JPS5976471A - 光サイリスタ - Google Patents

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】 〔発明の鳳する技術分野〕 本発明は、半導体基板が、ｎベースに隣接し且つカソー
ド側電極に接触するロエミッタと、前記ｎベースに隣接
するｎベースと隣接し且つアノード側電極と接触するｐ
エミッタとを備え、前記ｎエミッタ側には半導体基板の
表面にまで延びるｎベースの突出部と、該突出部に隣接
し、また同様に前記基板の表面にまで延びるｎベースの
突出部とが含まれた光サイリスタに関する。

〔従来技術〕

この種類のサイリスクはベルリン、スプリングル出版社
（Ｓｐｒｉｎｇｅｒ　−Ｖｅｒｌａｇ）　１９７９年出
版、ゲルラツハ（Ｗ、Ｇｅｒｌａｃｈ　）著の書籍［サ
イリスク（Ｔｈｙｒｉｓｔｏｒｅｎ　）　Ｊ第３９３　
ないし３９４頁から公知である。この中では半導体素体
の表面棟で延びるｎベースの突出部が点弧の際に直接照
明されている。十分大きな順阻止電圧（ブロッキング電
圧）の影響下で、ｎベースと！１ベースの間のｐｎ接合
の近傍に形成される空乏層は、ｎベースの突出部をほと
んど完全に満たす。このことが、露光に依存し、点弧電
流の起因となる電子と正孔の発生の良好な効率をもたら
し、その結果サイリスクが大きな光感度を持つ。

〔発明の目的〕

本発明は、最初に述べた種類のサイリスクを、高い阻止
能力と、特にアノードおよびカソード側の電極間に印加
される電圧Ｕに関する高い臨界電圧上昇速度ｄＵ／ｄｔ
とにも拘らずサイリスタにごく僅かな光入力にともなう
順方向電圧印加で点弧できるように形成することを目的
とする。

〔発明の要点〕

本発明によれば、その目的はｎベースの突出部に接触す
る電極とカソード側の電極との間に接続される光スイツ
チング素子によって達成される。

本発明によって得ることのできる利益は特に、光スイツ
チング素子が比較的低い阻止能力とそれに結ひ利く大き
な光感度を、サイリスクとスイッチング素子からなる系
のかなり大きな阻止能力を害することなく有することが
できることにある。

この系に対しては、それ故阻止能力と点弧感度の結び付
きの解除が得られる。

〔発明の実施例〕

以１本発明を図を引用して詳細に説明する。

第１図に、ドーピングされた半導体材料、例えばンリコ
ンからなる半導体素体を備えだサイリスクが示され、そ
の半導体素体は交互に異なる導電形の四つの運航する層
を有する。この場合はｎエミッタ１、ｎベース２、ｎベ
ース３およびｎエミッタ４が取り上げられる。ｎエミッ
タ１はカソード側の電極５を、ｎエミッタ４はアノード
側の電極６を備え、その場合その電極は、例えばアルミ
ニウムのような導電材料からなる。電極５は端子７を介
して大地と接続され、電極６は端子８と負荷抵抗Ｒを介
して電源１０の上の端子９と接続され、その電源の下の
端子１１は地電位にある。

ｎベース２は突出部２ａを有し、それは半導体素体のカ
ソード側の表面１ａまで延びている。鎖線で表わされた
対称軸１２によって示されている回転対称のサイリスク
構造において、部分１および５は環状に形成されており
、その場合符号１３は中心の突出部２ａによって満たさ
れるｎエミッタ１のくほみを示す。それに対してｎエミ
ッタ１が、図示された部分１および５が条状に形成され
、例えば第１回の面に垂直に表面１ａ全体あるいはその
かなりの部分の上を通ることを意味する条状構造を有す
るならば、突出部２ａは部分１相互間を分離する同様に
条状の径路を形成する。その場合部分１はその端部でＵ
形のエミッタ構造が生ずるように互に接続されてもよい
。部分１は、表面ｌａに任意の曲線（らせんなど）をえ
かいて通るように形成されることもできる。ｎベース２
の突山部２ａは、表面１ａまで延びるｎベース３の突出
部１５によって満たされるくぼみ１４を有する。

くほみ１４と突出部１５はその場合突出部２ａに対応し
て環状まだは条状に形成されていることができる。

第２図は、第１図において端子７および８０間の小さい
順阻止電圧の場合に、ｐベース２とｎベース３の間の逆
方向バイアスされたｐｎ接合に生ずる空乏層の径路を示
し、一方第３図は大きなＩＦＩ阻止電圧の場合の空乏層
の径路を示す。符号Ｐ１ないしＰ５によって、それぞれ
固定の電位値に対応する等電位線を示す。第２図で電極
５が地電位にあり、電極６が順阻止電圧Ｕ１と接続され
てい゛ることがら出発するならば、空乏層を上方で局限
する線Ｐ１は、ごくわずかだけ零と異なる小さい電位値
に、Ｐ２は中間の電位値に空乏層を下方で局限する線Ｐ
３はほぼ電圧値Ｕ１に相当する電位値にそれぞれ対応す
る。その場合表面１ａの点Ａも電位値Ｐ３を示す。Ｕｌ
はその場合、両管電位線Ｐ３のほぼ垂直に通る断面が点
Ａで会うように選定される。突出部１５の幅Ｂが約５０
ないし２００μｍの幅の場合に、第２図に示す空乏層の
構成が生ずるような電圧は、ｎベース３のドーピング度
に応じて例えば２０および２００Ｖの間にある。ここで
電極６への電圧をＵ１以上に高めると（第３図）、等電
位線ｐ４およびｐ５によって示されるように、空乏層は
拡張されている。ｐ５はその場合空乏層の下の方を局限
し、はぼ電極６への高められた電圧に相当する電位値を
示す。この′場合、電極６での電圧がＵｌの値までのと
きは上昇するたびに、点Ａにおいて対応する電位の上昇
が起こり、一方Ｕ１の値以上の上昇のたびには点Ａにお
ける電位は実際にはもはや変らない。

ｎベース３の突出部１５は点Ａ（第１図）の領域におい
て、導電劇料、例えばアルミニウムからなる電極１５ａ
を備え、その電極は端子１５ｂとフォトトランジスタ１
６の導通路を介してカノード側の電極５の端子７と接続
されている。

フォトトランジスタ１６を照明すると、その導通路を介
して端子７とｎベース３の間の低抵抗接続が形成される
。′＝！さに、これと同時に電源１０から供給され、そ
して電極６を電極５に対して正にバイアスする順阻止電
圧を印加する際には、半導体基板は部分３および４から
なυ順方向バイアスされた半導体ダイオードのように振
舞う。電極１５ａを介して点弧電流が流れ始め、それが
サイリスタの急速な点弧に導く。サイリスタのターンオ
フは、１０が直流電源の場合は、例えばその遮断によっ
て行われ、１０が交流電源の場合は、８に加わる電圧の
次につづく零点通過の近傍において行われる。

第１図に示す全体の装置の点弧感度は、フ第１・トラン
ジスタ１６の光感度が大きくなれば浸るほど犬きくなる
。本発明によれば従って大きな光感度を有するフォトト
ランジスタ１６を用いることが有効である。Ａ点におけ
る電圧とそれに伴なうフォトトランジスタ１６への電圧
がＵ　ｌＯ値を実際に超えることがないから、フォトト
ランジスタ１６の逆耐圧は電圧Ｕ１に合わせれば十分で
ある。

これは電極５および６の間に実質的により大きな電圧が
加わる場合にも当てはまる。電圧Ｕ１の値以上において
端子８に加わる電圧Ｕの高い電圧上昇速度ｄＵ／ｄｒも
フォトトランジスタ１６の作動状態に不利には働かない
。サイリスタとフォトトランジスタ１６からなる系の端
子８への高い順阻止電圧に対する阻止能力は、サイリス
タの大きな逆耐圧によって定まり、それは公知のように
ｎエミッタ１への固定したエミッタ短絡の設置によって
なお高めることができる。このエミッタ短絡は、ｎエミ
ッタｌの対応するくほみ１９，２０を満たし表面１ａま
で延びるｐベース２の突出部１７゜１８にその表面で電
極５が接触することを意味する。

フォトトランジスタ１６を介して流れる点弧電流の制限
のだめに抵抗２１がトランジスタ導通路に直列に備えら
れる。

本発明の枠内でフォトトランジスタ１６の代りに他の感
光スイッチング素子も用意することができる。これに対
する例は第４ないし第７図から分かる。個々には第４図
はフォトダイオード２２、第５図は光抵抗２３、第６図
はフォトサイリスタ２４および第７図は光トライアック
２５を示し、それらはそれぞれ第１図の端子１５ｂおよ
び７の間に接続されている。オプトエレクトロニクス素
子２２ないし２４はそれ自体公知であり、例えばベルリ
ン、ミュンヘンのベルリン社より１９７７年に出版され
たハチンゲル（Ｇ、Ｈａｔｚｉｎｇｅｒ　）著の書籍［
オプトエレクトロニクス素子および回路（Ｏｐｔ−ｏｅ
ｌｅｋｔｒｏｎｉｃｓ　Ｂａｕｅｌｅｍｅｎｔｅ　ｕｎ
ｄ　Ｓｃｈａｌｔｕｎｇｅｎ　　）ｊ３６ないし４１頁
、５５ないし６６頁、７６および７７頁に記載されてい
る。光トライアック２５は、例えば西ドイツ国フライブ
ルグ（プライスガラ地方）応用固体物理学会（Ｉｎ５ｔ
ｉｔｕｔｆｉｉｒ　Ａｎｇｅ−ｗａｎｄｔｅ　Ｆｅ５ｔ
ｋ’６ｒｐｅｒｐｈｙｓｉｋ　）第１０回討論会「半導
体出力用素子および材料等級Ｅ３１　（Ｈａｌｂｌｅｉ
ｔｅｒ　−１ｅｉｓｔｕｎｇｓ−Ｂａｕｅｌｅｍｅｎｔ
ｅ　ｕｎｄ　Ｍａｔｅｒｉ’ａ１ｇ’ｕｔｅ　５Ｉ）Ｊ
、１９８１年１１月２日および３日開催用会議資料中に
ライボルト（Ｌ、Ｌｅｉｐｏｌｄ　）の寄稿「８ＩＰＭ
Ｏ８光トライアックの最新結果（Ｎｅｕｅｓｔｅ　Ｅｒ
ｇｅｂｎｉｓｓｅ　ｖｏｎＯｐｔｏ−Ｔｒｉａｃｓ　）
　ｊに関連して記載されている。

感光スイッチング素子は本発明による回路の中で端子１
５ｂおよび７の間の光流入のもとて低抵抗接続を形成す
る条件を満足しなければならないだけである。フォトト
ランジスタ１６およびフォトダイオード２２の場合には
光流入のもとてもちろん光電流だけが電極１５ａを介し
て流れ、一方残りの感光スイッチング素子においては光
の作用のもとて負荷回路）Ｌ、１０，７．８　　から取
り出される点弧電流が電極１５ａを介して流れる。

フォトサイリスタ２４および光トライアック２５は非常
に点弧感度よく構成できる。なぜならこれと結び付く小
さい逆耐圧と小さい電圧上昇速度ｄＵ／ｄｉは端子１５
ｂもしくは点Ａに現われ、最大はぼＵｌの値に達する電
圧げに適合しなければならないだけだからである。

本発明によるサイリスタの望ましい発展は、第１図にお
いて表面１ａに存在する構造の多数が、その横方向の寸
法が第１図に示されたものの幾倍にもなるように対応し
て拡大された半導体基板の表面に並んで配置されている
ことにある。その場合、条状に形成されたエミッタ１は
特に互に平行に通るのがよい。対称軸１２を軸とする回
転対称構造に関して、第１図に示される構造において、
その表面１ａに置かれた有効で、同心的な別の構造が配
置されている。この別の構造の各々は、第１図を引用す
れば構造１，２，２ａ、５．１５および１５ａを軸１２
にでなくて半導体基板の右側方に位置し、１２に平行な
対称軸に属させるときに具体的に説明できる。個々の構
造はその端子１５ｂおよび７を介して互に並列接続され
ているのが有利で、その結果感光スイッチング素子、例
えば１６はすべてに共通である。

感光スイッチング素子１６などは外部の素子として構成
されて、サイリスク端子１５ｂおよび７と接続されてい
るか、あるいはサイリスタの半導体素子に集積されるこ
ともできる。

第１図に示す実施例のそのような集積された形成を第８
図に図示する。その場合フォトサイリスタ１６はバイポ
ーラトランジスタとして構成され、そのエミッタおよび
コレクタはｎベースに挿入されたｎ形の領域２６および
２７からなる。その照明可能なベースは領域２６および
２７の間に位置するｎベース２の部分から形成される。

領域２６および２７は表面１ａにおいて、それぞれ端子
７および１５ｂと接続された電極２８および２９によ多
接触される。

電流制限抵抗２１はスイッチング素子２２ないし２５に
直列に備えるのも有効である。

〔発明の効果〕

本発明は、光サイリスクのｎベースが半導体基板のカソ
ード側の表面まで延ひ、ｎベースも同じ表面まで同様に
延びて隣接するものにおいて、表面でそのｎベースに接
触する電極とカソード側のサイリスク電極の間に感光ス
イッチング素子を接続するもので、これにより光スイツ
チング素子に光を当てることによりサイリスクを点弧す
ることし、光感度ラブ０スイツチング素子によりサイリ
スクの臨界電圧上昇速度に関係なく高めることが可能に
なる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の断面図、第２図は小さい順
阻止電圧の場合に第１図におけるｎベースとｎベースの
間のｐｎ接合に沿って形成される空乏層の径路を示す説
明図、第３図は太きい順阻止電圧の場合の同様な空乏層
の径路を示す説明図、第４７よいし第７図はそれぞれ別
の実施例の一部を示す回路図、第８図は第１図に示した
構造を集積したさらに別の実施例を示す断面図である。 Ｊ−・ｎエミッタ、２・・・ｎベース、２ａ・・・突出
部、３・・・ｎベース、４・・・ｐエミッタ、５　、６
　、ｔ５ａ・・を極、１．４・・ｎベースの＜ｔ”ｌ’
ミー、１５・・・ｎベースの突出部、１６・・・フォト
トランジスタ、２１・・・電流制限抵抗、２２・・・フ
ォトダイオード、２３・・・光抵抗、２４・・・フォト
サイリスタ、２５・・・光トライブック。 ＦＩＧ２　　　　　　　　　　ＦＩＧ３ＦＩＧ４　　　
　　　　　　　ＦＩＧ５ＦＩＧ６　　　　　　　　　Ｆ
ＩＧ７ 上５ Ｖ／／（／／〜 手続補正書（方、・、） 昭和５”Ｊ：ｌ＜：＋、！”　Ｊｌ　”　’ｌ　＋−１
’ｌ’ｌ’＋、−；’Ｒ−’＋’　　　　１之　　　′
自′　　　　　　　　　ｉ二“　イ」三　　１０　　Ｊ
ｅ　　　　ｌ＋７’之１、小ｆノｌ　　σ）表示　　　
　特願昭＼仝δ−／２づ入乙７δっｔ重化を−４−るＫ ”　１ｆ　（’ｌとの閂１糸　　　　　　　　出′ｌｉ
ｃ＋人１１　　　所　　　　四ｉイ〉′円′・、−リ・
、！’：　−ｉ　；−−ン（番地プル）名ｆ’ｌ・　　
　　　　　シーメ／７゛、・ン・グー、・パ［・・し／
ヤフＹ４代　理　人 作　　所　　川崎市川崎区ｌＪ　；１１着１１１１１　
ｉＴｔ　１号補正の内容 明細４１５頁第８行目に「第４ないし第７図」とあるの
を「第４図ないし第７図」と補正する。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）半導体基板が、ｎベースに隣接し且つカソード側電
   極に接触するｎエミッタと、前記ｎベースに瞬接するｎ
   ベースと隣接し且つアノード側電極と接触するｐエミッ
   タとを備え、前記ｎエミッタ側には半導体基板の表面に
   まで延びるｎベースの突出部と、該突出部に隣接し、ま
   た同様に前記基板の表面にまで延びるｎベースの突出部
   とが含まれるものにおいて、ｎベースの突出部に接触す
   る電極とカソード側の電極との間に感光スイッチング素
   子が接続されたことを特徴とする光サイリスク。 ２、特許請求の範囲第１項記載のサイリスクにおいて、
   感光スイッチング素子がフォトトランジスタからなるこ
   とを特徴となる光サイリスク。 ３）特許請求の範囲第１項記載のサイリスタにおいて、
   感光スイッチング素子がフォトダイオードからなる仁と
   を特徴とする光サイリスタ。 ４）特許請求の範囲第１項記載のサイリスクにおいて、
   感光スイッチング素子が光抵抗からなることを特徴とす
   る光サイリスタ。 ５）特許請求の範囲第１項記載のサイリスクにおいて、
   感光スイッチング素子が光サイリスクからなることを特
   徴とする光サイリスク。 ６）特許請求の範囲第１項記載のサイリスクにおいて、
   感光スイッチング素子が光トライアックからなることを
   特徴とする光サイリスタ。 ７）特許請求の範囲第１項ないし第６項のいずれかに記
   載のサイリスクにおいて、感光スイッチング素子が半導
   体素子に集積されたことを特徴とする光サイリスタ。 ８）特許請求の範囲第１項ないし第７項のいずれかに記
   載のサイリスタにおいて、感光スイッチング素子に直列
   に電流制限抵抗を備えたことを特徴とする光サイリスタ
   。 ９）％許請求の範囲第１項ないし第８項のいずれかに記
   載のサイリスタにおいて、表面まで延びるｎベースの突
   出部がくほみを有し、このくぼみを隣接するｎベースの
   突出部が満たすことを特徴とする光サイリスク。 １０）４￥許請求の範囲第１項ないし第９項のいずれか
   に記載のサイリスクにおいて、それぞれ複数の１１エミ
   ツタ、ｎベースおよびｎベースの突出部、カソード側の
   電極およびｎベースの突出部に接触する電極が共通の半
   導体基板の表面に横方向に並べて配置されたことを特徴
   とする光サイリスタ。