JPS6226194B2 - - Google Patents

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JPS6226194B2
JPS6226194B2 JP53010212A JP1021278A JPS6226194B2 JP S6226194 B2 JPS6226194 B2 JP S6226194B2 JP 53010212 A JP53010212 A JP 53010212A JP 1021278 A JP1021278 A JP 1021278A JP S6226194 B2 JPS6226194 B2 JP S6226194B2
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JP
Japan
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junction
semiconductor layer
light
thyristor
pellet
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Application number
JP53010212A
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Japanese (ja)
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JPS54102993A (en
Inventor
Masahiro Yamane
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Mitsubishi Electric Corp
Original Assignee
Mitsubishi Electric Corp
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Publication date
Application filed by Mitsubishi Electric Corp filed Critical Mitsubishi Electric Corp
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Publication of JPS54102993A publication Critical patent/JPS54102993A/en
Publication of JPS6226194B2 publication Critical patent/JPS6226194B2/ja
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Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、光を受けるターンオンする構成の光
サイリスタに関するものである。 この種、従来の光サイリスタには例えば第1図
に示すようなものがある。第1図は従来のプレー
ナ形光サイリスタのペレツト100の平面透視図
であり、第2図は第1図A面におけるペレツト1
00の断面図である。かかるペレツトはn形シリ
コン半導体基板nBにp形不純物を選択拡散して
p形半導体層pBとpEとを形成し、さらにp形半
導体層pB内にn形不純物を選択拡散してn形半
導体層nEを形成し、さらに上記n形半導体層nE
表面に陰極電極1を、p形半導体層pBの表面に
ゲート電極2を、さらにp形半導体層pEに陽極
電極3を、それぞれ設けることにより得られる。
そして上記半導体層pEはサイリスタのpnpトラ
ンジスタ部分のエミツタとして動作し、nB
pnpトランジスタ部分のベースおよびnpnトラン
ジスタ部分のコレクタとして動作し、pBはnpn
トランジスタ部分のベースおよびpnpトランジス
タ部分のコレクタとして動作し、nEはnpnトラ
ンジスタ部分のエミツタとして動作し、したがつ
てpn接合J1,J2およびJ3はそれぞれnpnトランジ
スタ部分のエミツタ接合、npn,pnp両トランジ
スタのコレクタ接合およびpnpトランジスタ部分
のエミツタ接合として動作する。また同図中4は
pn接合J1,J2,J3の露出面を保護するためのシリ
コン酸化膜等の絶縁膜である。そしてこの例にお
いては、上記pn接合J1,J2,J3全てが半導体基板
の1つの平担な主表面に露出し、該表面において
露出面を保護しており、このような構造の光サイ
リスタはプレーナ形光サイリスタと呼ばれる。そ
して上記各層nB,pE,pB,nEの厚さはそれぞ
れ50〜70μm、30〜50μm、20〜25μm、10〜25
μm程度として、光サイリスタの陽極電極3、陰
極電極1間に電圧を印加したとき電気信号(ゲー
トトリガ)で制御される一般のサイリスタと同様
の原理でスイツチング動作するように設計され
る。しかしながら光サイリスタにおいては表面に
露出したpn接合J1およびその近傍に当つた光の
エネルギーによつて電子と正孔を発生させ、発生
した電子と正孔があたかもゲート電極2と陰極電
極1の間に電気的手段によつて注入された少数キ
ヤリア(minority carrier)の如く働くのを利用
して陽極、陰極間をターン・オンさせるものであ
り、その発生電子、正孔の量は小さく、しかも一
般のサイリスタのようにゲート電極2と陰極電極
1の間に任意に必要な大きさのゲート電流を流し
て半導体層pBおよびnEに多量の少数キヤリアを
発生させターン・オンさせるというようなことが
できないので光エネルギーによる微細な少数キヤ
リアでも容易にターン・オンし易い構造にしてお
かなければならない。そのために光サイリスタに
いては、pn接合面J1の近傍の半導体層pB側のp
形不純物濃度に比し、pn接合面J1の近傍の半導
体層nE側のn形不純物濃度を非常に大きくして
pn接合面J1における少数キヤリアの注入効率γ
を大きくし、かつ半導体層nEから半導体層pB
注入された前記少数キヤリアが容易にpn接合面
J2に到達するように、すなわち、少数キヤリアの
輸送効率βが大きくなるように半導体層pBの巾
tを出来るだけ薄くするように工夫してある。一
方トランジスタの電流増巾率αは約γとβの積に
等しく、すなわち(α≒γ・β)であるから上記
の工夫により、光サイリスタにおける半導体層n
E,pB,nBによつて形成されるnpnトランジス
タ部分のαは大きくなり、したがつて光サイリス
タは一般のサイリスタよりもターン・オンしやす
くなつている。このように注入効率γと輸送効率
βを大きくすることによつて上記電流増巾率αを
大きくすると、なぜサイリスタがターン・オンし
やすいかについては、例えば“Semiconductor
Controlled Rectifiers”Prentice―Hall Inc.1964
年出版やその他の多くの文献に記載され周知であ
るので、ここでの説明は割愛する。 さて、光サイリスタにおいては、上述したよう
にターン・オンしやすいようにpnpn4層構造に工
夫をこらしているが、それにもかかわらず光感度
(すなわち光サイリスタがターン・オンするのに
最小限必要な光量を云う)が悪いという欠点があ
る。この欠点を第3図に示す従来の光サイリスタ
の断面図を用いて説明する。 光サイリスタのペレツト100の陽極電極3と
陰極電極1の間に陽極電極3が正電圧に、陰極電
極1が負電圧になるように外部から電圧を印加し
ておき、光5をpn接合J1が露出しているペレツ
ト面、すなわち、陰極電極1の存在するペレツト
面へ照射する。するとごく薄い酸化膜4を通過し
た光によつて、酸化膜4のすぐ下のpn接合J1
光のエネルギーにより電子と正孔が発生する。発
生した電子は負の電荷を持つているから、半導
体層pBに入り、外部印加電圧に引かれて半導体
層pBを通過し、外部印加電圧の大部分が印加さ
れているpn接合J2へ向う。一方、正孔は正の
電荷を持つているから外部印加電圧に引かれて半
導体層nE層の中を通過して陰極電極1へと向
う。 すなわち、光によりpn接合J1で発生した電子
と正孔は、ゲート電極2と陰極電極1の間
に、ゲート電流を流して、電気的に半導体層pB
に注入された電子と半導体層nEに注入された正
孔と同じように働き、そしてサイリスタをター
ン・オンさせるのであるが、ここで問題なのは従
来の光サイリスタにおいてはpn接合J1がペレツ
トの表面の酸化膜4下に露出している部分が少な
いために光を受けて発生する電子と正孔の量が少
ないということである。すなわち、電子と正孔の
発生量が少ないということは光サイリスタのゲー
ト電流が少ないということと等価であるから、サ
イリスタがターン・オンしにくいということを意
味する。 そのため従来の光サイリスタにおいては、pn
接合J1の注入効率γおよび電子、正孔の輸送効率
βを大きく設計しても、光エネルギーを受けて、
有効に電子と正孔を発生させるpn接合J1のペレ
ツト表面での露出部があまりにも少ないために、
ターン・オンしにくいという欠点を生じていたの
である。換言すれば従来の光サイリスタは大量の
光量を受けなければターン・オンせず、光感度が
悪いという問題点があつたのである。 本発明は光エネルギーによつて電子、正孔を発
生させるpn接合部の構造を工夫することによつ
て、上述したような従来の問題点を解消し、光感
度の良い光サイリスタを提供せんとするものであ
る。 以下本発明をその一実施例であるプレーナ形光
サイリスタを例にとつて説明する。 第4図はプレーナ形光サイリスタペレツト20
0の透視平面図であり、第5図はそのB面におけ
る断面図である。かかる本発明の光サイリスタは
npnトランジスタ部分のエミツタとして動作する
半導体層nEおよびnpnトランジスタ部分のエミ
ツタ接合として動作するpn接合J1および陰極電
極1aの構成において、第1図および第2図に示
された従来の光サイリスタにおけるそれら、すな
わち半導体層nE、pn接合J1および陰極電極1と
異なるが、その他の構成については本質的な差異
はない。 すなわち、npnトランジスタ部分のエミツタ接
合として動作するpn接合J1に深い部分J1Dと浅い
部分J1Sを設けており、それにともなつてnpnト
ランジスタ部分のエミツタとして動作する半導体
層nEが、従来の光サイリスタのそれとほぼ同じ
程度に厚い部分nEDとそれに比し、非常に薄い部
分nESとから形成される。 さらに本発明においては、上記薄い半導体層n
ES上には陰極電極1が存在せず、厚い半導体層n
EDの表面にのみ陰極電極1aが存在するように構
成される。そしてまたこの陰極電極1aの巾C
は、上記半導体層nEDの巾Dよりも若干小さく
し、かつ厚い半導体層nEDとともに細長く形成
し、その外周に薄い半導体層nESが配置されるよ
うにするとよい。 また陰極電極1aは厚い半導体層nEDとともに
1ないし数列形成し、それを1つにつなぎ該部に
外部導線をボンデイングしやすいような比較的広
面積のボンデイングエリア1bを設けておき、そ
れらをもつて全体としての陰極電極1とするとよ
い。 さらにまた上記非常に薄い半導体層nESの表面
部分およびpn接合J1のペレツト表面に露出する
部分に酸化膜等が存在しないようにするとよい。 また半導体表面に光が当つたとき、その光は
5000Å程度までは達し、それより内部へは達しに
くいので、薄い半導体層nESの厚さ、すなわち半
導体受光表面からpn接合J1Sまでの深さは500〜
5000Åが適当であり、またnEDの厚さは従来と同
様に10〜25μm位が適当である。 さらにまた薄い半導体層nESの巾Eと厚い半導
体層nEDの巾Dとの比、すなわち、(E/D)は
1/3〜1を満たす範囲内で決定するとよい。なぜ
ならば(E/D>1)となると陰極面積が小さく
なり、大電流があつかえなくなるおそれがあり、
また(E/D<1/3)となると、薄い半導体層が
少なく従来のものに対する効果が少なくなるから
である。以下このようにして得られた半導体装置
の陽極電極3が正電圧に、また陰極電極1が負電
圧になるよう負荷抵抗RLを介して電源電圧Vを
印加し、光サイリスタとして動作させる場合につ
いて説明する。 まず非常に薄い半導体層nESの上面(受光面)
に光が当ると、光5は半導体層nESの露出表面に
当り、減衰しながらサイリスタ・ペレツト200
の中へ入つて行く、このとき半導体層nEの非常
に薄い層nESの厚さは500〜5000Å程度にしてお
けば、光5は薄い層nESを通過して充分pn接合
1Sに達し、ここで電子と正孔対を多数発生させ
る。このようにして発生した電子は半導体層p
Bへ入り、そこを通過してpn接合J2へと向う。一
方、正孔は陰極電極1aに負電圧が印加されて
いるので半導体層nESを横方向に移動して厚い半
導体層nEDの一部を通つて陰極電極1aに達す
る。 また光5が薄い半導体層nESを通過してpn接
合J1S面に対しほぼ垂直に当るため、光5を受け
るpn接合の面積が、第3図で示す従来の光サイ
リスタの場合{pn接合J1の面が光5と平行であ
るため、pn接合J1がペレツト100の表面に露
出しているごくわずかな面積の部分のみにしか光
5が当らない}よりも著しく大きいのでpn接合
1S部で発生する電子と正孔対の数は、従来のそ
れに比して著しく多くなり、したがつてサイリス
タはターン・オンし易くなるのである。このよう
にして、pn接合J1S部分で発生した電子およ
び正孔に基ずくターン・オン電流は第6図に矢
印6の方向に流れるが、半導体層nESが500〜
5000Å程度と薄いため多くの電子、正孔が発生
し、それに基ずき多くのターン・オン電流が流れ
ようとするが、一方半導体層nESが500〜5000Å
程度と薄いということは横方向すなわち電流が流
れる方向の抵抗が大きいということであり、その
結果該抵抗によつて大きな電位差が生じ、この電
位差によつてpn接合J1Dでの電子と正孔の各々
の注入をひきおこさせる。したがつて前記矢印6
の方向に電流が流れるようにターン・オンしたの
にひき続き矢印9の方向に電流が流れるようにタ
ーン・オンするようになる。しかもこのようなタ
ーン・オンする位置の移行は、光サイリスタの構
造的、製法的特徴によつて、さらに顕著に現われ
る。 すなわち、光サイリスタの標準的な製法によれ
ば、半導体層pBはn形基板nBにp形不純物を拡
散することによつて得られ、さらに各n形半導体
層nED,nESも拡散によつて形成される。このよ
うな拡散技術によつて得られるpn接合の注入効
率γは厚いn形拡散部分nEDのそれγ1Dが薄いn
形拡散部分nESのそれγ1Sより大きく、また輸送
効率βも前記pn接合J1D,J2間のそれβ1Dが前記
pn接合J1S,J2間のそれβ1Sよりも大きくなり、
したがつて電流通路9に沿つて形成されるnpnト
ランジスタ部分の電流増巾率(αnpnD)が電流
通路6に沿つて形成されるnpnトランジスタ部分
の電流増巾率(αnpnS)より大きくなり、ター
ン・オンしやすいからである。 以上説明して明らかなように本発明にかかる光
サイリスタよれば、まず第6図に示された電流通
路6にそつてターン・オンが生じ、しかる後電流
通路9に沿つてターン・オンが生じ、定常的に主
として流れるオン電流は同図中斜線10で示す部
分となり、普通のサイリスタと同じく、陽極電極
3から陰極電極1へ向つてほぼ直線的に流れ、サ
イリスタ中では特に大きな電圧降下を起すことは
ない。したがつて本発明にかかる光サイリスタは
充分大きなオン電流を流すことができ、少ない光
量で動作し、しかも大きな電流を直接スイツチン
グ制御することができる。 さらに光感度を良くするためには、光5を受け
るpn接合J1Sの面積をできるだけ広く、かつタ
ーン・オンした後のオン電流をできるだけ多く流
すために、第4図、第5図に示すように陰極電極
1を細長い形状のものとし、細長い形状電極の間
には、浅い半導体層nESを充分設けるようにすれ
ばよい。 上記の説明からもわかる通り、陰極電極1aの
巾Cが半導体層nEの深い所nEDの巾Dよりも小
さくし、かつその巾Dの範囲内に存在するように
配置することもまた光感度を向上させる上で重要
である。なぜならば陰極電極1aが、浅い層nES
の上にはみ出れば、半導体層nESの所のpn接合
1Sの光を受ける面積が少なくなり、かつ点7と
点8の間の電位差が小さくなり、pn接合J1D
のサイリスタのターン・オンが生じにくくなると
いう欠点が発生するからである。また光サイリス
タでは、特異な場合を除いてゲート電極から、ゲ
ート電流を流すという使用形態はほとんどないの
で、第1図〜第6図に示したようなゲート電極2
は必ずしも必要ではない。 さらにまた、上記実施例ではプレーナ形光サイ
リスタについて説明したが、第7図に示すよう
に、メサ形光サイリスタ(第7図の場合ゲート電
極がない)にも適用することができる。 さらにまた、上記実施例では、pnpn4層構造に
ついて、特にnpnトランジスタ部分のエミツタ・
ベースとして動作する半導体層についての改良に
ついて説明したが、n形とp形とを置換した4層
構造のサイリスタについても適用することができ
るのはいうまでもない。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to an optical thyristor having a turn-on configuration upon receiving light. This type of conventional optical thyristor includes one shown in FIG. 1, for example. FIG. 1 is a plan perspective view of a pellet 100 of a conventional planar optical thyristor, and FIG. 2 is a perspective view of the pellet 100 in plane A of FIG.
00 is a cross-sectional view. Such pellets selectively diffuse p-type impurities into an n-type silicon semiconductor substrate nB to form p-type semiconductor layers pB and pE , and further selectively diffuse n-type impurities into the p-type semiconductor layer pB . An n-type semiconductor layer n E is formed, and the n-type semiconductor layer n E
This can be obtained by providing a cathode electrode 1 on the surface, a gate electrode 2 on the surface of the p-type semiconductor layer pB , and an anode electrode 3 on the p-type semiconductor layer pE .
The semiconductor layer p E operates as an emitter of the pnp transistor part of the thyristor, and n B is
It acts as the base of the pnp transistor part and the collector of the npn transistor part, and p B is npn
acts as the base of the transistor part and the collector of the pnp transistor part, nE acts as the emitter of the npn transistor part, and thus pn junctions J 1 , J 2 and J 3 respectively act as the emitter junction of the npn transistor part, npn, It operates as the collector junction of both PNP transistors and the emitter junction of the PNP transistor part. Also, 4 in the same figure is
This is an insulating film such as a silicon oxide film to protect the exposed surfaces of pn junctions J 1 , J 2 , and J 3 . In this example, all of the pn junctions J 1 , J 2 , and J 3 are exposed on one flat main surface of the semiconductor substrate, and the exposed surfaces are protected on this surface. The thyristor is called a planar optical thyristor. The thickness of each layer n B , p E , p B , n E is 50 to 70 μm, 30 to 50 μm, 20 to 25 μm, and 10 to 25 μm, respectively.
The optical thyristor is designed to perform a switching operation on the same principle as a general thyristor which is controlled by an electric signal (gate trigger) when a voltage is applied between the anode electrode 3 and the cathode electrode 1 of the optical thyristor. However, in the optical thyristor, electrons and holes are generated by the energy of the light that hits the pn junction J 1 exposed on the surface and its vicinity, and the generated electrons and holes are connected between the gate electrode 2 and the cathode electrode 1. It turns on the gap between the anode and cathode by using a minority carrier that is injected into the body by electrical means, and the amount of electrons and holes generated is small and generally Like a thyristor, a gate current of any required magnitude is passed between the gate electrode 2 and the cathode electrode 1 to generate a large amount of minority carriers in the semiconductor layers p B and n E and turn them on. Therefore, the structure must be such that it can be easily turned on even by minute minority carriers caused by light energy. Therefore, in the optical thyristor, the p
Compared to the type impurity concentration, the n-type impurity concentration on the semiconductor layer nE side near the p-n junction plane J1 is made extremely large.
Injection efficiency γ of minority carriers at p-n junction surface J 1
is increased, and the minority carriers injected from the semiconductor layer n E to the semiconductor layer p B easily reach the p-n junction surface.
Efforts have been made to make the width t of the semiconductor layer p B as thin as possible so as to reach J2 , that is, to increase the transport efficiency β of minority carriers. On the other hand, since the current amplification rate α of the transistor is approximately equal to the product of γ and β, that is, (α≒γ・β), the semiconductor layer n in the optical thyristor can be
α of the npn transistor portion formed by E , pB , and nB becomes large, so that the optical thyristor is easier to turn on than a general thyristor. For an explanation of why the thyristor turns on more easily when the current amplification factor α is increased by increasing the injection efficiency γ and the transport efficiency β, see, for example, “Semiconductor
Controlled Rectifiers”Prentice―Hall Inc.1964
Since it is well known and has been published in 2015 and in many other documents, we will omit its explanation here. Now, in optical thyristors, as mentioned above, the PNPN four-layer structure has been devised to make it easier to turn on. The disadvantage is that the amount of light is poor. This drawback will be explained using a cross-sectional view of a conventional optical thyristor shown in FIG. An external voltage is applied between the anode electrode 3 and the cathode electrode 1 of the pellet 100 of the photothyristor so that the anode electrode 3 has a positive voltage and the cathode electrode 1 has a negative voltage, and the light 5 is connected to the p-n junction J 1 It irradiates the exposed pellet surface, that is, the pellet surface where the cathode electrode 1 is present. Then, as the light passes through the very thin oxide film 4, electrons and holes are generated by the energy of the light at the pn junction J1 just below the oxide film 4. Since the generated electrons have a negative charge, they enter the semiconductor layer pB , are attracted by the externally applied voltage, pass through the semiconductor layer pB , and pass through the pn junction J2 , where most of the externally applied voltage is applied. Head to On the other hand, since the holes have a positive charge, they are attracted by the externally applied voltage and pass through the semiconductor layer n E layer toward the cathode electrode 1 . That is, electrons and holes generated in the p-n junction J1 by light cause a gate current to flow between the gate electrode 2 and the cathode electrode 1, and electrically conduct the semiconductor layer pB.
The electrons injected into the semiconductor layer n and the holes injected into the semiconductor layer act in the same way, turning on the thyristor. However, the problem here is that in conventional optical thyristors, the pn junction J1 is connected to the pellet. This means that the amount of electrons and holes generated in response to light is small because there is little exposed under the oxide film 4 on the surface. That is, a small amount of electrons and holes generated is equivalent to a small gate current of the optical thyristor, which means that the thyristor is difficult to turn on. Therefore, in conventional optical thyristors, pn
Even if the injection efficiency γ and the transport efficiency β of electrons and holes of junction J 1 are designed to be large, when receiving light energy,
Because the exposed part of the p-n junction J1 , which effectively generates electrons and holes, on the pellet surface is too small,
The drawback was that it was difficult to turn on. In other words, conventional optical thyristors do not turn on unless they receive a large amount of light, resulting in a problem of poor light sensitivity. The present invention aims to solve the above-mentioned conventional problems and provide an optical thyristor with good photosensitivity by devising the structure of the pn junction that generates electrons and holes using light energy. It is something to do. The present invention will be described below by taking a planar optical thyristor as an example thereof. Figure 4 shows a planar optical thyristor pellet 20.
FIG. 5 is a perspective plan view of FIG. Such an optical thyristor of the present invention is
In the configuration of the semiconductor layer nE acting as the emitter of the npn transistor part, the pn junction J1 acting as the emitter junction of the npn transistor part, and the cathode electrode 1a, in the conventional optical thyristor shown in FIGS. Although they are different, that is, the semiconductor layer n E , the pn junction J 1 and the cathode electrode 1, there is no essential difference in the other configurations. That is, the pn junction J1 , which operates as the emitter junction of the npn transistor part, has a deep part J1D and a shallow part J1S , and accordingly, the semiconductor layer nE , which operates as the emitter junction of the npn transistor part, is different from the conventional one. It is formed from a portion n ED that is approximately as thick as that of the optical thyristor and a portion n ES that is much thinner than that. Furthermore, in the present invention, the thin semiconductor layer n
There is no cathode electrode 1 on the ES , and a thick semiconductor layer n
The cathode electrode 1a is configured to exist only on the surface of the ED . And also the width C of this cathode electrode 1a
is preferably made slightly smaller than the width D of the semiconductor layer n ED and formed elongated together with the thick semiconductor layer n ED , with the thin semiconductor layer n ES disposed around its outer periphery. In addition, the cathode electrode 1a is formed in one or several rows together with the thick semiconductor layer nED , and a bonding area 1b with a relatively wide area is provided so that it is easy to connect the cathode electrode 1a and bond an external conductor wire thereto. It is preferable to form the cathode electrode 1 as a whole. Furthermore, it is preferable that no oxide film or the like be present on the surface portion of the very thin semiconductor layer nES and the portion exposed to the pellet surface of the pn junction J1 . Also, when light hits the semiconductor surface, the light
It reaches up to about 5000 Å and is difficult to reach inside than that, so the thickness of the thin semiconductor layer nES , that is, the depth from the semiconductor light-receiving surface to the pn junction J1S , is 500 to 500 Å.
A suitable thickness is 5000 Å, and the suitable thickness of the n ED is about 10 to 25 μm as in the conventional case. Furthermore, the ratio of the width E of the thin semiconductor layer n ES to the width D of the thick semiconductor layer n ED , that is, (E/D) is
It is best to decide within a range that satisfies 1/3 to 1. This is because (E/D>1), the cathode area becomes smaller and there is a risk that it will not be able to handle a large current.
Moreover, when (E/D<1/3), the thin semiconductor layer is small and the effect over the conventional one is reduced. In the following, a case will be described in which a power supply voltage V is applied through the load resistor R L so that the anode electrode 3 of the semiconductor device obtained in this way becomes a positive voltage and the cathode electrode 1 becomes a negative voltage, and the semiconductor device is operated as a photothyristor. explain. First, a very thin semiconductor layer n ES top surface (light-receiving surface)
When exposed to light, the light 5 hits the exposed surface of the semiconductor layer nES and is attenuated into the thyristor pellet 200.
At this time, if the thickness of the very thin layer n ES of the semiconductor layer n E is set to about 500 to 5000 Å, the light 5 will pass through the thin layer n ES and sufficiently enter the p-n junction J 1S. This is where many electron and hole pairs are generated. The electrons generated in this way are transferred to the semiconductor layer p.
Enter B , pass through it and head to p-n junction J 2 . On the other hand, since a negative voltage is applied to the cathode electrode 1a, the holes move laterally through the semiconductor layer nES and reach the cathode electrode 1a through a part of the thick semiconductor layer nED . In addition, since the light 5 passes through the thin semiconductor layer nES and hits the pn junction J1S surface almost perpendicularly, the area of the pn junction that receives the light 5 is Since the plane of J 1 is parallel to the light 5 , the p-n junction J The number of electron-hole pairs generated in the 1S section is significantly larger than in the conventional case, and the thyristor is therefore easier to turn on. In this way, the turn-on current based on the electrons and holes generated in the p-n junction J1S flows in the direction of arrow 6 in FIG .
Since the semiconductor layer is thin (approximately 5000 Å), many electrons and holes are generated, and based on this, a large turn-on current tends to flow.
The fact that it is small and thin means that the resistance in the lateral direction, that is, the direction in which the current flows, is large, and as a result, a large potential difference is created by this resistance, and this potential difference causes the electrons and holes at the pn junction J1D to Allow each injection to occur. Therefore, the arrow 6
After being turned on so that the current flows in the direction of arrow 9, it is subsequently turned on so that the current flows in the direction of arrow 9. Moreover, such a shift in the turn-on position becomes more pronounced depending on the structural and manufacturing characteristics of the optical thyristor. That is, according to the standard manufacturing method of optical thyristors, the semiconductor layer p B is obtained by diffusing p-type impurities into the n-type substrate n B , and each n-type semiconductor layer n ED , n ES is also diffused. formed by. The injection efficiency γ of the p-n junction obtained by such a diffusion technique is that of the thick n-type diffusion part n ED γ 1D is that of the thin n-type diffusion part n
The shape diffusion part n ES is larger than that of γ 1S , and the transport efficiency β between the pn junctions J 1D and J 2 is larger than that of β 1D as described above.
It is larger than β 1S between p-n junction J 1S and J 2 ,
Therefore, the current amplification factor (αnpn D ) of the npn transistor portion formed along the current path 9 becomes larger than the current amplification factor (αnpn S ) of the npn transistor portion formed along the current path 6, This is because it is easy to turn on. As is clear from the above explanation, according to the optical thyristor according to the present invention, turn-on occurs first along current path 6 shown in FIG. 6, and then turn-on occurs along current path 9. The on-current that mainly flows steadily is in the area indicated by the diagonal line 10 in the same figure, and as in a normal thyristor, it flows almost linearly from the anode electrode 3 to the cathode electrode 1, causing a particularly large voltage drop in the thyristor. Never. Therefore, the optical thyristor according to the present invention can flow a sufficiently large on-current, operate with a small amount of light, and can directly control switching of a large current. In order to further improve the photosensitivity, the area of the pn junction J1S that receives the light 5 should be made as large as possible, and in order to flow as much on-current as possible after turning on, as shown in Figs. 4 and 5. In this case, the cathode electrode 1 is formed into an elongated shape, and a sufficient shallow semiconductor layer n ES is provided between the elongated electrodes. As can be seen from the above explanation, it is also possible to make the width C of the cathode electrode 1a smaller than the width D of the deep part nED of the semiconductor layer nE , and to arrange it so that it exists within the range of the width D. This is important in improving sensitivity. This is because the cathode electrode 1a is a shallow layer n ES
If it protrudes above the semiconductor layer n ES , the area of the pn junction J 1S at the semiconductor layer n ES that receives light becomes smaller, and the potential difference between points 7 and 8 becomes smaller, and the turn of the thyristor at the pn junction J 1D becomes smaller. - This is because there is a drawback that it becomes difficult to turn on. In addition, in optical thyristors, there are almost no usages in which a gate current is passed from the gate electrode except in special cases, so the gate electrode 2 as shown in Figures 1 to 6 is used.
is not necessarily necessary. Furthermore, in the above embodiment, a planar type optical thyristor has been described, but as shown in FIG. 7, the present invention can also be applied to a mesa type optical thyristor (in the case of FIG. 7, there is no gate electrode). Furthermore, in the above embodiment, regarding the pnpn four-layer structure, especially the emitter of the npn transistor portion
Although the improvement of the semiconductor layer that operates as a base has been described, it goes without saying that the present invention can also be applied to a thyristor having a four-layer structure in which n-type and p-type are replaced.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は従来の光サイリスタのペレツトの平面
透視図、第2図は従来の光サイリスタのペレツト
の断面図、第3図は従来の光サイリスタの動作を
説明するためのペレツトの断面図、第4図は本発
明の一実施例である光サイリスタの透視平面図、
第5図は本発明の一実施例である光サイリスタの
断面図、第6図は本発明の一実施例である光サイ
リスタの動作を説明するための要部断面図、第7
図は本発明の他の一実施例であるメサ形光サイリ
スタの断面図である。 1,1a,1b…陰極電極、2…ゲート電極、
3…陽極電極、4…酸化膜、5…光、6…電流の
流れる方向、7…pn接合J1S上の一点、8…陰
極電極1a上の一点、9…電流の流れる方向、1
0…電流の流れる方向、100…従来の光サイリ
スタのペレツト、200…本発明の光サイリスタ
のペレツト、J1,J1D,J1S…pn接合、J2…pn接
合、J3…pn接合、nB,nE,nED,nES…n形
半導体層、pB,pE…p形半導体層。
FIG. 1 is a plan perspective view of a pellet of a conventional optical thyristor, FIG. 2 is a sectional view of a pellet of a conventional optical thyristor, FIG. 3 is a sectional view of a pellet for explaining the operation of a conventional optical thyristor, and FIG. Figure 4 is a perspective plan view of an optical thyristor that is an embodiment of the present invention;
5 is a sectional view of an optical thyristor which is an embodiment of the present invention, FIG. 6 is a sectional view of essential parts for explaining the operation of the optical thyristor which is an embodiment of the present invention, and FIG.
The figure is a sectional view of a mesa-shaped optical thyristor which is another embodiment of the present invention. 1, 1a, 1b... cathode electrode, 2... gate electrode,
3... Anode electrode, 4... Oxide film, 5... Light, 6... Direction of current flow, 7... One point on pn junction J 1S , 8... One point on cathode electrode 1a, 9... Direction of current flow, 1
0...Direction of current flow, 100 ...Pellet of conventional photothyristor, 200 ...Pellet of photothyristor of the present invention, J1 , J1D , J1S ...pn junction, J2 ...pn junction, J3 ...pn junction, nB , nE , nED , nES ...n-type semiconductor layer, pB , pE ...p-type semiconductor layer.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 1 光が照射されると電子、正孔を発生させて2
つの金属主電極間をターンオンさせるpn接合を
有した光サイリスタにおいて上記pn接合面の一
部をペレツトの受光表面とほぼ平行で、かつ、上
記表面より5000Å以下の浅い所に存在させ、さら
に前記pn接合の他の一部を、前記ペレツトの受
光表面とほぼ平行で、かつ上記表面より5000Å以
上の十分深い所に存在させ、かつ前記表面より
5000Å以下の浅い所に存在するpn接合面の真上
の上記表面上に上記金属主電極を存在させること
なく、前記表面より十分深い所に存在するpn接
合面の真上の部分における上記表面上全てに上記
金属主電極を細長く形成し、かつその金属主電極
外周のペレツトの受光表面下に上記浅いpn接合
面を存在させて成ることを特徴とする光サイリス
タ。
1 When irradiated with light, electrons and holes are generated and 2
In an optical thyristor having a pn junction that turns on between two metal main electrodes, a part of the pn junction surface is approximately parallel to the light-receiving surface of the pellet and is shallower than the surface by 5000 Å or less, and the pn The other part of the bond is substantially parallel to the light-receiving surface of the pellet, and is sufficiently deep by 5000 Å or more from the surface, and is deeper than the surface.
Without the presence of the metal main electrode on the surface directly above the p-n junction surface existing at a shallow depth of 5000 Å or less, on the surface directly above the p-n junction surface existing at a sufficiently deep location than the surface. An optical thyristor characterized in that the metal main electrode is formed in an elongated manner, and the shallow p-n junction surface is present below the light-receiving surface of the pellet around the outer periphery of the metal main electrode.
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