JPS5972170A - Semiconductor device - Google Patents

Semiconductor device

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Publication number
JPS5972170A
JPS5972170A JP18140182A JP18140182A JPS5972170A JP S5972170 A JPS5972170 A JP S5972170A JP 18140182 A JP18140182 A JP 18140182A JP 18140182 A JP18140182 A JP 18140182A JP S5972170 A JPS5972170 A JP S5972170A
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semiconductor layer
region
layer
turn
junction
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Application number
JP18140182A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Hideo Matsuda
秀雄 松田
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Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
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Publication date
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Publication of JPS5972170A publication Critical patent/JPS5972170A/en
Pending legal-status Critical Current

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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00Semiconductor devices adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching, or capacitors or resistors with at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof  ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/02Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/06Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions
    • H01L29/08Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions with semiconductor regions connected to an electrode carrying current to be rectified, amplified or switched and such electrode being part of a semiconductor device which comprises three or more electrodes
    • H01L29/083Anode or cathode regions of thyristors or gated bipolar-mode devices
    • H01L29/0834Anode regions of thyristors or gated bipolar-mode devices, e.g. supplementary regions surrounding anode regions

Abstract

PURPOSE:To prevent the element breakdown due to current concentration generating on a partial region of an anode base layer of the titled semiconductor device when a turn-ON position is given thereon by a method wherein, when an anode base layer is going to be provided, said anode base layer is formed in such a manner that the ON- voltage drop at a part of the region aligned on a signal application region is increased. CONSTITUTION:A thyristor has the first - fourth semiconductor layer 3-5 and 9 within its substrate. A main electrode 6 is provided on the main surface of the layer 3, a recessed part 3a is formed on the other surface of said layer 3 at the position aligned to a signal region, and a ringlike protruded part 3b is formed on the circumference of the recessed part 3a. Also, on one surface of a layer 4, a protruded part 4a is formed against the recessed part 3a, and a ringlike recessed part 4b is formed against the protruded part 3b. As a result, the values of ON voltage drop of the above two parts 4a and 4b when a turn-ON operation is performed or the main current is applied vary with each other are varied with each other. Accordingly, when a dv/dt turn-ON and the turn- ON by forward overvoltage are generated, a conductive condition is generated in ring shape along the B point as shown in the diagram, thereby enabling to eliminate the possibility of generation of the element breakdown due to current concentration.

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野〕 本発明は、サイリスタと呼ばれる半導体装置に関し、さ
らに詳しくは、順方向過電圧や急峻な立上シの電圧(d
v/dt )が印加されたときにも破壊することなくス
イッチングをするいわゆる自己点弧型あるいは自己保護
型サイリスタに関するものである。
Detailed Description of the Invention [Technical Field of the Invention] The present invention relates to a semiconductor device called a thyristor, and more specifically, the present invention relates to a semiconductor device called a thyristor.
The present invention relates to a so-called self-starting or self-protecting thyristor which switches without destruction even when V/dt) is applied.

〔発明の技術的背景〕[Technical background of the invention]

サイリスクはよく知られているように、過大なアノード
電圧の印加時や臨界オフ電圧上昇率以上の急峻な立上逆
電圧の印加時にも導通するが、この場合オフ状態からオ
ン状態への移行過程で導通面積の広がりが遅いためアノ
ード電流の局部集中が生じやすく、その結果素子の破壊
を招くことになりやすい。
As is well known, Cyrisk conducts when an excessive anode voltage is applied or when a steep reverse voltage rising above the critical OFF voltage rise rate is applied, but in this case, the process of transition from the OFF state to the ON state Since the conduction area spreads slowly, local concentration of anode current tends to occur, which tends to cause destruction of the device.

従ってサイリスク利用の電力変換装置等においては、外
部保護回路を並列に挿入してサイリスタに過大な順方向
電圧や臨界オフ電圧上昇率以上の急峻な立上逆電圧が印
加されぬように設計がなされてきた。
Therefore, in power converters using Thyrisk, an external protection circuit is inserted in parallel to prevent excessive forward voltage or steep rising reverse voltage exceeding the critical off-voltage rise rate from being applied to the thyristor. It's here.

一部サイリスクについても、大きなdv/dt耐量を有
するショートエミック構造の素子やdv/dtターンオ
ン時にも素子の導通面積を急速に拡大させることによシ
素子を破壊から守ることのできるFIゲート(Fiel
d In1tiate Gate )構造や再生ゲート
構造及び増幅ゲート構造の素子が用いられてきだ。
Regarding some silicon risks, there are devices with a short emic structure that have a large dv/dt withstand capacity, and FI gates (FI gates) that can protect the device from destruction by rapidly expanding the conduction area of the device even during dv/dt turn-on.
Elements with a dIn1tiate Gate) structure, a reproducing gate structure, and an amplification gate structure are being used.

また、従来外部保護回路に依存していた保護機能を素子
自身に保有させるように前記FIゲート構造や前記増幅
ゲート構造を改良した素子も開発されている。このよう
々改良素子は自己保護型サイリスクもしくは自己点弧型
サイリスクと呼ばれておシ、順方向過電圧の印加時や臨
界オフ電圧上昇率以上の急峻な立上逆電圧が印加された
時にも破壊することなくターンオンする特性を有してい
る。
Furthermore, devices have been developed in which the FI gate structure and the amplification gate structure are improved so that the device itself has a protection function that conventionally relied on an external protection circuit. This improved element is called a self-protection type cyrisk or a self-ignition type thyrisk, and it also breaks down when a forward overvoltage is applied or a steep rising reverse voltage exceeding the critical off-voltage rise rate is applied. It has the characteristic of turning on without any

しかしながら、従来発表されている自己保護型サイリス
クもしくは改良サイリスクには以下述べるような欠点が
あシ、完全に満足すべきものではなかった。
However, the self-protection type Cyrisk or improved Cyrisk that has been published so far has the following drawbacks and is not completely satisfactory.

〔背景技術の問題点〕[Problems with background technology]

従来自己保護機能もしくはそれに準する機能を備えたサ
イリスクに関する特許公報及び特許公開公報には例えば
次のようなものがある。(i)特公昭45−13252
号公報、(ii)特公昭50−8315号公報、(ii
i)特開昭50−147681号公報、(iv)特公昭
56−43663号公報、(V)特開昭54−6088
1号公報、(vi)特公昭56−41180号公報、(
vii)特公昭56−4.3662号公報、(vjii
)特公昭56−43665号公報 以上の諸公報に開示されたサイリスタのうち、(i) 
(ii) (iii) (iV) (V)に開示された
サイリスクは、カソード側の第3のPN接合の一部を第
2のPN接合に近付けるように構成したものであシ、ま
た(Vi)に開示されたサイリスクは2個の点弧用補助
サイリスクを主サイリスクと並列に設けたものであり、
(如〕はカソード−ベース領域に不純物濃度の高い部分
を設けたものであ!I、(Viii)はゲート電極近傍
のカンードーベース領域に凹部を形成して該凹部におけ
るカソード−ベース領域の厚さを低減させたものである
。これらのサイリスクはいずれもクーンオン時の導通面
積を急速に拡大させてサイリスタの破壊を防止するとと
もに良好なターンオン特性を得る目的で開発されたもの
であり、また特に自己保護機能を具える目的で開発され
たものも含まれている。
Conventional patent publications and patent publications related to CyRisk equipped with self-protection functions or similar functions include the following, for example. (i) Special Public Interest Publication No. 45-13252
No. Publication, (ii) Special Publication No. 50-8315, (ii)
i) JP-A-50-147681, (iv) JP-A-56-43663, (V) JP-A-54-6088
1 Publication, (vi) Special Publication No. 56-41180, (
vii) Special Publication No. 56-4.3662, (vjii
) Of the thyristors disclosed in the publications listed above, (i)
(ii) (iii) (iV) The Sirisk disclosed in (V) is configured so that a part of the third PN junction on the cathode side is brought closer to the second PN junction, and (Vi ) has two auxiliary lights for ignition installed in parallel with the main lights,
(I) and (Viii) provide a portion with high impurity concentration in the cathode-base region, and (Viii) forms a recess in the can-do base region near the gate electrode to reduce the thickness of the cathode-base region in the recess. All of these thyristor risks were developed to prevent thyristor destruction by rapidly expanding the conduction area during Kuhn-on, and to obtain good turn-on characteristics. It also includes those developed for the purpose of providing functionality.

しかしながら、これらの従来素子においては、改良が第
3のPN接合近傍のみに施されているため、以下に述べ
るよう々欠点がアシ、実用的素子として不満足なもので
あった。すなわち、前記(i)ないしくV)に開示され
たサイリスタは、ゲートもしくは補助電極近傍の第3の
PN接合の一部を第2のPN接合に近付はターンオン特
性を改善しているが、このような構造は増幅ゲート構造
となっていだにしてもウィークポイントに電流集中を生
じ、順方向過電圧や急峻な立上逆電圧が印加された時に
は素子の破壊を避けることができない。
However, in these conventional devices, improvements were made only in the vicinity of the third PN junction, so they had drawbacks as described below and were unsatisfactory as practical devices. That is, in the thyristors disclosed in (i) to V) above, the turn-on characteristics are improved by bringing a part of the third PN junction near the gate or the auxiliary electrode closer to the second PN junction, Even if such a structure becomes an amplification gate structure, current concentration occurs at weak points, and destruction of the element cannot be avoided when a forward overvoltage or a steep rising reverse voltage is applied.

一方前記(VU)の公報第5図の如く、第3のPN接合
におけるウィークポイントをリング状に構成した場合に
おいても、第1のPN接合には電流集中が生じるので、
逆電圧が劣化する欠点がある。
On the other hand, even when the weak point in the third PN junction is configured in a ring shape as shown in Figure 5 of the above-mentioned publication (VU), current concentration occurs in the first PN junction.
The disadvantage is that the reverse voltage deteriorates.

また、前記(ij) CLi1) (iv) (す(v
i )及び(viii )の各公報に開示されたサイリ
スタは第1PN接合及び第2PN接合においてゲート領
域に整列する素子中心部で電流集中が生じるため、順阻
止電圧も逆電圧も劣化するという欠点がある。
In addition, the above (ij) CLi1) (iv) (su(v
The thyristors disclosed in the publications i) and (viii) have the disadvantage that the forward blocking voltage and reverse voltage deteriorate because current concentration occurs at the center of the element aligned with the gate region at the first PN junction and the second PN junction. be.

従って、前記公知の各サイリスクは、完全な自己保護機
能を備えているものではなく、順方向過電圧やdv/d
tクーンオン時に破壊するという危険件を内蔵しており
、また最大の素子運転電圧が低くなるという欠点も内蔵
していた。
Therefore, each of the above-mentioned known risks does not have a complete self-protection function, and does not have a forward overvoltage or dv/d
It had a built-in danger of being destroyed when turned on, and also had the drawback of lowering the maximum element operating voltage.

〔発明の目的〕[Purpose of the invention]

この発明の目的は、前記公知の各サイリスクにおける欠
点を除去し、完全な自己保護機能を備えかつ高電圧大電
流での使用が可能な半導体装置すなわちサイリスタを提
供することである。
An object of the present invention is to provide a semiconductor device, ie, a thyristor, which eliminates the drawbacks of the known thyristors, has a complete self-protection function, and can be used at high voltages and large currents.

〔発明の概′要〕[Summary of the invention]

この発明により改良されたサイリスクの特徴は、ゲート
信号印加領域に整列するようなアノードベース層の一部
領域におけるオン電圧降下がアノードベース層の残部領
域におけるオン電圧降下よシも大なるように、該アノー
ドベース層が形成されていることである。このようにア
ノードベース層において信号印加領域(すなわち初期タ
ーンオン領域)に整列する一部領域のオン電圧降下が大
きくなるようにアノードベース層を形成することによシ
、ターンオンF¥jKは該一部領域での電流集中に基因
する素子破壊を防止することができ、公知のサイリスク
における欠点を除去することができる。
The characteristics of the improved silicon risk according to the present invention are such that the on-voltage drop in a portion of the anode base layer aligned with the gate signal application area is larger than the on-voltage drop in the remaining area of the anode base layer. The anode base layer is formed. By forming the anode base layer in such a way that the on-voltage drop in a part of the anode base layer aligned with the signal application region (that is, the initial turn-on region) is large, turn-on F\jK is It is possible to prevent element destruction due to current concentration in a region, and to eliminate the drawbacks of known cyrisks.

ケート信号印加領域に整列するアノードベース層の一部
領域のオン電圧降下を残部領域におけるオン電圧降下よ
シも大きくするには、例えば該一部領域における層厚、
キャリアのライフタイム、不純物濃度等のパラメータを
制御することが有効である。本発明の実施例ではアノー
ドベース層の該一部領域(ゲート信号印加領域に整列す
る部分もしくは初期ターンオン領域に整列する部分)の
層厚を残部領域の層厚よりも厚くなるように少なくとも
第1 PN接合においてアノードベース層の一部がアノ
ードエミツタ層へボス状に突出形成されている。換言す
れば本発明の実施例では残部領域(主電流通電領域に整
列する部分)の層厚が少なくとも第10PN接合におい
て薄くなるように形成されており、少なくとも第1のP
N接合において段差が設けられてアノードベース層には
オン電圧降下の異る二つの領域が形成されていることを
特徴とする。
In order to make the on-voltage drop in a partial region of the anode base layer aligned with the gate signal application region larger than that in the remaining region, for example, the layer thickness in the partial region,
It is effective to control parameters such as carrier lifetime and impurity concentration. In an embodiment of the present invention, the thickness of the partial region of the anode base layer (the region aligned with the gate signal application region or the region aligned with the initial turn-on region) is set to be thicker than the remaining region. In the PN junction, a part of the anode base layer is formed to protrude into the anode emitter layer in the shape of a boss. In other words, in the embodiment of the present invention, the layer thickness of the remaining region (the portion aligned with the main current carrying region) is formed to be thinner at least at the 10th PN junction, and at least at the 1st PN junction.
A feature is that a step is provided at the N junction, and two regions with different on-voltage drops are formed in the anode base layer.

〔発明の実施例〕[Embodiments of the invention]

以下に図面を参照してこの発明の実施例について説り]
する。
Examples of the present invention will be explained below with reference to the drawings]
do.

第1図はこの発明の実施例サイリスクの縦断面図である
。同図に示すように、このサイリスタはシリコン半導体
材料からなる基体を有し、該基体は第1主表面1と第2
主表面2とを備えておシ、基体内に第1の半導体層(P
□アノード)6、第2の半導体層(N□ベース)4、第
3の半導体層(P2ベース)5及び第4の半導体層(N
2エミツタ〕9を有している。第1の半導体層6の一方
の面は第1の主表面1を構成し、第1の主表面には第1
の主電極6が設けられている。第1の半導体層乙の他面
には後に説明するゲート信号領域に整列した位置に凹部
6aが形成されるとともにその周囲にはリング状凸部3
bが形成されておシ、シたがって第2の半導体層4との
間の第1のPN接合7には凹部6a及び凸部6bが段差
をなすように形成されている。第2の半導体層4の一方
の面は第1の半導体層の端面に対して相補的な形状をな
すように形成されておシ、詳しくいえば該凹部6aに対
して突部4a及び該リング状凸部6bに対してリング状
凹部4bとが第2の半導体層4の一方の面に形成されて
いる。一方第2の半導体層4の他方の面はこの実施例で
は平坦面として構成されており、同じ平坦面を有する第
3の半導体層5に接合され第2のPN接合8が形成され
ている。
FIG. 1 is a longitudinal sectional view of an embodiment of the present invention. As shown in the figure, this thyristor has a base made of a silicon semiconductor material, and the base has a first main surface 1 and a second main surface 1.
A first semiconductor layer (P
□anode) 6, second semiconductor layer (N□ base) 4, third semiconductor layer (P2 base) 5, and fourth semiconductor layer (N□ base) 5
2 Emitsuta] 9. One surface of the first semiconductor layer 6 constitutes the first main surface 1, and the first main surface has a first
A main electrode 6 is provided. A concave portion 6a is formed on the other surface of the first semiconductor layer B at a position aligned with a gate signal region to be described later, and a ring-shaped convex portion 3 is formed around the concave portion 6a.
Therefore, in the first PN junction 7 between the first PN junction 7 and the second semiconductor layer 4, a concave part 6a and a convex part 6b are formed so as to form a step difference. One surface of the second semiconductor layer 4 is formed to have a complementary shape to the end surface of the first semiconductor layer, and in detail, the protrusion 4a and the ring are formed in the recess 6a. A ring-shaped depression 4b and a ring-shaped depression 4b are formed on one surface of the second semiconductor layer 4. On the other hand, the other surface of the second semiconductor layer 4 is configured as a flat surface in this embodiment, and is bonded to the third semiconductor layer 5 having the same flat surface to form a second PN junction 8.

従って第2の半導体層4ではボス状突部4ぎの部分の層
厚がその周囲のリング状四部4bにおける層厚よりも大
きくなっているだめ、ターンオン時および主電流通電時
において該両部4aおよび4bにおけるオン電圧降下の
大きさが互に異った値となる。
Therefore, in the second semiconductor layer 4, the layer thickness at the boss-shaped projection 4 is larger than the layer thickness at the surrounding ring-shaped four parts 4b. The magnitudes of the on-voltage drops at 4b are different values.

第3の半導体層5の中には互いに等間隔に複数のリング
状の第4の半導体層9が形成されておシ、この第4の半
導体層9は第3の半導体層5とともに第2の主表面2上
に露出するとともに第3の半導体層5との接合面におい
て第3のPN接合10を形成している。そして第2の主
表面2上には第3の半導体層露出面と第4の半導体層露
出面とに共通に環状の主電極11が設けられている。(
この第4の半導体層9の構造と主電極11の配置は一般
にショートエミ、り構造として高周波サイリスタに大き
なdv/dt耐量を与える好適な構造として知られてい
る、〕 第4の半導体層9の内側の位置において第3の半導体層
5の中には環状の第5の半導体層12が形成されておシ
、その第5の半導体層12も第2の主表面2上に露出し
ている。第5の半導体層12は第4の半導体層9と同じ
導電型であり、従って第3の半導体層5と第5の半導体
層12との接合面は第3のPN接合の一部を構成してい
る。そして第3の半導体層の露出面と第5の半導体層5
aの露出面にはそれらに共通に接触する環状の補助電極
16が設けられ、補助電極16及び第5の半導体層12
並びに第5の半導体層直下のPNPN構造は、第4の半
導体層9とその直下のPNPN構造からなる主サイリス
ク部に対して補助サイリスク部もしくはパイロットサイ
リスタ部を構成している。
A plurality of ring-shaped fourth semiconductor layers 9 are formed in the third semiconductor layer 5 at regular intervals. A third PN junction 10 is formed at the surface exposed on the main surface 2 and connected to the third semiconductor layer 5 . A ring-shaped main electrode 11 is provided on the second main surface 2 in common to the third exposed semiconductor layer surface and the fourth exposed semiconductor layer surface. (
The structure of the fourth semiconductor layer 9 and the arrangement of the main electrode 11 are generally known as a short emitter structure, which is a suitable structure that provides a high dv/dt withstand capability to a high frequency thyristor. An annular fifth semiconductor layer 12 is formed in the third semiconductor layer 5 at an inner position, and the fifth semiconductor layer 12 is also exposed on the second main surface 2 . The fifth semiconductor layer 12 has the same conductivity type as the fourth semiconductor layer 9, and therefore the junction surface between the third semiconductor layer 5 and the fifth semiconductor layer 12 constitutes a part of the third PN junction. ing. and the exposed surface of the third semiconductor layer and the fifth semiconductor layer 5
A ring-shaped auxiliary electrode 16 is provided on the exposed surface of a and is in common contact with the exposed surfaces of the auxiliary electrode 16 and the fifth semiconductor layer 12.
Further, the PNPN structure directly under the fifth semiconductor layer constitutes an auxiliary thyristor section or a pilot thyristor section with respect to the main thyristor section consisting of the fourth semiconductor layer 9 and the PNPN structure immediately below it.

第5の半導体層12の内側に存する第3の半導体層5b
はゲート信号印加領域となっておシ、その第3の半導崎
5bの露出面には環状のゲート電極14が接触している
。ゲート電極14及びその直下の第3の半導体層5b並
びに第5の半導体層12とそ上の補助電極16はいわゆ
る増幅ゲート構造を形成しており、第5の半導体層12
における横方向抵抗による電圧降下を利用する構造とな
っている。
Third semiconductor layer 5b existing inside the fifth semiconductor layer 12
serves as a gate signal application region, and an annular gate electrode 14 is in contact with the exposed surface of the third semiconductor layer 5b. The gate electrode 14 and the third semiconductor layer 5b immediately below it, the fifth semiconductor layer 12 and the auxiliary electrode 16 thereon form a so-called amplification gate structure, and the fifth semiconductor layer 12
The structure utilizes the voltage drop caused by the lateral resistance in the

第5の半導体層12の内周縁の半径r□は第1のPN接
合7における第2の半導体層4のボス状突部4aの半径
r2にほぼ等しい°がr2〉rlとしてもよい。
The radius r□ of the inner circumferential edge of the fifth semiconductor layer 12 may be approximately equal to the radius r2 of the boss-shaped protrusion 4a of the second semiconductor layer 4 in the first PN junction 7, so that r2>rl.

前記の如き構造の本発明のサイリスクにおいてdv/d
tターンオン及び順方向過電圧によるターンオンが生じ
た場合には、図示B点に沿って環状に導通が生じるため
、電流集中による素子破壊を生ずるおそれがない。すな
わち、従来のサイリスタ(例えば特開昭50−1476
81号公報に開示されたサイリスク)においては、ゲー
ト電極が素子の中心線上に設けられているため、ターン
オン時において第1 PN接合の素子中心線上の位置A
において電流集中が生じて素子破壊の危険性があったが
、本発明のサイリスクでは第1 PN接合において第5
の半導体層12の内周縁にほぼ整列したボス状突部4a
が設けられているため、ターンオン時には該ボス状突部
4aの付根の点Bに沿う環状領域が一部にターンオンし
、その結果特開昭50−147681号公報に開示され
たサイリスタよりも第1 PN接合における初期ターン
領域がはるかに広くなってdv/dtターンオンや順方
向過電圧によるターンオンが生じても素子破壊のおそれ
は全くなくなった。
In the cyrisk of the present invention having the structure as described above, dv/d
When t-turn-on and turn-on due to forward overvoltage occur, conduction occurs in a ring shape along point B in the figure, so there is no risk of element destruction due to current concentration. That is, conventional thyristors (for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 50-1476
Since the gate electrode is provided on the center line of the element, the position A of the first PN junction on the center line of the element at the time of turn-on is
There was a risk of element destruction due to current concentration occurring at
A boss-shaped protrusion 4a substantially aligned with the inner peripheral edge of the semiconductor layer 12 of
, the annular region along point B at the base of the boss-shaped protrusion 4a is partially turned on when turned on, and as a result, the thyristor is smaller than the thyristor disclosed in JP-A-50-147681. The initial turn region in the PN junction has become much wider, and even if dv/dt turn-on or turn-on due to forward overvoltage occurs, there is no risk of device destruction.

また本発明の実施例においては第2の半導体層4におけ
る初期ターンオン領域(ボス状突部4aに整列する部分
)の層厚が該領域の外側の領域(これは第4及び第5の
半導体層9及び12の配置領域に整列したリング状凹部
4bであシ、主電流通電領域に相当する)の層厚よシも
厚くなっているため、第2の半導体層4における初期タ
ーンオン領域のオン電圧降下が主電流通電領域のオン電
圧降下よシも大きくなるので、ターンオン時における初
期電流上昇率が過大にならぬように抑制することができ
、その結果ターンオン時における素子破壊の危険を未然
に防止することができる。
Further, in the embodiment of the present invention, the layer thickness of the initial turn-on region (the portion aligned with the boss-like protrusion 4a) in the second semiconductor layer 4 is the same as that of the region outside the region (this is the thickness of the fourth and fifth semiconductor layers). Since the layer thickness of the ring-shaped recesses 4b aligned with the arrangement regions 9 and 12 (corresponding to the main current carrying region) is also thicker, the on-voltage of the initial turn-on region in the second semiconductor layer 4 is increased. Since the drop is larger than the on-voltage drop in the main current carrying area, the initial current increase rate at turn-on can be suppressed from becoming excessive, and as a result, the risk of element destruction at turn-on is prevented. can do.

このように初期ターンオン領域のオン電圧降下を主電流
通電領域のオン電圧降下よりも大きくするためには、第
2の半導体層の略リング状の一部領域すなわち主電流通
電領域について残部領域すなわち初期ターンオン領域の
層厚よシも薄くすることによって達成できるが、まだ第
2の半導体層の主電流通電領域のライフタイムを初期タ
ーンオン領域のライフタイムよシ長くすることによシ、
若しくは主電流通電領域の不純物濃度を初期ターンオン
領域の不純物濃度よシ低くすることによっても達成する
ことができる。またこれらの手段を複合させてもよい。
In order to make the on-voltage drop in the initial turn-on region larger than the on-voltage drop in the main current carrying region, it is necessary to Although this can be achieved by reducing the layer thickness of the turn-on region, it is still possible to achieve this by making the lifetime of the main current carrying region of the second semiconductor layer longer than the lifetime of the initial turn-on region.
Alternatively, this can be achieved by making the impurity concentration in the main current carrying region lower than the impurity concentration in the initial turn-on region. Moreover, these means may be combined.

々お、素子破壊を生じさせることな(dv/iltター
ンオンを生じさせるために素子設計上、第5の半導体層
12における横方向抵抗の値を適切に設定する必要があ
るが、これは第5の半導体層の不純物濃度や巾Wを適切
に設定することによシ達成できる。
In order to cause dv/ilt turn-on without causing device destruction, it is necessary to appropriately set the value of the lateral resistance in the fifth semiconductor layer 12 in terms of device design. This can be achieved by appropriately setting the impurity concentration and width W of the semiconductor layer.

第2図は本発明の他の実施例を示したもので、この実施
例では第2の半導体層4における初期ターンオン領域の
層厚と主電流通電領域の大部分の層厚とが等値になるよ
うに設計されていることが第1図の実施例との相違点と
なっている。しかし第1 PN接合において第2の半導
体層4にボス状突部4aが形成され、また第1の半導体
層6に該ボス状突部4aと対応する凹部6aが形成され
ていることは第1図の実施例と同じである。そして第1
図の実施例と同一の効果を生じさせるために第2の半導
体層4において該ボス状突部4aの周囲には第1の半導
体層が入シ込む傾斜面の環状溝4Cが形成されておシ該
環状溝4Cの溝底の頂点すなわちボス状突部4aの根□
元の点Cは第1図のB点と同じ機能を果すように第5の
半導体層12の内周縁とほぼ整列する位置に設けられて
いる。
FIG. 2 shows another embodiment of the present invention, in which the layer thickness of the initial turn-on region in the second semiconductor layer 4 and the layer thickness of most of the main current carrying region are equal. The difference from the embodiment shown in FIG. 1 is that it is designed so that However, in the first PN junction, the boss-like protrusion 4a is formed in the second semiconductor layer 4, and the recess 6a corresponding to the boss-like protrusion 4a is formed in the first semiconductor layer 6. This is the same as the embodiment shown in the figure. and the first
In order to produce the same effect as the embodiment shown in the figure, an annular groove 4C with an inclined surface into which the first semiconductor layer is inserted is formed around the boss-shaped protrusion 4a in the second semiconductor layer 4. The apex of the groove bottom of the annular groove 4C, that is, the root of the boss-like protrusion 4a □
The original point C is provided at a position substantially aligned with the inner peripheral edge of the fifth semiconductor layer 12 so as to perform the same function as the point B in FIG.

第2図の実施例においても第1図の実施例と同一の効果
を得ることができる。すなわち、ターンオン時には第1
接合7におけるターンオンは点Cで示される環状領域で
御所に始まシ、従って前記従来素子のように素子中心軸
線上において電流集中を生じるおそれがない。
In the embodiment shown in FIG. 2, the same effects as in the embodiment shown in FIG. 1 can be obtained. In other words, at turn-on, the first
The turn-on of the junction 7 begins precisely in the annular region indicated by point C, and therefore there is no risk of current concentration occurring on the central axis of the element unlike in the conventional element.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

以上によって、この発明によれば、従来のサイリスクが
有していた欠点すなわち第1のPN接合においてターン
オン時に破壊が生じやすいという点が除去され、急峻な
立上り電圧や順方向過電圧が印加された時にも破壊され
ることなくターンオンできる自己保護型のサイリスクす
なわち半導体装置が提供される、 なお、以上の実施例においては、第2の半導体層の初期
ターンオン領域における層厚を大きくするように構成し
たが、このように第2の半導体層4の各部の層厚を異な
った値にする代シに、前記各部におけるキャリアライフ
タイムもしくは不純物濃度が互いに異なった値になるよ
うに素子を形成してもよい。また図示実施例では第2主
表面2上に露出しだゲート信号印加領域の第3の半導体
層5bの上に環状ゲート電極を設は電気的ゲート信号を
印加するように構成しているが、光感応型サイリスクと
して構成してもよい。
As described above, according to the present invention, the disadvantage of the conventional SIRISK, that is, the fact that the first PN junction is prone to breakage at turn-on, is eliminated, and when a steep rising voltage or forward overvoltage is applied, A self-protecting silicon risk, that is, a semiconductor device that can be turned on without being destroyed is provided. In the above embodiments, the layer thickness in the initial turn-on region of the second semiconductor layer is increased. Instead of making the layer thickness of each part of the second semiconductor layer 4 different in this way, an element may be formed so that the carrier lifetime or impurity concentration in each part has different values. . Further, in the illustrated embodiment, an annular gate electrode is provided on the third semiconductor layer 5b in the gate signal application region exposed on the second main surface 2, and an electrical gate signal is applied. It may also be configured as a light-sensitive cyrisk.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図及び第2図は本発明の実施例におけるサイリスタ
の断面図である。 1・・・第1の主表面、2・・・第2の主表面、6・・
・第1の半導体層、4・・・第2の半導体層、5・・・
第3の半導体層、6・・・第1の主電極、7・・・第1
のPN接合、8・・・第2のPN接合、9・・・第4の
半導体層、10・・・第3のPN接合、11・・・第2
の主電極、12・・・第5の半導体層、16・・・補助
電極、14・・・ゲート電極。 特許出願人 東京芝浦電気株式会社 代理人  弁理士諸田英二m
1 and 2 are cross-sectional views of a thyristor in an embodiment of the present invention. 1... First main surface, 2... Second main surface, 6...
- First semiconductor layer, 4... Second semiconductor layer, 5...
third semiconductor layer, 6... first main electrode, 7... first
8... Second PN junction, 9... Fourth semiconductor layer, 10... Third PN junction, 11... Second PN junction.
main electrode, 12... fifth semiconductor layer, 16... auxiliary electrode, 14... gate electrode. Patent applicant: Tokyo Shibaura Electric Co., Ltd. Agent: Eiji Morota, patent attorney

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 第1導電型の第1の半導体層、該第1の半導体層と
第1のPN接合を形成する第2導電型の第2の半導体層
、該第2の半導体層と第2のPN接合を形成する第1半
導体型の第3の半導体層、及び該第3の半導体層と第3
のPN接合を形成する第2導電型の第4の半導体層から
なり、上記第1の半導体層に第1の主表面を有し、上記
第4の半導体層に第2の主表面を有し、上記第3の半導
体層の一部が該第2の主表面に露出しておシ、該第1の
主表面に第1の電極が形成され、該第2の主表面の第4
の半導体層に第2の電極が形成され、そして該第2の主
表面の第3の半導体層に第3の電極が形成されている半
導体装置において、。 上記第2の半導体層の略リング状の一部領域について、
残部領域よシも、 (A)少なくとも第1のPN接合において段差を設けて
層厚を薄くすること、 (B)ライフタイムを長くすること、及び(C)不純物
濃度を低くすること の少なくとも1手段を備えたことを特徴とする半導体装
置。 2 第2の半導体層における一部領域と残部領域との境
界が、第2の主表面における第3の半導体層と第4の半
導体層の境界に略対向している特許請求の範囲第1項記
載の半導体装置。 6 第4の半導体層が2以上の領域からなシ、電極が増
幅ゲート構造を形成する特許請求の範囲第1項又は第2
項記載の半導体装置。 4 第3の電極に近接する第4の半導体層においてd 
v/d を点弧する特許請求の範囲第1項ないし第3項
いずれか記載の半導体装置。 5 光信号によシ駆動する特許請求の範囲第1項ないし
第4項いずれか記載の半導体装置。
[Claims] 1. A first semiconductor layer of a first conductivity type, a second semiconductor layer of a second conductivity type forming a first PN junction with the first semiconductor layer, and the second semiconductor layer. and a third semiconductor layer of the first semiconductor type forming a second PN junction;
a fourth semiconductor layer of a second conductivity type forming a PN junction, the first semiconductor layer having a first main surface, and the fourth semiconductor layer having a second main surface. , a portion of the third semiconductor layer is exposed on the second main surface, a first electrode is formed on the first main surface, and a fourth electrode is formed on the second main surface.
In a semiconductor device, a second electrode is formed on the semiconductor layer of the second main surface, and a third electrode is formed on the third semiconductor layer of the second main surface. Regarding the approximately ring-shaped partial region of the second semiconductor layer,
In the remaining regions, at least one of (A) reducing the layer thickness by providing a step in at least the first PN junction, (B) increasing the lifetime, and (C) lowering the impurity concentration is applied. A semiconductor device characterized by comprising means. 2. Claim 1, wherein the boundary between the partial region and the remaining region in the second semiconductor layer substantially opposes the boundary between the third semiconductor layer and the fourth semiconductor layer on the second main surface. The semiconductor device described. 6. Claim 1 or 2, wherein the fourth semiconductor layer is comprised of two or more regions and the electrodes form an amplification gate structure.
1. Semiconductor device described in Section 1. 4 d in the fourth semiconductor layer close to the third electrode
A semiconductor device according to any one of claims 1 to 3, which ignites v/d. 5. A semiconductor device according to any one of claims 1 to 4, which is driven by an optical signal.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS61252225A (en) * 1985-04-30 1986-11-10 Japan Synthetic Rubber Co Ltd Thermosetting polymer composition

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JPS61252225A (en) * 1985-04-30 1986-11-10 Japan Synthetic Rubber Co Ltd Thermosetting polymer composition

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