JPS60119776A - ゲ−トタ−ンオフサイリスタ - Google Patents

ゲ−トタ−ンオフサイリスタ

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JPS60119776A
JPS60119776A JP58228042A JP22804283A JPS60119776A JP S60119776 A JPS60119776 A JP S60119776A JP 58228042 A JP58228042 A JP 58228042A JP 22804283 A JP22804283 A JP 22804283A JP S60119776 A JPS60119776 A JP S60119776A
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emitter layer
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中嶋 利廣
Yoshiaki Hisamoto
好明 久本
Kozo Yamagami
山上 倖三
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Mitsubishi Electric Corp
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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】 [発明の技術分野] この発明はゲートターンオフサイリスタ(以後、略して
「GTOサイリスタ」という)に関し、特に大きなアノ
ード電流を短時間で遮断てきるGTO→ノイリスタに関
するものである。
[従来技術] 一般に、ゲート信号によってスイッチング作用つまりタ
ーンオン・ターンオフできる半導体装置としてGTOサ
イリスタがある。近年、このGTOサイリスタは新たな
電力用半導体Haとして注目されており、現在では25
0OAのアノード電流をターンオフできるものが開発さ
れている。
第1図は従来のGTOサイリスタの積層構造の一例を示
す概略断面図である。そのGTOサイリスタは下層から
順にP型エミッタ層1.N型ベース層2.P型代−ス層
3.さらにN型エミツタ層領域4が形成された4層積層
構造として構成されている。但し、N型のエミツタ層領
域4はブレーナ型に複数個に分割されており、またP型
代−ス層3の表面はオーミックコンタクトをとるために
P型のP+層領域5が形成されている。そしてP型エミ
ッタ層1の表面にはアノード電極6が設けられ、N型エ
ミツタ層の表面にはカソード電極7が設けられ、さらに
P型ベースのP+層領域の表面には電流を制御するゲー
ト電極8が設けられている。第2図は第1図のGTOサ
イリスタにおけるターンオフ時のP型ベース層3中の電
流示す拡大図であり、電流は矢印に沿って流れる。
13図はGTOサイリスタの遮断アノード電流(ITG
Q)、順方向印加電圧(Vo)、およびゲート電流(I
GO)のそれぞれの時間変化における相互の関係を示す
図である。図において縦軸は電流または電圧を示し横軸
は時間を表わしておりt9訃はターンオフ時間に相当す
る。遮断時において、第2図に示したようにゲート電極
8ヘアノード電流が流れるが、この電流によってP型代
−ス層3のキャリアを徐々にグー1〜電慎に引き抜いて
、導通状態の領域を狭くして@後にターンオフする。と
ころがアノード電流をターンオフさせる場合、徐々に狭
められた導通領域に電流集中が起こり、その導通領域の
部分で熱破壊などが生ずる場合がある。そのために上記
P型代−ス層3のキャリアを効果的に素早く引き抜く方
法を考えることが望まれる。そこで、N型エミツタ層領
域4の幅りを狭くするか、あるいはP型ヘース層3の不
純物濃度を極力上げることが考えられる。通電のG T
 OサイリスタではN型エミツタ層領域4の幅りを数1
00μmに細くしたS造とし・でいるが、さらに大きな
アノード電流をグー1−ターンオフさせる場合にはN型
エミツタ層領域4の幅りをざらに狭くしなければならな
い。しかし、[・−型エミツタ層領域4の幅りを狭くす
ると、カソード面積の減少、製造上の困難、さらに歩留
りの低下などの問題を生じる。またP型ベース層3全体
の不純物m +*を上げると、N型エミツタ層領域4か
らP型ベース@3への注入効率が次第に減少して、N型
エミッタ層領域4.P型代−ス層3.およびN型ベース
層2で構成されるNPNt−ランジスタの電流増幅率α
NPNはP型代−ス層3の不純物′a度が高くなるにつ
れて減少していく。
ところで、周知のようにGTOサイリスタが順方向阻止
状態からターンオンするには上記のα11、Nと、P型
代−ス層3.N型ベース層2.およびP型エミッタ層1
とで構成されるPNPトランジスタの電流増幅率αpN
pとの和−が1より大きくなることが必要である。P型
代−ス層3の不純物濃度を上げ過ぎると前記の条件が満
たされなくなり、GTOサイリスタはターンオンの機能
を果たさなくなる。したがってP型ベース胴3の不純物
I!廉は成る程度以上に上げることができない。
従来のGTOサイリスタは上述のように構成されている
ので、ターンオフ時間が長くて高周波インバータとして
1史用できず、また遮断アノード電流が小さいなどの欠
点があった。
[発明の諏要] この発明は上記のような従来のQ T Oサイリスタの
欠点を除去するためになされたものである。
本発明の特徴は、順にP型エミッタ層、N型ベース層、
P型代−ス層が形成され、さらにそのP型代−ス層の表
面層へ部分的にプレーナ型に形成されたN型エミツタ層
領域を有し、前記P型エミッタ層、前記N型エミッタ層
領域、前記P型代−ス層のそれぞれの表面にアノード環
(釘、カソード側Lゲート電極を設(プ、前記ゲート電
極にゲート信号を印加して前記アノード・カソード電極
間の電流をターンオンまたはターンオフするG T O
サイリスタにおいて、前記N型エミツタ層領域を除く前
記P型代−ス層の表面層と、前記N型エミツタ層領域の
周縁部下側の前記P型代−ス層とに高下IlI物i11
度のP1層を設け、前記P“層の深さを前記N型エミツ
タ層領域より深くかつ前記P型代−ス層の深さより浅く
したことである。
また本発明は、P型とN型が逆の構成になっているG 
T Oサイリスタにも)Δ用し得ることは明らかである
[発明の実施例] 第4図はこの発明の一実施例を示ず図である。
その基本的な構成(j第1図のものと同様であり、まず
N型ベース層2とld、る低不純物11反の3iウエー
ハを用い、この3iウエーへの両面から■族の不純物(
A見+ Ga + Bなど)を拡散し、P型エミッタ層
1とP型代−ス層3を形成する。次にP型ベース層1の
不純物濃度より高い■族の不純物(B)を前記81ウエ
ーハの片面から図のように拡散させる。つまり、後で形
成されるN型エミツタ層領域4の下部周縁部に相当する
領域9と、Nlエミツタ層領域4以外の領域でかつその
N型エミッタH領1@4と接触しない領域10へ、前記
N型エミツタ層4より深くかつP型代−ス層3より浅い
P+層を形成する。次にV族の不純物(P)を拡散して
N型エミツタ層領域4を形成する。そしてP型エミッタ
層1.N型エミッタ層@域4゜およびP型代−ス層3の
P″領域10のそれぞれの表面に7ノ・−ド電力6.カ
ソード電極7.ゲート電極8を形成する。このように構
成された本発明のGTOにおいては、N型エミツタ層領
域・4の下側中央部ではP+層が除かれ(あり、適度0
冒X888.が得られる。モしてP+層頭領119.1
0の不純物濃度を適度に設定することにより、ターンオ
ン・ターンオフ特t’l (特にターンオフ特性〉の良
好なG T Oが1すられるヮ 第5図を参照して、このようなGT○サイリスタの動作
について説明する。第5図におい゛〔、ゲート電極8に
負のパルスを印加するとカソード電1桓6とゲート電(
由8にアノード電流が流れ、またアノード電流のキャリ
ノ′がP”Q9,1Qのイ因1氏抗部分を通って素早く
ゲート電1シ8に引8抜がれるっまたP型代−ス層3に
蓄積されているキせリアも[〕“惜9.10を通ってゲ
ー ト電極8へ素早く引き抜かれる。上記の作用により
ターンオフn間は従来のl 5 It sから8μS程
Iff f\人幅に減少させることができる。
上記の説明ではP型のベース層にゲート電極を設けたタ
イプのG T Oサイリスタについて述べたが、本発明
は上記の1〕型とN型を逆にした構成のGTOサイリス
タにも同様に適用可能である。
また上述の実施例ではメサ型について説明したが、これ
は単なる一例であって、本発明はこれに限られるもので
はなく、たとえば第6図に示すようにガラスパッシベー
ション型にも適用可能である。第6図と第4図において
、同一の符号は同一内容または相当部分を示しており、
第6図ではガラスパッシベーション′11が設けられて
いる。
さらに本発明は、第7図に示したようなプレーナ型にも
適用可能である。第7図と第4図におし)て、同一符号
は同一内容または相当部分を示しており、第°7図では
ガードリンクP+層12とチャンネルカットp、I”f
fiが設けられている。
さらに本発明は、第8図に示1ノだようにアノードショ
ート型にも適用可能であるC第8図と第4図において、
同一符号は同一内容または相当部分を示しており、第8
図ではアノードショート型N“層が設けられている。
さらにまた本発明は、第9図に示したようなゲートエツ
チングダウン型にも適用可能であり、第9図と第4図に
おいて、同一符号は同一内容または相当部分を示してい
る。
さらに種々の変形例が考えれるが、これらはいずれも本
発明に含まれるものであり、第4図の例と同様の効果を
奏す。
[発明の効果] 本発明によれば、従来のGTOサイリスタに比べて大き
なアノード電流を短時間で遮断できるGToサイリスタ
を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は、従来のGTOサイリスタの積層構造を示す断
面図である。 第2図は、従来のGTOサイリスタがターンオフすると
きのアノード電流のキャリアの流れを示す図である。 第3図は、従来のGTOサイリスタがターンオフする際
の電圧電流変化を示す図である。 第4図は、本発明の一実施例であるGTOサイリスタの
積層構造を示す断面図である。 第5図は、本発明の一実施例によるGTOサイリスタが
ターンオフするときのアノード電流キャリアの流れを示
す図である。 第6図は、ガラスパッシベーションを施した本発明によ
るG T Oサイリスタの一例を示す積層構造図である
。 第7図は、ブレーナ型に本発明を適用したGTOサイリ
スタの一例を示す積層構造図である。 第8図は、アノードショート型に本発明を適用したG 
T’ Oサイリスタの一例を示す積層構造図である。 第9図は、グートエツヂングタウン型に本発明を適用し
たGTOサイリスタの一例を承り積層構造図である。 図において、1はP型1ミッタ層、2はN型ベース層、
3は1〕型ベ一ス層、4はN型エミツタ層領域、5は従
来のP+層領域、6はアノード電極、7はカソード電極
、8はグー1−電極、9,10は本発明によるP+層領
域、11はガラスパッシベーション、12はガードリン
クP+層、13はチャンネルカットN+層、14はアノ
ードショート型N+層を示す。 なお各図において同一符号は同一内容または相当部分を
示す。 代 理 人 大 岩 増 雄 第1図 第2図 第3図 第4図 ◇ 第5図

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. P型(またはN型)エミツタ層と、前記P型(またはN
    型)エミツタ層上のN型(またはP型)ベース層と、前
    記N型(またはP型)ベース層上のP型(またはN型)
    ベース層と、前記P型(またはN型)ベース層の表面層
    へ部分的に形成されたN型(またはP型)エミッタ領域
    を有し、前記P型(またはN型)エミツタ層の表面にア
    ノード(またはカソード)電極を設け、前記N型(また
    はP型)エミッタ領域表面にカソード(またはアノード
    )電極を設け、前記P型(またはN型)ベース層の表面
    にゲート電極を設け、前記ゲート電極にゲート信号を印
    加して前記アノード・カソード電極間の電流をターンオ
    ンまたはターンオフするゲートターンオフサイリスタに
    おいて、前記N型(またはP型)エミッタ領域を除く前
    記P型(またはN型)ベース層の表面下側と、前記N型
    (またはP型)エミッタ領域の周縁部下側の前記P型(
    またはN型)ベース層とに高不純物濃度のP” II 
    (またはN+層)舶載を設け、前記P” II (また
    はN+層)領域の深さを前記N型(またはP型)エミッ
    タ領域より深くかつ前記P型(またはN型)ベース層の
    深さより浅くしたことを特徴とするゲートターンオフサ
    イリスタ。
JP58228042A 1983-11-30 1983-11-30 ゲ−トタ−ンオフサイリスタ Granted JPS60119776A (ja)

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JP58228042A JPS60119776A (ja) 1983-11-30 1983-11-30 ゲ−トタ−ンオフサイリスタ
US06/662,080 US4609933A (en) 1983-11-30 1984-10-18 Gate turn-off thyristor having P+ gate and emitter
DE19843439803 DE3439803A1 (de) 1983-11-30 1984-10-31 Abschaltthyristor

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JP58228042A JPS60119776A (ja) 1983-11-30 1983-11-30 ゲ−トタ−ンオフサイリスタ

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JPS60119776A true JPS60119776A (ja) 1985-06-27
JPH026229B2 JPH026229B2 (ja) 1990-02-08

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DE (1) DE3439803A1 (ja)

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US4609933A (en) 1986-09-02
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