JPS63186473A - ゲ−トタ−ンオフサイリスタ - Google Patents
ゲ−トタ−ンオフサイリスタInfo
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- JPS63186473A JPS63186473A JP1893487A JP1893487A JPS63186473A JP S63186473 A JPS63186473 A JP S63186473A JP 1893487 A JP1893487 A JP 1893487A JP 1893487 A JP1893487 A JP 1893487A JP S63186473 A JPS63186473 A JP S63186473A
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- emitter
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- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 8
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- 239000000523 sample Substances 0.000 description 2
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- 230000006866 deterioration Effects 0.000 description 1
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-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L29/00—Semiconductor 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
- H01L29/02—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/06—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions
- H01L29/08—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions with semiconductor regions connected to an electrode carrying current to be rectified, amplified or switched and such electrode being part of a semiconductor device which comprises three or more electrodes
- H01L29/083—Anode or cathode regions of thyristors or gated bipolar-mode devices
- H01L29/0834—Anode regions of thyristors or gated bipolar-mode devices, e.g. supplementary regions surrounding anode regions
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L29/00—Semiconductor 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
- H01L29/66—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/68—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor controllable by only the electric current supplied, or only the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched
- H01L29/70—Bipolar devices
- H01L29/74—Thyristor-type devices, e.g. having four-zone regenerative action
- H01L29/7428—Thyristor-type devices, e.g. having four-zone regenerative action having an amplifying gate structure, e.g. cascade (Darlington) configuration
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L29/00—Semiconductor 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
- H01L29/66—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/68—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor controllable by only the electric current supplied, or only the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched
- H01L29/70—Bipolar devices
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- H01L29/744—Gate-turn-off devices
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- 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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
[発明の目的]
(産業上の利用分野)
本発明は、アノード・ショート構造のゲートターンオフ
サイリスクに関する。
サイリスクに関する。
(従来の技術)
ゲートターンオフサイリスク(以下、GTOと呼ぶ)は
、ゲート電極によりターンオンのみならずターンオフを
可能としたサイリスタである。
、ゲート電極によりターンオンのみならずターンオフを
可能としたサイリスタである。
GTOのゲートターンオフに要する時間即ちゲートター
ンオフ時間の長短は、GTOを使用する機器の使用周波
数限界を決定するので、極めて重要な特性である。この
ゲートターンオフ時間は、近年GTOの電力容量の増大
に伴い、GTOに用いるシリコン・ウェーハの直径およ
び厚さの増大のため益々長くなる傾向がある。これはG
TOの高周波使用を難しくするため問題である。
ンオフ時間の長短は、GTOを使用する機器の使用周波
数限界を決定するので、極めて重要な特性である。この
ゲートターンオフ時間は、近年GTOの電力容量の増大
に伴い、GTOに用いるシリコン・ウェーハの直径およ
び厚さの増大のため益々長くなる傾向がある。これはG
TOの高周波使用を難しくするため問題である。
この様な問題を解決するものとして、nベース層を一部
アノード電極に直接接続するいわゆるアノード・ショー
ト構造が提案されている(例えば、特公昭55−101
43号公報)。
アノード電極に直接接続するいわゆるアノード・ショー
ト構造が提案されている(例えば、特公昭55−101
43号公報)。
第5図は、アノード・ショート構造のGTOの−例を示
す断面図である。ここで、11はアノード電極、12は
nエミッタ層(第1エミッタ層)、13はnベース層(
第1ベース層)、14はnベース層(第2ベース層)、
15はnエミッタ層(第2エミッタ層)、16はゲート
電極、17はカソード電極である。18はnベース層1
3の一部を表面に露出させてアノード電極11と接続し
たアノード・ショート部分である。この構造のGTOで
は、ターンオフ時に、アノード・ショーI・部分18で
nベース層13に蓄積されたキャリアをアノード電極1
1に排出することができるため、ターンオフ時間を短く
することができる。
す断面図である。ここで、11はアノード電極、12は
nエミッタ層(第1エミッタ層)、13はnベース層(
第1ベース層)、14はnベース層(第2ベース層)、
15はnエミッタ層(第2エミッタ層)、16はゲート
電極、17はカソード電極である。18はnベース層1
3の一部を表面に露出させてアノード電極11と接続し
たアノード・ショート部分である。この構造のGTOで
は、ターンオフ時に、アノード・ショーI・部分18で
nベース層13に蓄積されたキャリアをアノード電極1
1に排出することができるため、ターンオフ時間を短く
することができる。
一方策6図は、この様なGTOに低比抵抗のnバッファ
層19を付加することにより、高比抵抗のnベース層1
3を薄くし、以て素子のオン電圧の低減を図った構造で
ある(例えば、特開昭55−165675号公報)。
層19を付加することにより、高比抵抗のnベース層1
3を薄くし、以て素子のオン電圧の低減を図った構造で
ある(例えば、特開昭55−165675号公報)。
第7図は、このnバッファ層を付加した従来のGTOの
不純物濃度分布(第6図のA−A’位置)を示す。
不純物濃度分布(第6図のA−A’位置)を示す。
ところがこのような低比抵抗のnバッファ層を設けると
、オン電圧が低下すると共に、ターンオフ特性の改善が
図られるが、逆にゲートトリガ感度は劣化してしまうと
いう問題があった。これは、pエミッタ、nベースおよ
びpベースにより構成されるpnp トランジスタの等
価回路中、第8図に示すようにベース・エミッタ間のシ
ョート抵抗RSが小さくなり過ぎるためである。
、オン電圧が低下すると共に、ターンオフ特性の改善が
図られるが、逆にゲートトリガ感度は劣化してしまうと
いう問題があった。これは、pエミッタ、nベースおよ
びpベースにより構成されるpnp トランジスタの等
価回路中、第8図に示すようにベース・エミッタ間のシ
ョート抵抗RSが小さくなり過ぎるためである。
(発明が解決しようとする問題点)
以上のように従来のnバッファ層を有するアノード・シ
ョート構造のGTOでは、nバッファ層の付加によりゲ
ートトリガ感度が低下する、という問題があった。
ョート構造のGTOでは、nバッファ層の付加によりゲ
ートトリガ感度が低下する、という問題があった。
本発明はこの問題を解決し、nバッファを有するアノー
ド・ショート構造をもち、しかも十分高いトリガ感度を
もっGTOを提供することを目的とする。
ド・ショート構造をもち、しかも十分高いトリガ感度を
もっGTOを提供することを目的とする。
[発明の構成]
(問題点を解決するための手段)
本発明にかかるGTOは、第1導電型の第1エミッタ層
、第2導電型の第1ベース層、第1導電型の第2ベース
層および第2導電型の第2エミッタ層からなるpn p
n h’4造を基本とし、第1エミッタ層にこれと第1
ベース層間を短絡するように設けられた第1エミッタ電
極、第2エミッタ層に第2エミッタ電極、第2ベース層
にゲート電極をそれぞれ有し、かつ第1ベース層の第1
エミッタ層側表面部に第2導電型低比抵抗バッファ層を
有するGTOにおいて、前記低比抵抗バッファ層の層抵
抗ρSN[Ω/口〕を、 400≦pSN≦10000 に設定したことを特徴とする。
、第2導電型の第1ベース層、第1導電型の第2ベース
層および第2導電型の第2エミッタ層からなるpn p
n h’4造を基本とし、第1エミッタ層にこれと第1
ベース層間を短絡するように設けられた第1エミッタ電
極、第2エミッタ層に第2エミッタ電極、第2ベース層
にゲート電極をそれぞれ有し、かつ第1ベース層の第1
エミッタ層側表面部に第2導電型低比抵抗バッファ層を
有するGTOにおいて、前記低比抵抗バッファ層の層抵
抗ρSN[Ω/口〕を、 400≦pSN≦10000 に設定したことを特徴とする。
(作用)
以上のように低比抵抗バッファ層の層抵抗を最適化する
ことにより、ターンオフ時間が短くしかもゲートトリガ
感度の十分に高いGTOを得ることができる。
ことにより、ターンオフ時間が短くしかもゲートトリガ
感度の十分に高いGTOを得ることができる。
(実施例)
以下、本発明の詳細な説明する。
第1図は一実施例のGTOを示す断面図である。ここで
、1はアノード電極(第1エミッタ電極)、2はnエミ
ッタ層(第1エミッタ層)、3は低比抵抗nバッファ層
、4はnベース層(第1ベース層)、5はnベース層(
第2ベース層)、6はnエミッタ層(第2エミッタ層)
、7はゲート電極、8はカソード電極(第2エミッタ電
極)である。以上の基本構造は従来の第6図のものと同
様である。
、1はアノード電極(第1エミッタ電極)、2はnエミ
ッタ層(第1エミッタ層)、3は低比抵抗nバッファ層
、4はnベース層(第1ベース層)、5はnベース層(
第2ベース層)、6はnエミッタ層(第2エミッタ層)
、7はゲート電極、8はカソード電極(第2エミッタ電
極)である。以上の基本構造は従来の第6図のものと同
様である。
第2図は、この実施例のGTOのA−A’での不純物濃
度分布を示す。第7図と比較して明らかなようにこの実
施例では、nバッファ層3の不純物濃度が従来より低く
なっており、その層抵抗ρSNが、400〜10000
[Ω/口]に設定されている。
度分布を示す。第7図と比較して明らかなようにこの実
施例では、nバッファ層3の不純物濃度が従来より低く
なっており、その層抵抗ρSNが、400〜10000
[Ω/口]に設定されている。
なお層抵抗ρSNとは、拡散層の平均比抵抗をρ [Ω
・a]、厚さをW[c11] とした時、ρSN−ρ/
W で表わされる量である。この層抵抗は、GTOのアノー
ド側からnエミッタ層をエツチングして除去し、露出し
たnバッファ層表面に4本のブローブを接触させる4探
針法を用いて容易に求めることができる。また、nバッ
ファ層の不純物濃度分布を深さ方向の位置関数XでN
(x)と表わし、電子の移動度をμ(X)、単位電荷を
qとすれば、ρ5H−1/[q、f μ(x)N (
x、)dx]で表わされる。ここでA、Bはnバッファ
層の厚み方向の範囲を示す。
・a]、厚さをW[c11] とした時、ρSN−ρ/
W で表わされる量である。この層抵抗は、GTOのアノー
ド側からnエミッタ層をエツチングして除去し、露出し
たnバッファ層表面に4本のブローブを接触させる4探
針法を用いて容易に求めることができる。また、nバッ
ファ層の不純物濃度分布を深さ方向の位置関数XでN
(x)と表わし、電子の移動度をμ(X)、単位電荷を
qとすれば、ρ5H−1/[q、f μ(x)N (
x、)dx]で表わされる。ここでA、Bはnバッファ
層の厚み方向の範囲を示す。
上記のような範囲にnバッファ層の層抵抗を設定する根
拠、およびその様な範囲に設定したことによる効果を、
次に実験データに基づいて説明する。なお実験に用いた
GTOは、高抵抗nベース層がp−300Ω・G1厚み
が4001tmで33辺mφのものである。
拠、およびその様な範囲に設定したことによる効果を、
次に実験データに基づいて説明する。なお実験に用いた
GTOは、高抵抗nベース層がp−300Ω・G1厚み
が4001tmで33辺mφのものである。
第3図は、nバッファ層の不純物濃度を変えて層抵抗ρ
SNを変化させた場合のゲートトリガ感度JOT (
GTOをターンオンさせるためにゲート電極7とカソー
ド電極8の間に流す最小電流)を測定した結果である。
SNを変化させた場合のゲートトリガ感度JOT (
GTOをターンオンさせるためにゲート電極7とカソー
ド電極8の間に流す最小電流)を測定した結果である。
このデータから、層抵抗ρSNが400Ω/口以上にお
いてゲートトリガ感度1cy−100mA程度と十分に
小さい値になるが、ρが400Ω/口より小さいとゲー
トトリガ感度は著しく低下t、c”roをターンオンさ
せるためには大きなゲート回路を必要とすることになる
。
いてゲートトリガ感度1cy−100mA程度と十分に
小さい値になるが、ρが400Ω/口より小さいとゲー
トトリガ感度は著しく低下t、c”roをターンオンさ
せるためには大きなゲート回路を必要とすることになる
。
一方nバッファ層は、GTOに順方向電圧が印加された
時の空乏層の拡がりを抑制し耐圧を向上させる働きを有
するが、その不純物濃度が低いとその効果が低減する。
時の空乏層の拡がりを抑制し耐圧を向上させる働きを有
するが、その不純物濃度が低いとその効果が低減する。
第4図は、nバッファ層の層抵抗ρS↑とGTOの順方
向耐圧の関係を測定した結果である。
向耐圧の関係を測定した結果である。
このデータから、ρSTが10000Ω/口以下であれ
ば、耐圧の劣化がないことが分かる。
ば、耐圧の劣化がないことが分かる。
以上のようにこの実施例によれば、nバッファ層の層抵
抗を規定することによりゲートトリガ感度を最適化する
ことができる。
抗を規定することによりゲートトリガ感度を最適化する
ことができる。
なお本発明は上記実施例に限られるものではなく、ター
ンオンを光信号により行う光トリガ式GTOやSIサイ
リスタにも同様に適用することができる。
ンオンを光信号により行う光トリガ式GTOやSIサイ
リスタにも同様に適用することができる。
[発明の効果]
以上述べたように本発明によれば、nバッファ層の層抵
抗を従来より低い範囲で最適値に設定することにより、
ゲートトリガ感度と耐圧の協調をとった高性能のGTO
を得ることができる。
抗を従来より低い範囲で最適値に設定することにより、
ゲートトリガ感度と耐圧の協調をとった高性能のGTO
を得ることができる。
第1図は本発明の一実施例のGTOを示す断面図、第2
図はその不純物濃度分布を示す図、第3図はゲートトリ
ガ感度とnバッファ層の層抵抗の関係を示す図、第4図
は同じく耐圧と層抵抗の関係を示す図、第5図は従来の
GTOを示す断面図、第6図は改良型の従来例のGTO
を示す断面図、第7図はその不純物濃度分布を示す図、
第8図はアノード・ショート構造GTOのpnp )ラ
ンジスタ部の等価回路図である。 1・・・アノード電極(第1エミッタ電極)、2・・・
pエミッタ層(第1エミッタ層)、3・・・低比抵抗n
バッファ層、3・・・nベース層(第1ベース層)、5
・・・nベース層(第2ベース層)、6・・・nエミッ
タ層(第2エミッタ層)、7・・・ゲート電極、8・・
・カソード電極(第2エミッタ電極)。 出願人代理人 弁理士 鈴江武彦 1o2 2 4 8103 104ρSN
(Ω101 第3図 /)SN [”Ω101 第4図 第5図 第6図 第7図 第8図
図はその不純物濃度分布を示す図、第3図はゲートトリ
ガ感度とnバッファ層の層抵抗の関係を示す図、第4図
は同じく耐圧と層抵抗の関係を示す図、第5図は従来の
GTOを示す断面図、第6図は改良型の従来例のGTO
を示す断面図、第7図はその不純物濃度分布を示す図、
第8図はアノード・ショート構造GTOのpnp )ラ
ンジスタ部の等価回路図である。 1・・・アノード電極(第1エミッタ電極)、2・・・
pエミッタ層(第1エミッタ層)、3・・・低比抵抗n
バッファ層、3・・・nベース層(第1ベース層)、5
・・・nベース層(第2ベース層)、6・・・nエミッ
タ層(第2エミッタ層)、7・・・ゲート電極、8・・
・カソード電極(第2エミッタ電極)。 出願人代理人 弁理士 鈴江武彦 1o2 2 4 8103 104ρSN
(Ω101 第3図 /)SN [”Ω101 第4図 第5図 第6図 第7図 第8図
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 第1導電型の第1エミッタ層、第2導電型の第1ベース
層、第1導電型の第2ベース層および第2導電型の第2
エミッタ層からなるpnpn構造を基本とし、第1エミ
ッタ層にこれと第1ベース層間を短絡するように設けら
れた第1エミッタ電極、第2エミッタ層に第2エミッタ
電極、第2ベース層にゲート電極をそれぞれ有し、かつ
第1ベース層の第1エミッタ層側表面部に第2導電型の
低比抵抗バッファ層を有するゲートターンオフサイリス
タにおいて、前記低比抵抗バッファ層の層抵抗ρ_S_
N[Ω/□]が、 400≦ρ_S_N≦10000 に設定されていることを特徴とするゲートターオフサイ
リスタ。
Priority Applications (4)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP1893487A JP2633544B2 (ja) | 1987-01-29 | 1987-01-29 | ゲートターンオフサイリスタ |
DE3750743T DE3750743T2 (de) | 1986-12-01 | 1987-11-30 | Halbleiter-Schaltanordnung mit einer Anodenkurzschlussstruktur. |
EP87117692A EP0270975B1 (en) | 1986-12-01 | 1987-11-30 | Semiconductor switching device with anode shorting structure |
US07/474,238 US5028974A (en) | 1986-12-01 | 1990-02-05 | Semiconductor switching device with anode shortening structure |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP1893487A JP2633544B2 (ja) | 1987-01-29 | 1987-01-29 | ゲートターンオフサイリスタ |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS63186473A true JPS63186473A (ja) | 1988-08-02 |
JP2633544B2 JP2633544B2 (ja) | 1997-07-23 |
Family
ID=11985471
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP1893487A Expired - Fee Related JP2633544B2 (ja) | 1986-12-01 | 1987-01-29 | ゲートターンオフサイリスタ |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2633544B2 (ja) |
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH02162767A (ja) * | 1988-12-15 | 1990-06-22 | Meidensha Corp | スイッチング半導体素子 |
JPH03136372A (ja) * | 1989-10-23 | 1991-06-11 | Fuji Electric Co Ltd | Mosコントロールサイリスタ |
JPH0468573A (ja) * | 1990-07-10 | 1992-03-04 | Toshiba Corp | 半導体装置 |
US5459338A (en) * | 1992-02-20 | 1995-10-17 | Hitachi, Ltd. | Gate turn-off thyristor and power convertor using the same |
EP0662719B1 (en) * | 1993-12-27 | 2001-07-11 | Harris Corporation | An apparatus and method for increasing breakdown voltage ruggedness in semiconductor devices |
-
1987
- 1987-01-29 JP JP1893487A patent/JP2633544B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH02162767A (ja) * | 1988-12-15 | 1990-06-22 | Meidensha Corp | スイッチング半導体素子 |
JPH03136372A (ja) * | 1989-10-23 | 1991-06-11 | Fuji Electric Co Ltd | Mosコントロールサイリスタ |
JPH0468573A (ja) * | 1990-07-10 | 1992-03-04 | Toshiba Corp | 半導体装置 |
US5459338A (en) * | 1992-02-20 | 1995-10-17 | Hitachi, Ltd. | Gate turn-off thyristor and power convertor using the same |
EP0662719B1 (en) * | 1993-12-27 | 2001-07-11 | Harris Corporation | An apparatus and method for increasing breakdown voltage ruggedness in semiconductor devices |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2633544B2 (ja) | 1997-07-23 |
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