JPS5940576A - フオトサイリスタ - Google Patents

フオトサイリスタ

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JPS5940576A
JPS5940576A JP57150300A JP15030082A JPS5940576A JP S5940576 A JPS5940576 A JP S5940576A JP 57150300 A JP57150300 A JP 57150300A JP 15030082 A JP15030082 A JP 15030082A JP S5940576 A JPS5940576 A JP S5940576A
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Junichi Nishizawa
潤一 西澤
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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】 本発明はフ第１・サイリスタに係り、特Ｇこ高速で高感
度な半導体装置に関する。従来のＰ−＋１−ｐづを構造
のサイリスクは、ベース抵抗が大きく、光に対する感度
が悪く又高速でないという欠点を有している。
第１図は従来の光トリガサイリスクである。
ｐ−ｎ−ｐ−、、ｎの四層構造で１はアノード電極、２
はカソード電極、３はゲート電極である。１０はサイリ
スクに照射される光入力１０である。
光が照射されることによってサイリスクは導通する。ゲ
ート電極３は取り出さない場合もある。従来の光トリガ
サイリスクは、第１図に示すようにｐ！！ベースの抵抗
が大きい為に、素子全面がターン身オンするのに時間が
かかる。そのための時間により、スイッチングできる周
波数は極めて低い周波数になっている。
本発明の目的は紙上の従来の光トリカサイリスクよりも
、光感度が高く、高速にスイッチングできるフォトサイ
リスタを提供することにある。本発明のフォトサイリス
クは、ｐ！ゲートの不純物密度分布を不均一にして、不
純物密度の高いところと低いところを設けることによっ
て構成される特徴を有している。
以下図面を参照して本発明の詳細な説明する。
第２図（ａ）は本発明の実施例である。１３はＳｉのｎ
ｑの高抵抗基板である。ボロンの選択拡散によりアノー
ドとなるべきｐ＋領域１４とｐゲー１・の高不純物密度
な領域２０を形成する。ｐデー１、」二に、例えば５ｉ
Ｇｆ４とＨ，カスによる気相成長法により高抵抗なｎ一
層を約１０μｍ程成長させる。成長時にＩ）ゲー１−の
高不純物領域よりのオー１ヘドープにより比較的不純物
密度の低いｐゲート領域２１がエピタキシャル成長と同
時に形成される。次にリンによりカソードの高不純物密
度なｎ十領域１１を形成する。化学エツチングによりｐ
ベース領域の高不純物密度領域の端部を図のように露出
させる。高真空中でＡｉｌを蒸着し、カソード電極１５
、ゲート電極１６、アノード電極１７を形成する。光入
力１０がよく動作層へ照射されるように、カソード電極
１５はカソード全面にではなくて、周辺部にのみ設けて
いる。
動作Ｃζついて説明する。順阻止状態、逆阻止状態にお
いては通常のサイリスクと同様である。
光入力１０が照射されて、電子、正孔対が生成すると電
子は高抵抗なｎ−領域を流れアノードとの間のｎｐ十接
合近傍にたまる。一方正孔はｐゲートの高不純物密度領
域を正に帯電させ、カソード、ゲート間の電位障壁を下
げて、サイリスクをオン状態へと移行させる。
このときカソードからの電子はもっばら拡散電位の小さ
なｐゲート領域の低不純物密度な領域２１を通過する。
ｐゲートの抵抗は、高不純物密度な領域２０により、従
来の光トリガサイリスクよりも非常に小さくなるので、
光感度は非常に高くなる。ｐゲート領域とｎ十カノード
領域間の高抵抗な領域１２により、カソード・ゲート電
極間の静電容量も減少する。ゲート抵抗とカソード・ゲ
ート間容量の積である時定数が小さくなるので、スイッ
チング速度は非常に高速になる。
従来のサイリスタはゲート電極近傍がオフしても、素子
全面が完全にオンするまでの拡がり時間が大きく、高速
化しにくい欠点があるが、本発明のフォトサイリスタの
ｐゲートは、高不純物密度な領域を素子全面に配列して
ゲート抵抗を下げているので、ターン・オン時の拡がり
時間は小さくできる。
第２図（ａ）に示されるｐゲート領域中の高不純物密度
領域は、平行線、格子状ないしは網目状、蜂巣状とすれ
ば良い。第２図（ａ）においてはｐゲートの高不純物密
度領域２ｏの厚みをＰベースの低不純物密度領域よりも
厚くして、カソードからの電子の注入は専ら低不純物密
度なｐゲート領域２１よりさせている。
アノード領域１４、カソード領域１１の不純物密度は注
入効率を増すために、高い程望ましい。おおよそｌＸｌ
０１１□−１以上とする。ｐ型ゲートの高不純物密度領
域の不純物密度は、高い程望ましくおおよそｌ　×ｌ　
Ｑ＋ａ　ｔｙｎ−ｒとする。ボロンは共有結合半径がＳ
ｉとは大きく異なり、ｎ−の基板に拡散した場合おおよ
そＩＸＩＯＩＩｃＭ−”以上になると格子の不整合によ
り転位が発生するので、Ｖ１族元素の同時添加により格
子歪みの発生をなくして、できるだけ高不純物密度にす
る必要がある。
高抵抗なｎ−チャンネル領域の不純物密度はおおよそｌ
Ｘ１０１４α−３以下とし、厚さは所望の順阻止電圧に
よって決定する。比抵抗が５００Ωσ位で厚さが３００
μｍのときＥζ、順阻止電圧としておおよそ６００〜７
００　Ｖのものを得ることができる。順逆阻止電圧は室
に素子表面処理によって決まり、二段ベベル構造、二重
正ベベル構造及びメサエッチ後の真空ベーキノグ工程、
樹脂の被覆処理、不活性ガス封入の外囲器により、おお
よそ１０ｋＶまでの耐圧を得ることができる０ 第２図（ｂ）乃至（ｄ）はｐ型ベースの高不純物密度領
域２０と低不純物密度領域２１の形状を種々変化した実
施例である。
第３図（ａ）〜（ｃ）は本発明のフォトサイリスクのタ
ーン・オン・ターン・オフの回路の実施例である。
第３図（ａ）はゲート電極を特に接続しないでフローテ
ィングとした場合で光入力１ｏにより、本発明のフォト
サイリスク２ｏをターン・オンさせる。２１は負荷、２
２はアノード・カソード電源である。光入力１ｏを切り
、アノード電圧を保持電流よりも低下させるか、転流回
路によりターン・オフする実施例である。
第３図（ｂｌは本発明のフォトサイリスタはベース抵抗
が小さいので、外部抵抗２３を可変とすることにより、
ターン・オン感度を第３図（ａ）よりも良くした実施例
である。
第３図（ｃ）はターン・オフを第３図（ａ）（ｂ）のよ
うに転流回路や、アノード・カソード電圧を低下させて
保持電流を下げる事等によらず、ゲート電極に逆方向電
圧を加える事によりターンオフさせる実施例である。２
４はゲートｅカノード間に加える逆方向電圧の発生回路
である。
カソード・ゲート間の耐圧までのできるだけ大きな逆方
向電圧を加えることによって、生首り糺の痣断能力とタ
ーン・オフ時間の為に望ましく、容易に、ターン・オフ
時間を１μ気以下とすることができる。
第３図の実施例の他に、ゲートにＣ，Ｒ回路、Ｒ，Ｌ回
路を応用したターン・オフ回路とすることもできる。
第４図（ａ）乃至（ｃ）は本発明の別の実施例である。
第２図に示した実施例よりもゲート抵抗とカソード−ゲ
ート！極間の浮遊容量を減少させるために、ｐ型ゲート
の高不純物密度領域に全て金属配線をする構造を有する
。
第４図（ａ）において、３１はｐ型の高不純物密度なア
ノード領域、３２は高抵抗なｎ−ないしは真性半導体領
域、３４は高不純物密度なｐ型ベース領域、３３は８４
よりも不純物密度の低いｐ型ゲート領域、３５はカソー
ド領域の高抵抗なｎ−ないしは真性半導体領域、８６は
高不純物密度なカソード領域、３８は５ｉＯ１膜である
。
３８．３９．４０はそれぞれカソード、ゲート、アノー
ド電極である。ゲート電極を表面で金属配線をしている
ことにより、ゲー１へ抵抗は第２図の実施例に示される
ものよりも著しく減少する０ 第４図（ｂ）の実施例はｐ型ゲー１−の高不純物密度領
域８４をカソードよりも堀下げて形成したものであって
、第４図（ａ）の実施例と同様にゲ−１・抵抗を下げる
と共に、カソード・ゲートの余分な電極間容態を減少さ
せた構造である。
第４図（ｃｌは第４図ｆｂ）と同様な別の実施例である
。４１はＳ　ｉｏ、、５ｉｌＮ４等の絶縁物である。
ｐ型ベースの高不純物密度領域を堀下げるのには、化学
エツチング、プラズマエツチング乃全はＳ　ｉｏ＝膜と
５ｉ−Ｎ−膜による方法等によりできる。
第４図（ｃｌ）は第４図（、）乃至（Ｃ）の実施例の半
導体装置の上面図である。８８はカソード電極、３９は
ゲート電極で櫛型の電極配列をさせている。
第５図（ａ）、（１））、（Ｃ）はそれぞれ、ゲート、
カッ−１！、アノード電極にコンデンサを接続した本発
明のフォトサイリスクの実施例を示す。フ第１・トラン
ジスタ３０の各電極にコンデンサ４１．４２．４３を接
続することにより本発明のフ第１・サイリスクは光入力
１０による光信号を各電極に接続されたコンデンサに蓄
積することができる。このような機能を有する本発明の
フォトサイリスクは、光情報のランダムアクセスイメー
レセンサ、記憶機能を有する各種のイメージセンサに応
用できることになる。
第６図（ａ）　ｆｂ）は本発明のフォトサイリスタのデ
ー１〜電極にコンデンサ４１と抵抗５１を接続した実施
例である。ＣＲ時定数を利用することによってフォトサ
イリスタの機能は拡大する。第６図（ｃ）〜（ｒ）は更
にカソード、アノードにＣＲ時定数を有する実施例であ
る。
本発明のフ第１・サイリスクはｌ）ベースをゲートとし
ているが反対導電型にできる乙とはいうまでもない。
本発明のフォトサイリスクは材料はＳｉに限らすＧｅな
いしは■−Ｖ族の化合物半導体であるＧａ＝　Ａｓ　、
　Ｉｎｐあるいはそれらの混晶であるＧａ＋−ｚ　Ａｉ
ｚ　Ａｓ　　等でも良いし、ＩＩ　−Ｖｌ族の化合物半
導体であっても良い。
本発明の目的とするところは、ベース抵抗を極力下げて
、光感度、応答速度を早くしたことを特徴として、従来
の光トリカサイリスクにはない新規なサイリスクを提供
し、有用なものである。
【図面の簡単な説明】
第１図は、従来型光トリガサイリスクの概略的断面構造
図、第２図（ａ）乃至（ｄ）は、ｐ型ベース（ゲート）
の高不純物密度領域の形状を種々変化した本発明の実施
例、第３図は、本発明により光トリガサイリスクの動作
回路例であり、（ａ）はゲート開放の場合、（ｂ）は外
部ゲート抵抗により感度可変型とした例、（ｃ）はゲー
トにターン・オフさせるためのゲート電圧回路を設ける
実施例、第４図（ａ）乃至（ｅ）は、本発明の別の実施
例、Ｆ５図（ａ）乃至（ｃ）は本発明の光１−リガサイ
リスクのゲート、カソード、アノードにコンデンサをつ
けた動作回路実施例、第６図（、）乃至（ｆ）は、本発
明の光トリガサイリスクの他の動作回路の実施例である
。 第１図 （６ｄ　　） 絶２の ０ 第２゜ ″””　　　　　　　　　Ｃｅ） 第５図 ＝３７１− ＜−ｆ） 第ど図

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. （１１カソード、ゲート、アノードよりなるサイリスク
    において、ベース部分の不純物密度蚤こ不均一をつけ該
    ゲートの不純物密度の大きなところに小数キャリアを蓄
    積させ、該ゲートの不純物密度の小さいところは多数キ
    ャリアが抜は易いようにして、両者の電圧が互１．）ｉ
    こ結合せしめてなることを特徴としたフォトサイ　　リ
    　　ス　タ　。
JP57150300A 1982-08-30 1982-08-30 フオトサイリスタ Pending JPS5940576A (ja)

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JP57150300A JPS5940576A (ja) 1982-08-30 1982-08-30 フオトサイリスタ
PCT/JP1983/000284 WO1984001054A1 (en) 1982-08-30 1983-08-30 Photothyristor
EP83902701A EP0116651B1 (en) 1982-08-30 1983-08-30 Photothyristor
DE8383902701T DE3382557D1 (en) 1982-08-30 1983-08-30 Photothyristor.
US07/131,347 US4841350A (en) 1982-08-30 1987-12-09 Static induction photothyristor having a non-homogeneously doped gate

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JP57150300A JPS5940576A (ja) 1982-08-30 1982-08-30 フオトサイリスタ

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WO (1) WO1984001054A1 (ja)

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