JPS6063964A - サイリスタ - Google Patents

サイリスタ

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Publication number
JPS6063964A
JPS6063964A JP15827084A JP15827084A JPS6063964A JP S6063964 A JPS6063964 A JP S6063964A JP 15827084 A JP15827084 A JP 15827084A JP 15827084 A JP15827084 A JP 15827084A JP S6063964 A JPS6063964 A JP S6063964A
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JP
Japan
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layer
thyristor
junction
emitter layer
emitter
Prior art date
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Pending
Application number
JP15827084A
Other languages
English (en)
Inventor
Akira Kawakami
川上 明
Tsutomu Nakagawa
勉 中川
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mitsubishi Electric Corp
Original Assignee
Mitsubishi Electric Corp
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Filing date
Publication date
Application filed by Mitsubishi Electric Corp filed Critical Mitsubishi Electric Corp
Priority to JP15827084A priority Critical patent/JPS6063964A/ja
Publication of JPS6063964A publication Critical patent/JPS6063964A/ja
Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00Semiconductor 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
    • H01L29/02Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/12Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by the materials of which they are formed
    • H01L29/16Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by the materials of which they are formed including, apart from doping materials or other impurities, only elements of Group IV of the Periodic Table
    • H01L29/167Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by the materials of which they are formed including, apart from doping materials or other impurities, only elements of Group IV of the Periodic Table further characterised by the doping material

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Thyristors (AREA)

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】 この発明はサイリスタに係り、特にスイッチング性能の
向上を計ったサイリスタに関するものである。
サイリスクはd、i/d t l111駅を向−]二さ
せたり、ターン刈ン損失を減じ、ターンオンひろがりを
速くして、パルス通電能力あるいは高周波通電能力を高
めるために補助サイリスタ構造を導入してターンオン増
幅機能をもだせる方式がしばしば用いられている。
第1図は補助サイリスタを有するサイリスタの代表的−
例を断面とともに示す模式斜視図である0このサイリス
タ(1)は、P形の第1エミツタ(PB)層(2)、N
形の第1ベース(NB)層(3)およびP形の第2状に
N形の第2エミツタ(N、)層(61と、その環状の内
側に小環状にN形のt!f、3工ミツタ層(7)とが形
成されている。そして、サイリスタウェーハ這5)のN
8層(6)側の第1の主面(8)上には上記N、層(6
)に電気的に接続されたカソード電極(9)と、第3エ
ミッタ層(7)およびその外周の28層(4)にわたっ
て電気的に接続された補助サイリスタ電w(10)と、
上記第3エミッタ層(7)に囲まれた部分のPB層(4
)に電気的に接続さノ1.た制御電極(111とが形成
され、サイリスタウェーハ・(5)の28層(2)側の
第2の主面(2)上には、この6層(2)に電気的に接
続してアノード電WiQ葎が形成されているOそして、
カソード電極(9)、制御電極(lυおよびアノード電
極θ1からはそれぞれカソード甫極端子に1制御電極端
子Gおよびアノード電極端子A(以下それぞれrKJ 
、rC)JおよびrAJと略称する0 )が引出されて
いる。このサイリスタウェーハ(5)はN8層(6)に
対応する環状部分からなる主サイリスタ領域(1)とこ
れに囲まれた補助サイリスタ領域(It)とにわけられ
る。
さて、このサイリスタ(1)のターンオン・スイッチン
グ動作は周知のように、A−に間にA側を正極性とする
電圧が印加された状態で、G−に間にG側を正極性とす
る電圧を印加すると、G−に間に制御電流1゜が流れ、
6層(2)、NB層(3)、211層(4)および第3
エミッタ層(7)の4層からなる補助サイリスタ領域(
川)がターンオンして、A−アノード電極(1棟−28
層(2) −NB層(3) −PB層(4)−第3エミ
ッタ層(7)−補助サイリスタ電極(fill −PB
層(4) −N□層(6)−カソード電極(9) −K
の径路を通って、制御電流1゜の10倍以上の補助サイ
リスタ側流IAが流れ、この電流へによって、主サイリ
スク領域(1)がターンオンして、A−アノード電極(
至)−PB層(2)−1九層(3) −PB層(41−
Nゎ層(6)−力ソード電極(9)−にの径路に主サイ
リスク電流IMが流れる。このように、制御電流1゜が
増幅されて補助サイリスタ電流IAとなり、これが主サ
イリスタ領域(1)をターンオンするので、初期ターン
オン領域が環状の第3エミッタ層(7)の内側接合面0
4)の近傍から、環状のN+層(6)の内側接合面OQ
の近傍へ急速にひろげられ、上述したようにこのサイリ
スタ(1)のターンオン・スイッチング性能が著しく改
善される。
このような補助サイリスタ機能をさらに大きくするだめ
の他のサイリスタ構造例を第2図に示す。
この例のサイリスタ(1a)では、補助サイリスタ電極
(loa)がカソード電極(9a)の中に指状に入り込
んだ形状になり、環状のN8層(6a)の内側接合面(
15a)は上記指状の形に沿って長く設けられている。
従って、第1図について説明した初期ターンオン領域が
この指状の形に沿って広くなるので、ターンオン・スイ
ッチング性能は第1図の構造のものに比して一層向上す
る。
しかし、このような補助サイリスタ機能を有するサイリ
スタではターンオフ時に次に述べるような問題を生じる
。第3図はサイリスタのターンオフ時の電流電圧波形図
で、時刻t。がら時刻t1までのあいだ、A−に間に電
流(ピーク値より)を流し、時刻t、で外部回路で転流
を行い、時刻t2でオン電流をしゃ断すると、サイリス
クには逆電圧■8が印加される。つぎに、外部回路によ
って時刻t3からオフ電圧(上昇率dv、4t 、ピー
ク値v、)を印加する。とのとき、逆電圧印加時間+4
’Toが充分長ければ、サイリスクはオフ状態を維持し
、ターンオフ・スイッチング動作は達成するが、時間T
oが所定時間T、より短い場合は、サイリスタはターン
オフを失敗してメツ状態に入らない。このターンオフ・
スイッチング動作に必要な所だ時間T、ヲターンオフ時
間と呼んでいる。ところで、オフ電圧上昇率dv/dt
はサイリスタを応用するに当って回路の簡素化、小形軽
揖化のためにも、高くすることが盲2ましい。しかし、
この−J−荷、 l; d、v/atの値が1.0OV
lpθ以上になると、ターンオフ時間Tが長くなるとい
う問題があり、し2がも、前述したような、補助サイリ
スク構造をMするサイリスクでは、ターンオフ時間Tq
のオフ札圧上昇率av/dtへの依存性が一層強いこと
が判った。第4図の実糾曲線はこの依存性の一例を示す
特性曲線である0そして、この依存特性において、補助
サイリスタ領域(If)の面積(竿2ツ(の場合は指状
部分をも含む)の主サイリスタ領域(1)の面積に対す
る比が大きくなると、高いdv/dt値でのターンオフ
時開T、が長くなることが実験的に判明した0第5図の
実線曲線はターンオフ時間T、と上記面積比との関係を
示す特性曲線である。これによれば、例えば補助サイリ
スク領域(11)の面積を主サイリスタ領域(1)の面
積の20係にしてターンオン・スイッチング特性を高め
た( a1/ati@量: 100OVlis以上)サ
イリスタでは、面積比が5チの場合に比して、dv/d
tが400v/lL日という工うに高いときのターンオ
フ時間が15μe程度も長くなるという欠点があった。
なお、第4図、第5図とも外径40mm、耐圧1500
V級のサイリスタについて測定したものである。
ここで、ターンオフ時間T、のav/at依存性につい
て若干の考察を加える0第1図において、ターンオフ時
に電圧上昇率dv/(]、tのオフ電圧が印加されると
、主サイリスタ領域(1)ではNB層(3)、PI1層
(4)中の蓄積キャリアによる電流1rと、NB層(3
)とPB層(4)との間の接合J2による変位電流1d
とが流れる。一方、補助サイリスタ領域(II)では、
王として接合J2による変位電流弓が流れる0この変位
電流1iは補助サイリスタ電極0■からPB層(4)を
経由してN11層(6)の内側接合面(以下「N0接合
」という)α0へ流入する0従って、補助サイリスク領
域(1)の面積が大きくなると、それに比例して変位電
流1工が大きくなり、Ng接合0均の近傍の注入電流を
増大させ、この部分て主サイリスクがターンオン条件を
満足させられるようになり、・ターンオフの完成に失敗
する。
この発明は前述の従来装置の欠点と上記考察に鑑みてな
されたもので、N2接合Q6)のキャリア注入効率を第
3エミッタ層(7)の内側接合面(以下「第3エミツタ
接合」という) (+41のそれより小さくすることに
よって、補助サイリスクによる増幅機能を損なうことな
く、ターンオフ時間に対するオフ電圧上昇率の影響の小
さいサイリスタを実現することを目的とするものである
すなわち、この発明ではNR層(6)の主面(8)へ露
出している部分に金などの重金属を選択的に拡散して、
NB接合09部分のキャリア注入効率全低下さする方式
を採用した。まず、サイリスタウェーハ(5)を準備し
、上述のN8層(6)の主面(8)への露出すべき部分
を除いて全面をリンガラス層で覆い、880°Cの温度
で5分間金拡散し、その後にリンガラス層を除去しザイ
リスタウェーッ1(5)を840°Cの温度で20分間
熱拡散させた結果、所望の特性のサイリスタが得もハシ
j。
このようにして得られた実施例サイリスタのターンオフ
時間Tのオフ電圧上昇率dv/at依存性を第4図に破
線で示す0第4図に実線で示した従来装置についての特
性と比較すると、その改善は明らかであり、オフ ?l
’+: 圧1昇率aV/d、t カ500V/μsとい
う胤い値になっても、ターンオフ時間T、の増加はたか
だか5/IS程度である。
つぎに、この実施例方式のものについて、補助サイ11
スaQ百v (U)の而f&ふ主サイリスタ6百M(1
)の面積との比とターンオフ時間T、との関係は第5図
に破線で示す通りで、実線で示した従来装置についての
特性と比較するとその改善は顕著であり、応用上要望さ
れる500〜1000A/μθというような大きいai
/at耐量を確保するために、上記面積比を10〜20
%にしだ補助サイリスク付サイリスタをターンオフ時間
T、を長くすることなく実現できる。
なお、上記実施例において、P形部分とN形部分とを逆
にしても同様にこの発明は適用できることは勿論である
0 以上詳述したように、この発明では、補助サイリスタ構
造を有するサイリスタにおいて、その第2エミッタ層の
接合の露出部近傍の表面に金などの重金属不純物を拡散
して第3エミツタ接合のキャリア注入効率よりも主サイ
リスタの第2エミツタ接合のキャリア注入効率を低くし
たので、このサイリスタのターンオフ時間のオフ電圧上
昇率依存性を補助サイリスタの機能を損うことl〈低下
させることができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は補助サイリスタを有するサイリスタの従来例を
断面とともに示す模式斜視図、第2図は補助→ノ゛イリ
スタの機能をさらに大きくした従来のサイリスタの一例
を断面とともに示す模式斜視図、第3図はサイリスタの
ターンオフ時の電流電圧波形図、第4図は従来サイリス
タとこの発明になるサイリスタとのターンオフ時間のオ
フ電圧上昇率への依存性を示す特性曲線、第5Vは同じ
くターンオフ時間の補助サイリスタ領域と主サイリスタ
領域との面情比への依存性を示す特性図である。 し1において、(]) 、 (la)はサイリスタ、(
2)は第1伝導形の第1エミッタ層(p、層)、(3)
は第2伝導形の第1ベース層(NB層) 、(41は第
1伝導形の第2ベース層(PB層)、(5) 、 (5
a)はサイリスタウェーハ、(6) 、 (6a)は第
2伝導形の第2エミッタ層(lq、、)iz* )、、
 (71は第2伝導形)第3エミッタ層、(9)。 (9n)は第2の主電極(カソード電極)、(1(11
、(10a)は補助サイリスタ電極、(1υは制御電極
、(至)は第1の主71r、極(アノード電極) 、(
1,41は第3エミツタ接合、Gt91 (15a)は
第2エミツタ接合である。 なお、図中同一符号は同一もしく1d相当部分を示す0 代理人 大 岩 増 雄 第1図 第2図 第3図

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. (1) 第1伝導形の第1エミッタ層と第2伝導形の第
    1ペース層と第1伝導形の第2ベース層とが順次相接す
    るように形成され、上記第2ベース層の表面部の一部に
    形成された第2伝導形の第2エミッタ層と、上記第2ベ
    ース層の表面部の他の一部に形成された第2伝導形の第
    3エミッタ層と、上記第1エミツク層に電気的に接続さ
    れた第1の主電極と、上記第2エミッタ層に電気的に接
    続された第2の主電極と、上記第3エミッタ層およびそ
    の近傍の」二記第2ベース層の部分に電気的に接続され
    上記第2の主電極との間に上記第2エミッタ層の接合を
    挾むように設けられた補助サイリスタ電極と、上記第2
    ベース層の残りの部分に電気的に接続され上記補助サイ
    リスタ電極との間に上記第3エミツタの接合を挾むよう
    に設けられた制御電極とを備え、上記第2エミッタ層形
    成部分に対応する主サイリスタ領域と残余の部分に対応
    する補助サイリスタ領域とよシなるものにおいて、上記
    第2エミッタ層の接合の露出部近傍の表面に金などの重
    金属不純物を拡散して、上記第2エミッタ層の接合のキ
    ャリア注入効率を上記第3エミッタ層の接合のキャリア
    注入効率より低くなるようにしたことを特徴とするサイ
    リスク。
  2. (2) 補助サイリスク領域の面積を主サイリスタ領域
    の面積の10チ以上になるようにした特許請求の範囲第
    1項記載のサイリスタ。
JP15827084A 1984-07-28 1984-07-28 サイリスタ Pending JPS6063964A (ja)

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Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5164381A (ja) * 1974-12-02 1976-06-03 Mitsubishi Electric Corp Handotaikaiheisochi
JPS5166783A (ja) * 1974-12-05 1976-06-09 Mitsubishi Electric Corp Handotaisochi
JPS51116683A (en) * 1975-04-04 1976-10-14 Mitsubishi Electric Corp Semiconductor control unit
JPS5338988A (en) * 1976-09-21 1978-04-10 Nec Corp Manufacture of semiconductor control rectifier

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