|---|---|---|---|
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| JPH01217974A (ja) * | 1988-01-27 | 1989-08-31 | Asea Brown Boveri Ag | ゲートターンオフ半導体素子 |
| JPH03108764A (ja) * | 1989-04-11 | 1991-05-08 | Fuji Electric Co Ltd | 半導体装置 |
| JPH0491477A (ja) * | 1990-08-02 | 1992-03-24 | Fuji Electric Co Ltd | 逆導通ゲートターンオフサイリスタ |
| JPH05343663A (ja) * | 1993-02-12 | 1993-12-24 | Toshiba Corp | ゲートターンオフサイリスタ |
| KR100344226B1 (ko) * | 2000-02-28 | 2002-07-24 | 주식회사 케이이씨 | 정류 다이오드의 전극단자 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0547991B2 (ja) | 1993-07-20 |
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