JPS6157713B2 - - Google Patents

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JPS6157713B2
JPS6157713B2 JP54100988A JP10098879A JPS6157713B2 JP S6157713 B2 JPS6157713 B2 JP S6157713B2 JP 54100988 A JP54100988 A JP 54100988A JP 10098879 A JP10098879 A JP 10098879A JP S6157713 B2 JPS6157713 B2 JP S6157713B2
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Description

【発明の詳細な説明】 本発明はサイリスタの拡散不純物濃度分布に関
し、その目的とするところは、オン電圧の低減で
ある。
電力用サイリスタに限らず、pn接合をもつ電
力用の半導体素子では、半導体基体の周縁に露出
した接合を保護し、所定の耐圧を得るために、半
導体基体に周縁部の表面積が大きくなるように機
械的に加工し、しかる後に加工によつて生じた破
壊層を化学的にエツチングするいわゆる傾斜付け
が行なわれる。この傾斜付けは、表面に露出した
接合近傍の沿面距離を大きくすることにより、表
面の電界を半導体内部の電界よりも小さくし、耐
圧の低下を防ぐ目的で行なわれる。傾斜付けに
は、pn接合と傾斜付けされた表面とがなす角度
θが、高抵抗側で90゜以上になるものをネガテイ
ブベベル、90゜以下になるものをポジテイブベベ
ルという２種類の方法がある。この角度θと耐圧
の関係を第１図に示す。第１図からわかるよう
に、ポジテイブベベルでは45〜60゜、ネガテイブ
ベベルでは２〜３゜位の角度を用いることによつ
て半導体基体の実効面積の確保とパンチスルーに
よる耐圧の低下を防ぎ、dv／dt耐量を確保して
高い耐圧を得ているがそれでも第２図に示す拡散
不純物濃度をもつサイリスタではネガテイブベベ
ルの方がポジテイブベベルの場合に比べ２〜３割
程度耐圧が低くなるのが通常である。第２図にお
いて、E1は第１エミツタ層、B1は第１ベース
層、B2は第２ベース層、E2は第２エミツタ層、J1
は第２エミツタ層E2と第２ベース層B2とによつ
て形成される接合、J2は第２ベース層B2と第１ベ
ース層B1とによつて形成される接合、J3は第１ベ
ース層B1と第１エミツタ層E1とによつて形成さ
れる接合であり、接合J3近傍の第１ベース層B1の
不純物濃度以下の濃度分布をもつ第２エミツタ層
E2の幅W2は、第１ベース層B1の幅W2以上になつ
ている。例えば、比抵抗35Ω−cmの半導体基体を
開いたサイリスタで、J2接合を2.5゜のネガテイ
ブベベル、J1接合を60゜のポジテイブベベルにし
た場合、J2接合の耐圧は1000V、J1接合の耐圧は
1600Vとなり、J2接合の耐圧はJ1接合に比べ著し
く低くなる。すなわちサイリスタの耐圧は1000V
となるわけである。かかる従来の欠点を除くため
電力用のサイリスタでは、第３図に示すような拡
散不純物濃度をもつ構造を用いる。すなわち、第
１ベース層B1および第２エミツタ層E2を２重拡
散と称する技術によつて小さな不純物濃度の傾き
をもつ領域Ａと大きな不純物濃度の傾きをもつ領
域Ｂとによつて形成させる構造が用いられてい
る。
これはJ2接合が逆バイアスされた時、第１ベー
ス層B1へも空乏層を広げ、電界強度を弱くして
耐圧を高くし、しかも第１ベース層B1でのパン
チスルーを防止し、所定のdv／dt耐量を得るた
めになされるもので、今日広く用いられている。
かかる構造のサイリスタで比抵抗35Ω−cmの半導
体基体を用い、J2接合をネガテイブ、J1接合をポ
ジテイブにベベルした場合、J2接合の耐圧は
1350V、J1接合の耐圧は1600VとなりJ1接合の耐
圧は顕著な上昇はみられないが、耐圧1350Vのサ
イリスタとなる訳で、第２図に示す拡散不純物濃
度分布をもつサイリスタに比べ、耐圧の上昇は顕
著である。
一方、サイリスタのオン電圧は、第２ベース層
B2の幅の増加に伴ない増加することは周知であ
る。
pnpn構造の場合、第２ベース層B2の幅と比抵
抗は、サイリスタの耐圧から決定され、高耐圧の
素子ほど第２ベース層B2の幅は大きく、比抵抗
も大きくなる。このため、高耐圧素子ほどオン電
圧が大きくなる。半導体素子の単位面積当りの電
力消費量は、半導体素子の熱抵抗により限界があ
るので、オン電圧の上昇は、許容通電容量を制限
することになる。以上のことから、容量を上げる
にはオン電圧を下げる必要があることがわかる。
サイリスタの許容通電容量を決定するオン電流
密度は、100A／cm2〜300A／cm2程度である。ｎ型
の第１エミツタ層E1をもつpnpn構造のサイリス
タに、オン電流密度100〜300A／cm2程度の電流を
通電した場合、第１エミツタ層E1から注入され
る電子密度は1017〜1018／cm2になることはよく知
られている。通常、サイリスタのJ2接合部の第１
ベース層B1の濃度は1017〜1018／cm3程度であるの
で、100A／cm2以上通電した場合にpnpn形のサイ
リスタは、実質的にpin構造と同じになる。これ
は、J1接合の第２エミツタ層E2にもいえること
で、1017〜1018／cm3の不純物濃度以下の第１ベー
ス層B1と第２エミツタ層E2は、100A／cm2以上の
通電を行なつた場合には、第２ベース層B2と同
じと考えてよいことになる。これは、先に第３図
に示した拡散不純物濃度分布をもつサイリスタで
J2接合をネガテイブに、J1接合をポジテイブにベ
ベルした場合には、耐圧は上昇するが、オン電圧
も大きくなるという問題を生じる。
本発明はかかる問題点を解決するためになされ
たもので、J2接合をネガテイブに、J1接合をポジ
テイブにベベルしたサイリスタで、J2接合の耐圧
を低下させずにオン電圧を低減することができる
サイリスタを提供するものである。
本発明によるサイリスタの拡散不純物濃度分布
を第４図に示す。第４図を用いて本発明を説明す
る。本発明はネガテイブにベベルされたJ2接合近
傍の第１ベース層B1の拡散不純物濃度分布の傾
斜を小さくするための高抵抗のｐ形の領域Ａと、
J2接合に逆バイアル電圧が印加された場合のパン
チスルーを防止し、所定のdv／dt耐量、IGt等を
得るための拡散不純物濃度分布の傾斜の大きな抵
抵抗のｐ形領域Ｂとによつて第１ベース層B1を
形成し、かつポジテイブにベベルされたJ1接合近
傍の第２エミツタ層E2の拡散不純物濃度分布の
傾斜を大きくしてその高抵抗領域Ａを少なからし
め、拡散不純物濃度が1017〜1018／cm3以下の第２
エミツタ層E2の部分の幅W2を、拡散不純物濃度
が1017〜1018／cm3以下の第１ベース層B1の幅W1よ
りも小さくすることにより構成される。
かかる構造のサイリスタでは、電流密度が
100A／cm3をこえる場合、J1接合近傍の第２エミ
ツタ層E2のうち拡散不純物濃度が1017〜1018／cm3
以下の領域の幅W2が小さくなるので、第２エミ
ツタ層E2でのベース層幅の増大が小さくなり、
実効的なベース層幅の短縮になるから、オン電圧
は従来に比べ低下する。
以下実施例を用いて本発明の効果を説明する。
直径40φ、比抵抗35Ω−cmのSiを用い、ターンオ
フ時間ZOμＳの素子を従来構造で構成し、その
第１エミツタ層E1の幅を20μｍ、第１ベース層
B1の拡散不純物濃度1017〜1018／cm3以下の低抵抗
領域の幅を40μｍ、この低抵抗領領域を除く高抵
抗領域の幅を30μｍ、第２ベース層B2の幅を170
μｍ第２エミツタ層E2の高抵控領域の幅を30μ
ｍ、この高抵抗領域を除く拡散不純物濃度1017〜
1018／cm3以下の低抵抗領域の幅を60μｍとした場
合、1200A通電時のオン電圧は2.2V、J2接合の耐
圧は1350V、J1接合の耐圧は1600Vの特性を得
た。ところが、上記実施例と同じ直径40φ、比抵
抗35Ω−cmのSiを用い、ターンオフ時間20μＳの
素子を本発明の構造で構成し、その第１エミツタ
層E1の幅を20μｍ、第１ベース層B1の拡散不純
物濃度1017〜1018／cm3以下の低抵抗領域の幅を40
μｍこの低抵抗領域を除く高抵抗領域の幅を30μ
ｍ、第２ベース層B2の幅を170μｍとし、第２エ
ミツタ層E2の拡散不純物濃度1018／cm3以下の低抵
抗領域の幅を20μｍ、拡散不純物濃度1018／cm3以
上の低抵抗領域の幅を20μｍとした場合、1200A
通電時のオン電圧は1.6Vにまで低下し、J2接合の
耐圧は1350V、J1接合の耐圧は1600Vと変らなか
つた。
ここで、第１ベース層の幅を高々70μｍ以下
（40μｍ＋30μｍ）としている理由は以下のとお
りである。
一般に、サイリスタは応用上、dv／dt耐量が
高く、ゲートトリガが電流Igtは小さくオン電圧
が低いことが要求され、1200V級の高速サイリス
タでは、dv／dt耐量：400V／μｓ以上、Igt：
300mA以下、オン電圧は出来るだけ低いことが
実用上求められる特性である。
また、dv／dt耐量を上げるには、エミツタ下
のＰベース層の横方向抵抗を低減することによつ
て一般に行われることが考えられ、そのための手
段として、Ｐベース層の表面濃度を上げること、
Ｐベース層の厚みを大きくすること、シヨートエ
ミツタ率を大きくすることなどがある。
ところが、Ｐベース層の表面濃度を上げるこ
と、Ｐベース層の厚みを大きくすることやシヨー
トエミツタ率を大きくするとIgtも大きくなる。
すなわち、dv／dt耐量とIgtの間には、トレード
オフのの関係があるといえる。
また、耐圧を改善する手段として、特開昭53―
76774号公報に開示されたように、Ｐベース層の
表面濃度を低く、しかも厚みを大きくすることが
考えられる。
ところが、かかるようにした場合は、耐圧の改
善は出来るが、Ｐベース層の厚みが大きくなるた
めオン電圧も大きくなる。
本発明はサイリスタのdv／dt耐量、Igtを実用
上必要な値に保ちながらオン電圧と耐圧を改善す
るためになされたものであり、ベース層の不純物
濃度が1017〜1018／cm3であれば、前記トレードオ
フを改善し、dv／dt耐量、Igtとオン電圧を最適
化するには、第１ベース層（Ｐベース層）が必然
的70μｍ以下にされる必要があるわけである。
このように、本発明は、オン電圧の低減に顕著
な効果を示し、しかも他の特性、特に耐圧には顕
著な影響を与えないことがわかる。この発明の主
旨は、大電流通電時に実効的に大きくなるベース
層幅を短縮し、しかも耐圧の低下をもたらさない
ような構造を提供することにある訳であるから、
J2接合をネガテイブに、J1接合をポジテイブにベ
ベルしたサイリスタで、第２エミツタ層のJ1接合
から拡散不純物濃濃度1017〜1018／cm3にいたるま
での幅が、第１ベース層のJ2接合から拡散不純物
濃度1017〜1018／cm3にいたるまでの幅よりも小さ
くなるような拡散不純物濃度分布をもつ構造であ
れば、例えば第４図に点線で示す不純物分布であ
つても本発明の主旨を実現できるのはいうまでも
ない。
【図面の簡単な説明】
第１図はpn接合の露出面の傾斜角度と耐圧の
関係を示す特性図、第２図および第３図は従来の
サイリスタの拡散不純物濃度分布図、第４図は、
本発明によるサイリスタの一実施例を示す拡散不
純物濃度分布図である。 図において、E1は第１エミツタ層、B1は第１
ベース層、B2は第２ベース層、E2は第２エミツ
タ層、J1は第２の接合、J2は第１の接合、J3は第
３の接合である。なお、図中同一符号は同一また
は相当部分を示す。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 １ 半導体基体の一方の主表面と他方の主表面間
    に第１導電型の第１エミツタ層と第２導電型の第
    １ベース層と第１導電型の第２ベース層と第２導
    電型の第２エミツタ層が順次隣接して設けられ、
    前記半導体基体の側面における前記第１ベース層
    と前記第２ベース層とによつて形成される第１の
    接合の露出面がネガテイブに、前記第２エミツタ
    層とによつて形成される第２の接合の露出面がポ
    ジテイブに各々傾斜付けされてなり、前記第１ベ
    ース層と前記第２ベース層とで形成される接合と
    前記第１露出面とのなす角度が、前記第２ベース
    層と前記第２エミツタ層とで形成される接合と前
    記第２露出面とのなす角度よりも小さく形成さ
    れ、かつ、前記第１エミツタ層と前記第１ベース
    層とによつて形成される第３の接合近傍の前記第
    １ベース層の不純物濃度以下の濃度分布をもつ第
    ２エミツタ層部分の厚みが前記第１ベース層の厚
    みよりも小さく、かつ第１ベース層の厚みが、
    高々70μｍ以下であることを特徴とするサイリス
    タ。 ２ 第１の接合近傍の第１の接合近傍の第１ベー
    ス層の不純物濃度分布の傾きが、第２の接合近傍
    の第２エミツタ層の不純物濃度分布の傾きよりも
    小さいことを特徴とする特許請求の範囲第１項記
    載のサイリスタ。 ３ 第１ベース層を少なくとも２種類の拡散不純
    物で形成し、第１エミツタ層を１種類の拡散不純
    物で形成したことを特徴とする特許請求範囲第１
    項または、第２項記載のサイリスタ。
JP10098879A 1979-08-07 1979-08-07 Thyristor Granted JPS5624972A (en)

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DE3029836A DE3029836C2 (de) 1979-08-07 1980-08-06 Thyristor
CA000357686A CA1146284A (en) 1979-08-07 1980-08-06 Thyristor
US06/707,549 US4586070A (en) 1979-08-07 1985-03-05 Thyristor with abrupt anode emitter junction

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