JPS6135706B2 - - Google Patents

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JPS6135706B2
JPS6135706B2 JP52084005A JP8400577A JPS6135706B2 JP S6135706 B2 JPS6135706 B2 JP S6135706B2 JP 52084005 A JP52084005 A JP 52084005A JP 8400577 A JP8400577 A JP 8400577A JP S6135706 B2 JPS6135706 B2 JP S6135706B2
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semiconductor
region
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BBC Brown Boveri France SA
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Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、少なくとも４つの交互に反対の導電
型を有する帯域を備え、その際２つの内側の帯域
およびその各々に隣接する外側の帯域とがそれぞ
れ共通の１つの表面を形成し、該表面に内側の帯
域ならびに外側の帯域に接触接続された主電極が
設けられ、かつ第１の主電極が中央の空所を有
し、、該空所で第１の内側の帯域が制御電極に接
触接続され、かつ両方の内側の帯域の表面に両方
の外側の帯域を取り囲む高くドーピングされた、
それぞれの内側の帯域と同じ導電型の領域が設け
られ、これら領域はそれぞれ、表面にある外側の
帯域から少なくともキヤリヤ拡散長Ｌの２倍の距
離を有していて、これによりそこに保護帯域が形
成されるようになつている半導体素子に関する。
この種の半導体素子は例えばスイス国特許第
548113号明細書から公知である。これは逆導通サ
イリスタであり、基本的に同じシリコンデイスク
に集積された逆並列のダイオードを有する逆阻止
サイリスタから成つている。名前が示しているよ
うにこの種の逆導通半導体素子は逆方向阻止能力
を有しない。順方向では素子は普通通り機能し、
従つて加わる電圧を制御電極を介して点弧パルス
が印加されるまで阻止する。この種の半導体素子
は、例えば電気的な駆動装置のチヨツパ回路に有
利に用いられる（例えばIEEE Transaction
lndustry Applications.l.A―９（1973年）、236頁
〜247頁参照）。
しかしこの種の半導体素子には次のような問題
がある。即ち集積されたダイオードの領域に流れ
る逆方向導通状態のキヤリヤが順方向阻止状態に
移行する際に（即ち転流の際）サイリスタ部分に
拡散し、素子を誤つて点弧し、それにより多くの
場合素子が破壊される（所謂転流損傷）傾向を呈
することである。これまでにこの危険性に対抗す
るために次のような処理がとられていた。即ちダ
イオードとサイリスタのエミツタ領域の間に保護
帯域を形成するために少なくともキヤリヤ拡散長
の２倍の距離をとるか（スイス国特許第548113号
明細書）またはこの領域の間の保護帯域に溝が設
けられた（第５頁第10行に引用したIEEE
Trans.lnd.Appl・lA―９（1973年）、237頁の第
２図参照）。
しかしこの処置は十分ではないことがわかつ
た。従つて本発明の課題は、冒頭に述べた形式の
半導体素子を転流損傷に対する安全性の点で改良
することである。
この課題は本発明によれば次のようにして解決
される。すなわち同一表面にある外側の帯域と該
帯域を取り囲む高くドーピングされた領域との間
の第２の内側の帯域の表面に、隣接する内側の帯
域とは反対の導電型のリング保護帯域を設け、該
リング保護帯域は対応する主電極と接触接続され
ており、かつ素子の中心の方を向いた、前記リン
グ保護帯域の境界面は、対向する表面にある外側
の帯域から表面に下した垂線から距離ｄだけ離れ
ており、かつ前記リング保護帯域の幅はｒであ
り、かつｄならびにｒも各各少なくともキヤリヤ
拡散長Ｌと等しくかつ半導体素子の半導体基体の
厚さＢの３倍を越えず、同一表面にある外側の帯
域と、該帯域を取り囲む高くドーピングされた領
域ないしリング保護帯域との間の第１の内側の帯
域および第２の内側の帯域の表面に、隣接する内
側の帯域と同じ導電型の第２の高濃度にドーピン
グされた領域を設け、その際該２つの高濃度にド
ーピングされた領域を、それぞれ対向する表面に
垂線を下した際に該領域の向き合つている方の側
の境界面間の相互距離がＬより大きく、半導体基
体の厚さＢの２倍より小さい距離ａを有するよう
にずらして配設するのである。
本発明によるリング保護帯域は、保護帯域の空
間のダイオードによりキヤリヤの寄生的な注入を
妨害する。つまりこの種の寄生的な注入は、サイ
リスタが、ダイオードの領域にキヤリヤがあふれ
ている逆導通状態から順方向阻止状態に移行する
ときに発生する可能性がある。その時キヤリヤ
は、その時遮断しているサイリスタ領域において
側方に拡散しかつそこで誤点弧ないし転流不良を
惹き起こす可能性がある。リング保護帯域は保護
帯域におけるこの種のキヤリヤの数を低減し、か
つこれにより寄生的な注入の危険も低減する。
次に本発明を図示の実施例につき図面を用いて
詳細に説明する。
図に示す半導体素子は第１の外側の、濃くＮ―
ドーピングされた、Ｎ―エミツタと略称する帯域
１、第１の内側のＰ―ドーピングされた、Ｐ―制
御ベースと略称する帯域２、第２の内側のＮ―ド
ーピングされたＮ―ベースと略称する帯域３およ
び第２の外側の濃くＰ―ドーピングされたＰ―エ
ミツタと略称する帯域４を有する。第３の帯域に
は低濃度にドーピングされた領域３′と高濃度ド
ーピングされた領域３″が設けられている。
図示の半導体素子の表面５，６は金属化され電
気接続が行なわれる。この結果カソードＣ、アノ
ードＡおよび制御電極Ｇが生じる。
更に図示の半導体素子のカソードの側に第１の
高濃度にドーピングされた領域７そしてアノード
の側に第２の高濃度にドーピングされた領域８が
設けられている。この２つの領域７，８がカソー
ドＣ乃至アノードＡの電極金属部に接触して接続
されているので、領域７と８の間の領域は、帯域
１，２，３，４により形成されるサイリスタに対
して逆並列に接続された集積ダイオードとして作
用する。このダイオードは、カソードＣの正の電
圧において、従つてアノードＡの負の電圧におい
て、すなわち素子の逆方向状態において電流を導
く。この電流において流れるキヤリヤがサイリス
タ部１，２，３，４で出来るだけ拡散しないよう
に、同じ側にあるエミツタ１と領域７との互いに
向き合つている境界面部間またエミツタ４と領域
８とのお互いに向き合つている境界部間が少なく
ともキヤリヤ拡散長Ｌの２倍の距離Ｚを有する。
キヤリヤ拡散長Ｌは式Ｌ＝√・により決定
され、その際Ｄは最も低濃度にドーピングされた
帯域、従つてＮ―ベースの領域３′における少数
キヤリヤの拡散定数であり、τは少数キヤリヤの
寿命である。
さらに図示の実施例ではアノードの側にリング
保護帯域１０が設けられている。基本的にはリン
グ保護帯域をアノード側およびカソード側の双方
に設けることができるが、図示のようにアノード
側にだけリング保護帯域を設けるか乃至カソード
の側にだけリング保護帯域を有するようにした実
施例の方が同時に２つのリング保護帯域を有する
実施例に比べて有利である。というのは両方の保
護帯域を設けた場合素子の横方向の広がりが余り
に大きくなるからである。それで図示のごとくア
ノード側のリング保護帯域が有利である。２つの
帯域を設けた場合図示しないが少なくともキヤリ
ヤ拡散長Ｌと同じである距離だけ互いにずらされ
なければならないからである。そうしなければこ
れら両帯域を含むサイリスタ系に寄生点弧の危険
が生じる。
しかしいかなる場合にも寸法仕様は実施例で示
すように次の通りである。即ちリング保護帯域１
０は、エミツタ１のリング保護帯域の方の側の形
成面から表面６に下した垂線から距離ｄだけ離れ
ており、更にリング保護帯域の幅はｒを有しなけ
ればならない。その際ｄ同様にｒも各々少なくと
もＬと同じでありかつ半導体素子の半導体基体の
厚さＢの３倍を越えない。
距離ｄに対する上述の仕様は、サイリスタ系１
―２―３―１０の寄生点弧が回避されるように作
用する。幅ｒに対する仕様は、リング保護帯域１
０が転流不良に対するその保護機能を確実に満足
するように作用する。
保護帯域１５の中のリング保護帯域の利点は単
に転流損傷に対する安定性が高められる点にある
のみならず、保護帯域１５の幅Ｚを低減出来る点
にある。リング保護帯域を２つ設けた場合には既
述のように互いにキヤリヤ拡散長と同じ距離だけ
ずらして配置しなければならないのでこの利点は
大幅に失なわれ、この結果既述のように唯一の保
護帯域１０だけを有する実施例の方が有利であ
る。
保護帯域１５の幅Ｚは少なくとも拡散長Ｌの２
倍でなければならない。
図示の実施例において転流に対する安全性が高
められるのと、Ｚの値が低減されることの他に、
なお次のような利点がある。即ち高濃度にドーピ
ングされた領域７，８を図示のように、相互に正
確に位置合わせする必要はない。即ち表面５，６
に下した垂線が相互に一致する必要がない。この
ことは製造工程において有利である。
図示の実施例は更に各々内側の帯域２乃至３と
同じ導電型の高濃度にドーピングされた領域１１
および１２を有する。この領域は帯域２乃至３に
挿入されている。従つて領域１１はＰ―ドーピン
グされており、領域１２はＮ―ドーピングされて
いる。電圧上昇率dv／dtの値が大きい場合点弧
を来たす可能性がある横方向電流が発生すると
き、横方向電流は“短絡リング”として作用する
領域１１および１２を介して直接電極ＣないしＡ
に導かれるので、点弧が防止される。短絡リング
１１，１２は横方向距離ａだけずらされている。
というのはこれらが寄生のダイオードを形成する
からである。このダイオードは順方向において僅
かな電流密度で電流を導くことが出来る。ａはＬ
と２Ｂの間にある。
ダイオードとサイリスタ部の減結合を一層改良
すること、従つて転流損傷に対する安全性は電極
―金属化の遮断部１３および／または半導体基体
の表面の溝１４を設けることにより高められる。
本発明による半導体素子は既に直流調整装置お
よび遮断することのない電流給電装置で実際に試
験して良好な成績が得られた。図示の実施例にお
いて例えばｒ＝0.1〜１mm、ｄ＝0.1〜１mm、Ｚ＝
ｒ＋ｄ＝0.2〜２mm、ａ＝0.05〜0.5mmであり、領
域１１，１２の幅は0.02〜0.2mmである。ただし
１３と１４は設けなかつた。
【図面の簡単な説明】
図は本発明の半導体素子の断面略図である。 １……Ｎ―エミツタ帯域、２……Ｐ―制御ベー
ス帯域、３……Ｎ―ベース帯域、４……Ｐ―エミ
ツタ帯域、５，６……表面、７，８，１１，１２
……高濃度にドーピングされた領域、１０……リ
ング保護帯域、１３……遮断部、１４……溝、Ｌ
……キヤリヤ拡散長。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 １ 少なくとも４つの、交互に反対の導電型を有
    する帯域を備え、その際２つの内側の帯域２，３
    およびその各々に隣接する外側の帯域１，４とが
    それぞれ共通の１つの表面を形成し、該表面に内
    側の帯域２，３ならびに外側の帯域１，４に接触
    接続された主電極Ａ，Ｃが設けられ、かつ第１の
    主電極Ｃが中央の空所を有し、該空所で第１の内
    側の帯域２が制御電極Ｇに接触接続され、かつ両
    方の内側の帯域２，３の表面に両方の外側の帯域
    １，４を取り囲む高くドーピングされた、それぞ
    れの内側の帯域２，３と同じ導電型の領域７，８
    が設けられ、該領域はそれぞれ表面にある外側の
    帯域１，４から少なくともキヤリヤ拡散長Ｌの２
    倍の距離を有していて、これによりそこに保護帯
    域１５が形成されるようになつている半導体素子
    において、同一表面６にある外側の帯域４と該帯
    域を取り囲む高くドーピングされた領域８との間
    の第２の内側の帯域３の表面に、隣接する内側の
    帯域３とは反対の導電型のリング保護帯域１０を
    設け、該リング保護帯域は対応する主電極Ａと接
    触接続されており、かつ前記リング保護帯域の素
    子の中心の方を向いた境界面は、対向する表面５
    にある外側の帯域１から表面６に下した垂線から
    距離ｄだけ離れており、かつ前記リング保護帯域
    の幅はｒであり、かつｄならびにｒも各々少なく
    ともキヤリヤ拡散長Ｌと等しくかつ半導体素子の
    半導体基体の厚さＢの３倍を超えず、同一表面
    ５，６にある外側の帯域１，４と該帯域を取り囲
    む高くドーピングされた領域７ないしリング保護
    帯域１０との間の第１の内側の帯域２および第２
    の内側の帯域３の表面５，６に、隣接する内側の
    帯域２，３と同じ導電型の第２の高濃度にドーピ
    ングされた領域１１，１２を設け、その際該２つ
    の高濃度にドーピングされた領域１１，１２を、
    それぞれ対向する表面５，６に垂線を下した際に
    該領域１１，１２の向き合つている方の側の境界
    面間の相互距離がキヤリヤ拡散長Ｌより大きく、
    半導体基体の厚さＢの２倍より小さい距離ａを有
    するようにずらして配設したことを特徴とする半
    導体素子。 ２ 外側の帯域１，２を取り囲む高濃度にドーピ
    ングされた両領域７，８がそれぞれ対向する表面
    ５，６に対して垂線を下した際該垂線が丁度一致
    しないようにした特許請求の範囲第１項記載の半
    導体素子。 ３ 外側の帯域１，４と該帯域を取り囲む高濃度
    にドーピングされた領域７，８との間に、リング
    保護帯域１０の領域に入らないように、半導体素
    子の少なくとも一方の側で主電極Ａ，Ｃを形成す
    る金属化部が遮断部１３を有し、および／または
    半導体素子の表面５，６が溝１４を有する特許請
    求の範囲第１項または第２項記載の半導体素子。
JP8400577A 1976-09-03 1977-07-13 Semiconductor element Granted JPS5331980A (en)

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