JPS634678A - 静電誘導形サイリスタ - Google Patents

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】 〔技術分野〕 この発明は静電誘導形サイリスタに関する。

〔背景技術〕

静電誘導形サイリスタは、ＰＩＮダイオードに制御用の
ゲートを設けた構造を有しており、表面ゲート形と称さ
れるサイリスタでは、ＰＩＮダイオードとして、Ｐ″Ｎ
−Ｎ”　、または、Ｐ″Ｎ　Ｎ　−Ｎ０構造のダイオー
ドが用いられ、ダイオードのカソードとなるＮ″領域近
傍にゲートとなるＰ゛領域、ストライプ状あるいはメツ
シュ状に設けている。第２図は、従来の表面ゲート型の
静電誘導形サイリスタの断面構造を、図中、−点鎖線で
示すように、等価回路も重ねてあられしたちのである。

この静電誘導形サイリスタは、第２図にみるように、基
板２０の一例にゲート領域２１とカソード領域２２が形
成され、他側にアノード領域２３が形成されている。ア
ノード・カソード間にはチャンネル領域となる不純物低
濃度領域（高比抵抗領域）２４が形成されている。等価
回路的にいうならば、バイポーラ静電誘導形トランジス
タＱ５とＰＮＰ構成のトランジスタＱ６を組み合わせた
ものとなる。

静電誘導形サイリスタが導通状ＪｉＬｉ（ＯＮ状態）に
あるときは、両トランジスタＱ５、Ｑ６はいずれも、導
通状態にある。導通状態から遮断状態（ＯＦＦ状態）に
するには、ゲート領域２１とカソード領域２２が逆バイ
アスとなるように電極２１′、２２′に電圧を加える。

そうすると、不純物低濃度領域２４内の正孔がゲート領
域２２に流れ込み、ゲート領域２１近傍の不純物低濃度
領域２４に急速に電位障壁が形成されてカソードからの
電子の注入が止まるため、トランジスタＱ５は遮断状態
となる。しかし、トランジスタＱ６のベース領域である
不純物低濃度領域２４には、電子がまだ残っており、ト
ランジスタＱ６のエミッタ領域であるアノード領域２３
から正孔を注入させるのに十分な電位がある時間維持さ
れる。そのため、トランジスタＱ６は急速に遮断しない
。したがって、静電誘導形サイリスタの導通状態から遮
断状態にする時間が長く、スイッチング特性がよくない
という問題がある。

トランジスタＱ６を高速に遮断するには、不純物低濃度
領域２４の厚みをできるだけ大きくし、電子密度を低め
て、アノード領域２３からの正孔の注入を抑制するか、
不純物低濃度領域２４の不純物濃度を高くして、キャリ
ヤ（担体）の寿命を短くすれば、トランジスタＱ６の高
速遮断はある程度達成できるが、耐電圧特性や動作抵抗
特性が劣化してしまう。

例えば、順方向耐電圧が数１００ボルト〜数１０００ボ
ルト前後で、導通時の電圧降下（順方向電圧降下）が０
．８ポルトル数ボルト程度の実用的なものを得ようとす
ると、不純物低濃度領域２４における適当な厚みと不純
物濃度は極めて制限されることとなるので、電流降下時
間（導通状態から遮断状態になるのに要する時間）ｔｆ
を１μＳＥＣ以下とするというのは困難なことであった
〔発明の目的〕 この発明は、上記の事情に鑑み、高速スイッチングを可
能とし、順方向電圧降下が小さい静電誘導形サイリスタ
を提供することを目的とする。

〔発明の開示〕

前記目的を達成するため、この発明は、半導体基板の一
側には、複数のカソード領域が形成されているとともに
各カソード領域を挟む形でゲート領域が形成され、他側
にはアノード領域が形成されている静電誘導形サイリス
タにおいて、前記各カソード領域とアノード領域のあい
だにおける各不純物低濃度領域のうちには、厚みの異な
る不純物低濃度領域のものが含まれていることを特徴と
する静電誘導形サイリスタを要旨とする。

以下、この発明にかかる静電誘導形サイリスタ（以下、
「サイリスタ」と言う）を、一実施例をあられす図面を
参照しながら説明する。

第１図は、この発明にかかるサイリスタの一例の断面構
造をあられしたものである。図中、−点鎖線で示すよう
に、等価回路も重ねてあられしである。

サイリスタは、半導体基板１の一側には、複数のカソー
ド領域（Ｎ”　）２・・・２が形成されているとともに
各カソード領域２・・・２を挟む形でゲート領域（Ｐ”
　）３・・・３が形成され、他側にはアノード領域（Ｐ
”　）４が形成されている。カソード領域２とアノード
領域４の間には、チャンネルカ５生ずる不純物低濃度領
域（Ｎ）５ａ、５ｂがある、不純物低濃度領域５ｂの厚
みの方が不純物低濃度領域５ａの厚みよりも大きくなっ
ている。したがって、サイリスタは、不純物低濃度領域
５ａを備えたサイリスタユニッ）Ｉと不純物低濃度領域
５ｂを備えたサイリスタユニット■とが並列に組み合わ
せられていて、第１図にみるように、サイリスタユニッ
ト■とサイリスタユニット■が交互になっている。つま
り、各カソード領域とアノード領域のあいだにおける各
不純物低濃度領域のうちには、厚みの異なる不純物低濃
度領域のものが含まれているのである。

等価回路で説明すると、第１図にみるように、サイリス
タユニット■はバイポーラ静電誘導形トランジスタＱ１
とＰＮＰ型のトランジスタＱ２からなり、サイリスタユ
ニット■はバイポーラ静電誘導形トランジスタＱ３とＰ
ＮＰ型のトランジスタＱ４からなる。トランジスタＱ１
はカソード領域２、ゲート領域３、不純物低濃度領域５
ａから構成され、トランジスタＱ２はゲート領域３、ア
ノード領域４、不純物低濃度領域５ａから構成されてい
る。トランジスタＱ３はカソード領域２、ゲート領域３
、不純物低濃度領域５ｂから構成され、トランジスタＱ
４はゲート領域３、アノード領域４、不純物低濃度領域
５ｂから構成されている。

つぎに上記の構成のサイリスタにおける導通状態から遮
断状態となるときの動作を説明する。

導通状態にあるときにはトランジスタＱ１〜Ｑ４はすべ
て導通状態にある。遮断のための電圧が電極２′と電極
３′のあいだに加えられると、トランジスタ、Ｑ　１、
Ｑ３は直ちに遮断状態となる。

この時、トランジスタＱ２も不純物低濃度領域５ｂにお
ける電子密度が厚みが大きい分だけ不純物低濃度領域５
ａよりも低いので、トランジスタＱ４よりも早く遮断状
態となる。トランジスタＱ２が遮断状態となると、不純
物低濃度領域５ａ（つまり、トランジスタＱ４のベース
領域）に残留している電子は不純物低濃度領域５ｂの方
に移動する。そのため、不純物低濃度領域５ａにおける
電子密度が低下するので、アノード領域４からの正孔の
注入は抑制されてトランジスタＱ４も急速に・遮断され
、サイリスタが遮断状態となる。つまり、厚みの大きい
不純物低濃度領域５ｂの作用で不純物低濃度領域５ａの
遮断時間が縮まるので、サイリスタの遮断に要する時間
が短くなるのであ′る導通状態における順方向電圧降下
は、厚みの薄い不純物低濃度領域５ａが並列に設けられ
ていることにより、サイリスタ全体の動作抵抗が小さく
なるので、上昇を抑えることができる。

以上のように、サイリスタは順方向電圧降下の上昇を抑
えつつ、遮断に要する時間を短縮できるのである。

この発明にかかるサイリスタは上記実施例にかぎられな
い。

不純物低濃度領域にＡｕやｐｔなどの不純物元素拡散や
電子線、ガンマ線、中性子線、陽子の照射による格子欠
陥形成によって再結合中心を形成し、不純物低濃度領域
のキャリヤ（担体）寿命を縮めるようにして、さらに遮
断に要する時間を縮めるようにしてもよい、この場合、
厚みの大きい不純物低濃度領域５ｂよりも厚みの薄い不
純物低濃度領域５ａに再結合中心を形成する方が、順方
向電圧降下の上昇を抑えるという点で有利である。勿論
、不純物低濃度領域５ｂにも再結合中心を形成してもか
まわないが、再結合中心の密度を不純物低濃度領域５ａ
よりも低くしておくことが望ましい。また、再結合中心
のエネルギー準位が不純物低濃度領域５ａと不純物低濃
度領域５ｂとで異なるようにして再結合中心がうまく所
望の作用をするようにしてもよい。この場合、−般的に
は厚みの薄い不純物低濃度領域５ａにおける再結合中心
のエネルギー準位を深くした方がより効果的である。

なお、再結合中心の形成は、不純物元素拡散よりも格子
欠陥形成の方が制御が容易であり、なかでも、電子線照
射あるいはＨ”　　（陽子）照射が有用である。

サイリスタユニット！、■が多数個繰り返されるもので
ある必要はない。サイリスタユニットＩ、■がそれぞれ
一個組合わされたものでもよい。

第１図に示したサイリスタは表面ゲート型であり、Ｎチ
ャンネルタイプのものであったが、切り込みゲート型や
埋め込みゲート型であってもよいし、Ｐチャンネルタイ
プであってもよいことはいうまでもない。

〔発明の効果〕

以上に述べたように、この発明にかかるサイリスタは、
半導体基板の一例には、複数のカソード領域が形成され
ているとともに各カソード領域を挾む形でゲートＳＲ域
が形成され、他側にはアノード領域が形成されており、
各カソード領域とアノード領域のあいだにおける各不純
物低濃度領域のうちには、厚みの異なる不純物低濃度領
域のものが含まれている構成を有している。そのため、
スイッチング時間を短くできると同時に、順方向電圧降
下を少なくすることができた。

【図面の簡単な説明】

第１図は、この発明にかかるサイリスタの一例の構造を
、等価回路も重ねてあられした断面図、第２図は、従来
のサイリスタの一例の構造を、等価回路も重ねてあられ
した断面図である。 １・・・半導体基板　　２・・・カソード領域３・・・
ゲート領域　　４・・・アノード領域５ａ、５ｂ・・・
不純物低濃度領域 代理人　弁理士　　松　本　武　彦 二「４θ堅ネ甫正書（自如 昭和６１年８月１６日

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）半導体基板の一側には、複数のカソード領域が形
   成されているとともに各カソード領域を挟む形でゲート
   領域が形成され、他側にはアノード領域が形成されてい
   る静電誘導形サイリスタにおいて、前記各カソード領域
   とアノード領域のあいだにおける各不純物低濃度領域の
   うちには、厚みの異なる不純物低濃度領域のものが含ま
   れていることを特徴とする静電誘導形サイリスタ。
2. （２）各不純物低濃度領域のうちの厚みの薄いものには
   再結合中心が形成されている特許請求の範囲第１項記載
   の静電誘導形サイリスタ。
3. （３）各不純物低濃度領域には再結合中心が形成されて
   いて、厚みの薄い不純物低濃度領域における再結合中心
   の密度が、厚みの大きい不純物低濃度領域における再結
   合中心の密度よりも高くなっている特許請求の範囲第１
   項記載の静電誘導形サイリスタ。
4. （４）各不純物低濃度領域には再結合中心が形成さてい
   て、この再結合中心のエネルギー準位が、厚みの薄い不
   純物低濃度領域と厚みの大きい不純物低濃度領域で異な
   っている特許請求の範囲第１項記載の静電誘導形サイリ
   スタ。