JPS6399568A - Semiconductor device - Google Patents

Semiconductor device

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JPS6399568A
JPS6399568A JP12611087A JP12611087A JPS6399568A JP S6399568 A JPS6399568 A JP S6399568A JP 12611087 A JP12611087 A JP 12611087A JP 12611087 A JP12611087 A JP 12611087A JP S6399568 A JPS6399568 A JP S6399568A
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JP
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region
emitter
base
current
semiconductor device
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JP12611087A
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JPH0345536B2 (en
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スリンダー・クリシュナ
エルデン・デュアン・ウオレエイ
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General Electric Co
Original Assignee
General Electric Co
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Publication date
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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。
(57) [Abstract] This bulletin contains application data before electronic filing, so abstract data is not recorded.

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はゲートターンオフ(GTO)サイリスタおよび
絶縁ペースバイポーラトランジスタなどの半導体装置、
特にターンオフ電流密度およびターンオフ時間を減少さ
せ得る改良ゲートおよびベース構造に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to semiconductor devices such as gate turn-off (GTO) thyristors and insulated space bipolar transistors;
In particular, it relates to improved gate and base structures that can reduce turn-off current density and turn-off time.

ゲートターンオフシリコン整流器は、ゲート電極にゲー
ト電流パルスを流すことにより導通状態にトリガされる
点で、普通のサイリスクと同類の4層半導体装置である
。しかし普通のサイリスクと違って、ゲートターンオフ
サイリスクは、ゲート電極に逆極性の電流パルスを流す
ことによってターンオフされ、従って普通のサイリスタ
回路の必要スペース、コストおよび複雑さを増す特別な
転流回路素子を設ける必要がない。ゲートターンオフサ
イリスクはGTOスイッチまたはGTO−8CRとも呼
ばれ、ゲート導線から電流を引き出す逆ゲートパルスに
よりアノード電流をターンオフ(遮断)する。GTO装
置は再生帰還特性をもっているので比較的大きな逆ゲー
トパルスが必要であり、特に現在開発されている大電力
用装置ではそうである。代表的には、信頼できるターン
オフを得るためには、アノード電流の少くとも10〜5
0%の大きさを有する逆ゲート電流が必要である。実際
、予想される最大GTOアノード電流を遮断するために
、十分に大きなゲートパルスを予め選択し供給するのが
普通になっている。
Gate turn-off silicon rectifiers are four-layer semiconductor devices similar to common silices in that they are triggered into conduction by passing a gate current pulse through the gate electrode. However, unlike ordinary thyristors, gate turn-off thyristors are turned off by passing a current pulse of opposite polarity through the gate electrode, thus requiring a special commutating circuit element that increases the space requirements, cost and complexity of ordinary thyristor circuits. There is no need to provide A gate turn-off switch, also called a GTO switch or GTO-8CR, turns off the anode current with a reverse gate pulse that draws current from the gate conductor. Because GTO devices have regenerative feedback characteristics, relatively large reverse gate pulses are required, especially in the high power devices currently being developed. Typically, to obtain reliable turn-off, at least 10 to 5
A reverse gate current with a magnitude of 0% is required. In fact, it has become common to preselect and apply a sufficiently large gate pulse to interrupt the maximum expected GTO anode current.

典型的には、GTO装置をターンオフするために逆ゲー
ト電流を流すと、アノードとカソードとの間に流れる電
流は装置の中心部分に向かって局限される。具体的に説
明すると、ターンオフ信号をゲート領域に加えると、半
導体装置のゲート領域のすぐ近くの領域が最初に非導通
状態となり、電流は装置の中心に向かって押しやられる
、即ち局限される。ターンオフが広がるにつれて、電流
密度がエミッタ(またはカソード)の中心またはその付
近で増加する。導通領域が十分に小さな寸法まで局限さ
れたところで、装置は再生過程がすべて断たれるので一
次元的にターンオフする。ゲート電極に加えられるター
ンオフ電流の大きさがターンオフを生起するには不十分
なものである場合には、装置の導通区域が極度に局部化
され、過剰な発熱もしくは電子なだれ注入作用いずれか
によって破壊を生じる原因となる。
Typically, when applying a reverse gate current to turn off a GTO device, the current flowing between the anode and cathode is localized toward the central portion of the device. Specifically, when a turn-off signal is applied to the gate region, the region immediately adjacent to the gate region of the semiconductor device becomes non-conductive first, forcing or localizing the current toward the center of the device. As the turn-off widens, the current density increases at or near the center of the emitter (or cathode). Once the conduction area is localized to a sufficiently small dimension, the device turns off in one dimension since all regeneration processes are interrupted. If the magnitude of the turn-off current applied to the gate electrode is insufficient to cause turn-off, the conducting area of the device becomes extremely localized and destroyed either by excessive heat generation or by avalanche injection. This may cause

ターンオフ時のカソードでの電流集中を解決する従来法
の一つは、カソード・ゲート短絡を設けることであった
。か\るカソード・ゲート短絡はカソード電流密度を減
少し、装置のdi/dt能力を高め、装置のターンオフ
時間を短くする。残念なことに、カソード・ゲート短絡
では逆バイアス期間、即ちGTO装置がターンオフされ
ている時にカソードからゲートに流れる定常電流が必要
である。この電流は、カソード・ゲート短絡の数次筒で
はオン電流に対してかなりの割合となり、したがって装
置自体の電力損失および望ましくない発熱を呈する。
One conventional method to solve current crowding at the cathode during turn-off has been to provide a cathode-to-gate short. Such a cathode-to-gate short circuit reduces the cathode current density, increases the di/dt capability of the device, and shortens the turn-off time of the device. Unfortunately, a cathode-to-gate short circuit requires a constant current flowing from the cathode to the gate during the reverse bias period, ie, when the GTO device is turned off. This current is a significant fraction of the on-current in the cathode-gate shorted order tube, thus presenting power loss and undesirable heat generation in the device itself.

大電流、低電圧用途に合わせて複雑な相互に入り込んだ
櫛形状に構成されるか、または大電流、高電圧用途に合
わせて大きな幾何学的エミッタ区域を得るよう櫛形の程
度の小さい形状に構成された通常のバイポーラトランジ
スタは、サイリスクに関して前述した電流局限現象を同
じく受けやすい。この破壊機構は二次降伏とも称され、
S、Kr1shnaおよびP、L、Howerの論文“
5econd Breakdownof’ Trans
istors During Inductive T
urnoff”(Proceedings orthe
 1.E、E、E、、Vol、61.Ma、rch19
63 )に詳述されている。
Configured in a complex interdigitated comb configuration for high current, low voltage applications or configured in a less comb configuration to obtain a large geometric emitter area for high current, high voltage applications Conventional bipolar transistors are also susceptible to the current localization phenomenon described above with respect to si-risk. This failure mechanism is also called secondary yielding,
Paper by S. Kr1shna and P. L. Hower “
5econd Breakdownof'Trans
istors During Inductive T
urnoff” (Proceedings orthe
1. E, E, E,, Vol, 61. Ma,rch19
63).

=  4 − 従って本発明の目的は、ターンオフ時の電流集中を減少
させ、ターンオフ時間を短くし、電子なだれ注入または
発熱による二次降伏に基づく破壊に対するしきい値を増
す改良カソードまたはエミッタ構造を有する、大電力制
御ターンオン/ターンオフ固体スイッチ、例えばGTO
サイリスタおよびバイポーラトランジスタを提供するこ
とにある。
= 4 - It is therefore an object of the present invention to have an improved cathode or emitter structure that reduces the current crowding during turn-off, shortens the turn-off time, and increases the threshold against breakdown due to secondary breakdown due to avalanche injection or heat generation. , high power controlled turn-on/turn-off solid state switches, e.g. GTO
The present invention is to provide thyristors and bipolar transistors.

本発明の他の目的は、逆バイアスターンオフ期間にカソ
ードからゲートまたはベースからエミッタに有意の流出
電流が流れない、改良GTOサイリスタおよびバイポー
ラトランジスタを提供することにある。
It is another object of the present invention to provide an improved GTO thyristor and bipolar transistor in which no significant cathode-to-gate or base-to-emitter drain current flows during reverse bias turn-off.

本願では特に、上記のように改良されたバイポーラトラ
ンジスタを提供することにある。
A particular object of the present application is to provide a bipolar transistor improved as described above.

本発明によれば、ターンオフ期間に電流が流れる面積を
増すことによりターンオフ時の電流集中を著しく軽減し
た改良カソードまたはエミッタ構造を設けることによっ
て前記および他の目的を達成する。本発明の1例によれ
ば、半導体装置の工ミッタ(またはカソード)の中心領
域にかなりの電流が流れるのを防止するために、この中
心領域に抵抗率の増大した領域を介在させ、その上に二
酸化珪素の絶縁層を重ねる。高インピーダンスの中心領
域により電流集中を著しく減少させ、二次降伏に基づく
破壊に対するしきい値を増す。本願では特に、バイポー
ラトランジスタのターンオフ時のエミッタ・ベース漏洩
電流を実質的になくすことによって、バイポーラトラン
ジスタのターンオフ特性を改善する。その上、バイポー
ラトランジスタの電流利得特性はこの改善されたエミッ
タ構造に影響されない。
The present invention achieves these and other objects by providing an improved cathode or emitter structure that significantly reduces current crowding during turn-off by increasing the area through which current flows during turn-off. According to one embodiment of the invention, in order to prevent significant current from flowing in the central region of the emitter (or cathode) of a semiconductor device, a region of increased resistivity is interposed in this central region; overlay an insulating layer of silicon dioxide. The high impedance central region significantly reduces current crowding and increases the threshold for destruction due to secondary breakdown. In particular, the present application improves the turn-off characteristics of a bipolar transistor by substantially eliminating emitter-base leakage current during turn-off of the bipolar transistor. Moreover, the current gain characteristics of the bipolar transistor are unaffected by this improved emitter structure.

以下、本発明の好適な実施例を図面を参照しながら説明
する。
Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

第1図および第2図に従来の構成のGTOサイリスクの
概略断面図を示す。第1図には電力用GTOサイリスタ
11を、例えば米国特許第3,609.476号に記載
されたタイプの相互に入り込んだ櫛形構造の4層シリコ
ンpnpnスイッチとして図示しである。図示の装置に
おいて、カソード接点条片即ち電極12およびアノード
接点又は電極13をそれぞれ付着させた外側半導体層は
それぞれn2工ミツタ層およびp1エミッタ層として知
られており、内側半導体層はp2ベース層および01ベ
一ス層として知られている。ゲート接点条片即ち電極1
4はp22ベース上にエミッタ条片の両側に付着され、
カソード接点条片又は電極12と相互に入り込む様に配
置されている。
FIGS. 1 and 2 show schematic cross-sectional views of a GTO cyrisk with a conventional configuration. A power GTO thyristor 11 is illustrated in FIG. 1 as a four-layer silicon pnpn switch in an interdigitated comb structure, for example of the type described in US Pat. No. 3,609,476. In the illustrated device, the outer semiconductor layers with deposited cathode contact strips or electrodes 12 and anode contacts or electrodes 13, respectively, are known as the N2 emitter layer and the P1 emitter layer, respectively, and the inner semiconductor layers are the P2 base layer and the P1 emitter layer. This is known as the 01 base layer. Gate contact strip or electrode 1
4 are attached on both sides of the emitter strip on the p22 base,
It is arranged to interpenetrate with the cathode contact strip or electrode 12.

簡潔に説明すると、GTO装置のターンオフ機構の特徴
は、ゲート端子Gに逆ゲートパルスを加えることにより
アノード端子Aからカソード端子Cに流れるアノード電
流を遮断できることである。
Briefly, a feature of the turn-off mechanism of the GTO device is that by applying a reverse gate pulse to the gate terminal G, the anode current flowing from the anode terminal A to the cathode terminal C can be interrupted.

前述したように、ここでの主要な作用は、ゲート端子か
ら逆ゲート電流−icを流すことによりp2ベースに横
方向電圧降下が生じ、これによりn2エミツタの中心付
近で電流の局限または集中が生じることである。
As mentioned above, the main effect here is that by flowing the reverse gate current -ic from the gate terminal, a lateral voltage drop is created at the p2 base, which causes localization or concentration of the current near the center of the n2 emitter. That's true.

ゲート電極14のすぐ近くの領域は最初に非導通状態と
なる領域であり、そして電流がエミッタの中心に向かっ
て局限されていくのにつれてターンオフがエミッタの端
部で始まり、内向きに進み、それにつれて電流密度がエ
ミッタの中心またはその付近で増加する。導通領域が十
分に小さな寸法まで局限されたところで、装置は再生過
程が遮断されるので一次元的にターンオフする。前述し
たように、ターンオフ時の電流密度が急激に増加すると
、装置は二次降伏を起し、過剰な発熱もしくは電子なだ
れ注入作用により装置を破壊することがある。
The immediate area of the gate electrode 14 is the first area to become non-conducting, and as the current is localized towards the center of the emitter, turn-off begins at the end of the emitter and progresses inward, turning off as the current becomes localized towards the center of the emitter. As the current density increases at or near the center of the emitter. Once the conduction area is localized to a sufficiently small dimension, the device turns off in one dimension since the regeneration process is interrupted. As described above, if the current density at turn-off increases rapidly, the device may undergo secondary breakdown, and the device may be destroyed due to excessive heat generation or electron avalanche injection.

エミッタの中心における電流密度の大きさを減少させる
ために、第2図に示す従来の構成の別のGTO構造20
では、カソード・ゲート短絡を用いる。具体的には第2
図では、領域16を02エミツタ領域の中心に配置し、
この領域でカソード電極12を装置のp2ベース層に直
接接触させる。
To reduce the magnitude of the current density at the center of the emitter, another GTO structure 20 of the conventional configuration shown in FIG.
In this case, a cathode-gate short circuit is used. Specifically, the second
In the figure, the area 16 is placed at the center of the 02 emitter area,
In this region, the cathode electrode 12 is brought into direct contact with the p2 base layer of the device.

カソード電極12とエミッタ領域の中心部に位置するp
2ベース領域16とを直接電気接続(短絡または分路)
することによって、ターンオフ時間中のカソードの中心
における電流集中が著しく軽減される。か\る電流集中
の軽減によりターンオフ時間のみならずd i / d
 を能力も改善される。
p located at the center of the cathode electrode 12 and the emitter region
2 Direct electrical connection (short circuit or shunt) with base region 16
By doing so, the current concentration at the center of the cathode during the turn-off time is significantly reduced. By reducing the current concentration, not only the turn-off time but also the di/d
The ability will also be improved.

そのほかに装置のdv/dt能力が増大するとともに、
エミッタの中心での電流集中に基づく装置の破壊に対す
るしきい値が増大する。残念なことに、短絡エミッタ領
域の抵抗rbがカソード電極の下側の横方向抵抗r1よ
り小さく、従って逆バイアス「オフ」期間にカソードか
らゲートに定常電流が流れる。この電流はオン電流に対
しかなりの割合となり、装置の電力損失および望ましく
ない発熱を呈する。
In addition, as the dv/dt capability of the device increases,
The threshold for destruction of the device due to current crowding in the center of the emitter is increased. Unfortunately, the resistance rb of the shorted emitter region is less than the lateral resistance r1 under the cathode electrode, so that a steady current flows from the cathode to the gate during the reverse bias "off" period. This current is a significant proportion of the on-current and represents power loss and undesirable heat generation in the device.

第3図に本発明に従った実施例の断面図を示す。FIG. 3 shows a sectional view of an embodiment according to the invention.

本発明においては、第2図に示された装置のカソードお
よびゲート間の電気的短絡の代りに、例えば二酸化珪素
の電気絶縁層を設けて電流の流れに対する高いインピー
ダンスを構成する。具体的には第3図に示す絶縁ゲート
ターンオフサイリスタ22においては、半導体装置の表
面まで延在するp2ベース領域の中心部分16に絶縁層
17を重ねる。これにより上側のカソード電極12がp
2ベース領域と電気的に接触するのを防止し、カソ−ド
・ゲート短絡をなくす。絶縁層17の厚さは臨界的では
なく、約500〜10,000人とすることができる。
In the present invention, the electrical short between the cathode and gate of the device shown in FIG. 2 is replaced by an electrically insulating layer of, for example, silicon dioxide, which constitutes a high impedance to current flow. Specifically, in the insulated gate turn-off thyristor 22 shown in FIG. 3, an insulating layer 17 is overlaid on the central portion 16 of the p2 base region extending to the surface of the semiconductor device. This causes the upper cathode electrode 12 to
2 to prevent electrical contact with the base region, eliminating cathode-to-gate shorts. The thickness of insulating layer 17 is not critical and can be about 500 to 10,000.

動作の面から説明すると、第3図の絶縁GTOサイリス
ク装置においては、エミッタの中心部分16に電流の流
れに対する高いインピーダンスを形成することにより、
ターンオフの際にエミッタ領域の中心部分16に電流が
集中するのを軽減する。その結果、ターンオフ時間もこ
れに対応して短くなり、二次降伏作用から生じる装置破
壊が減るので信頼性が著しく改善される。本発明に従っ
て構成されたGTO構造の特に重要な特徴は、装置の逆
バイアス「オフ」期間にカソードからゲートに流れる電
流がなくなることである。と云うのは、当業者であれば
容易に理解できるように、絶縁層17は抵抗率の増大し
た中心領域16と相まって、漏洩電流として流れる電流
を除いて、何らかの実質的な電流がカソードとゲート領
域との間に流れるのを防止するからである。従って第3
図に示す本発明の実施例によれば、第2図に示す従来装
置の望ましい特性すべてが得られ、その−に逆バイアス
「オフ」期間にカソードからゲートへの流出電流がなく
なる。
In terms of operation, in the isolated GTO thyrisk device of FIG. 3, by forming a high impedance to current flow in the central portion 16 of the emitter
This reduces current concentration in the central portion 16 of the emitter region during turn-off. As a result, the turn-off time is correspondingly shortened and reliability is significantly improved as device destruction resulting from secondary breakdown effects is reduced. A particularly important feature of a GTO structure constructed in accordance with the present invention is that no current flows from the cathode to the gate during the reverse bias "off" period of the device. This is because, as will be readily understood by those skilled in the art, the insulating layer 17, in combination with the increased resistivity central region 16, prevents any substantial current flow between the cathode and the gate, except for current flowing as leakage current. This is because it prevents water from flowing between the areas. Therefore, the third
The illustrated embodiment of the invention provides all of the desirable characteristics of the prior art device shown in FIG. 2, with the added benefit of eliminating cathode-to-gate drain current during reverse bias "off" periods.

第3図では単一エミッタ領域が隣接ゲート領域に対して
入り込んだものとして示されているが、大電流(即ち、
数十乃至数百アンペア)を流すために複数個のゲートお
よびエミッタ領域を相互に入り込んだ櫛形構造とするの
が望ましいことは当業者に自明である。しかしそのよう
にする場合、アノードおよびカソード間の電流の流れを
装置の □カッ−1表面にわたってはV均一に分布させ
ることが必要である。第4図に示す本発明の他の実施例
においては、第3図に例示したものを1つのセル(素子
領域)として、これを複数個互に隣接配置して均一なタ
ーンオンおよびターンオフ特性を有するマルチセル構造
としている。特に第4図では、複数個のはゾ正方形のn
2エミツタ領域をp2ベース領域内に、例えば周知の拡
散法によって形成する。第4図に示す相互接続用格子状
電極12は、装置の全表面積のかなりの部分を覆う網目
構造をなす。その結果、カソード変位電流は極めて小さ
く、ゲート電極により搬送することが出来、これにより
装置のd v / d を能力が高められる。
Although the single emitter region is shown in FIG. 3 as intersecting with respect to the adjacent gate region, the large current
It will be obvious to those skilled in the art that it is desirable to have multiple gate and emitter regions in an interdigitated comb configuration to conduct currents (from tens to hundreds of amperes). However, in doing so, it is necessary that the current flow between the anode and cathode be uniformly distributed over the surface of the device. In another embodiment of the present invention shown in FIG. 4, the cell shown in FIG. 3 is used as one cell (device region), and a plurality of cells are arranged adjacent to each other to have uniform turn-on and turn-off characteristics. It has a multi-cell structure. In particular, in Figure 4, the number of square n
2 emitter regions are formed within the p2 base region, for example by well-known diffusion methods. The interconnect grid electrode 12 shown in FIG. 4 is a mesh structure that covers a significant portion of the total surface area of the device. As a result, the cathode displacement current is extremely small and can be carried by the gate electrode, thereby increasing the d v / d capability of the device.

また第4図に明瞭に示されているように、n2エミツタ
領域の内部領域16では、絶縁領域17が存在しまた領
域16自体の抵抗率が増大しているので、電流が流れ得
ない。従って前述したように、電流集中が著しく軽減さ
れ、これによりターンオフ時間が短くなり、二次降伏作
用に基因する破壊も減少する。
Also, as clearly shown in FIG. 4, no current can flow in the internal region 16 of the n2 emitter region due to the presence of the insulating region 17 and the increased resistivity of the region 16 itself. Therefore, as mentioned above, current crowding is significantly reduced, which reduces the turn-off time and also reduces destruction due to secondary breakdown effects.

当業者であれば理解できるように、第3図および第4図
に示した本発明の実施例ではn2エミツタ領域をはゾ正
方形とし、p2ベース領域をその中心に半導体ウェファ
の表面まで延在させているが、これら両領域とも本発明
の要旨を逸脱せぬ範囲内で他の構成形状をとることがで
きる。例えば、所望に応じてエミッタおよびゲート領域
を円形および渦巻形に相互に入り込ませ、エミッタ領域
に抵抗率の増加したまたはベース領域と同じ導電型の領
域を設けることができる。
As will be understood by those skilled in the art, in the embodiment of the invention shown in FIGS. 3 and 4, the N2 emitter region is square in shape, with the P2 base region extending to the surface of the semiconductor wafer at its center. However, both regions may take other configurations without departing from the spirit of the invention. For example, the emitter and gate regions can be circularly and spirally interdigitated as desired to provide the emitter region with a region of increased resistivity or of the same conductivity type as the base region.

第4図ではほかに、半導体表面における複数個の02工
ミツタ領域間の金属相互接続部として共通のカソード金
属化層19が形成されている。格子状電極12と共通カ
ソード金属化層19との間に絶縁層18に介在させて電
気的短絡を防止することは勿論である。当業者であれば
容易に理解できるように、複数の導体を互に絶縁状態で
重ねて配置することにより、高電力用半導体スイッチの
必須の必要条件である半導体ウェファの頂部表面および
底部表面からの均一な熱除去を実現できる。
In addition, in FIG. 4, a common cathode metallization layer 19 is formed as a metal interconnect between a plurality of 02 metallization regions on the semiconductor surface. Of course, an insulating layer 18 is interposed between the grid electrode 12 and the common cathode metallization layer 19 to prevent electrical short circuits. As will be readily understood by those skilled in the art, by placing multiple conductors one on top of the other insulated from each other, it is possible to improve the conductivity from the top and bottom surfaces of the semiconductor wafer, an essential requirement for high power semiconductor switches. Uniform heat removal can be achieved.

本発明に従った実施例を絶縁ゲートターンオフサイリス
タに関して説明したが、本願では本発明の前述の新規な
特徴を適用したバイポーラトランジスタを提供する。こ
のため、例えば第3図および第4図に示すサイリスタの
アノードとして機能するp1エミッタ層をn+層に置き
換えることにより、バイポーラnpn)ランジスタが得
られる。
Although embodiments according to the invention have been described with respect to insulated gate turn-off thyristors, the present application provides bipolar transistors applying the above-described novel features of the invention. For this reason, for example, by replacing the p1 emitter layer functioning as an anode of the thyristor shown in FIGS. 3 and 4 with an n+ layer, a bipolar npn) transistor can be obtained.

この構造ではn1ベ一ス層がバイポーラトランジスタの
コレクタ領域に、p2ベース層がベース領域に、n2工
ミツタ層がエミッタ領域になる。
In this structure, the n1 base layer becomes the collector region of the bipolar transistor, the p2 base layer becomes the base region, and the n2 emitter layer becomes the emitter region.

第4図に示すサイリスタと同様の方法で構成されたバイ
ポーラトランジスタは、絶縁ゲートターンオフサイリス
タとはゾ同じ望ましい特性を呈する。ターンオフ時のエ
ミッタ電流集中が減少し、電子なだれ注入または発熱に
よる二次降伏に基因する破壊に対するしきい値が高くな
り、電流利得か犠牲にされず、しかもベース駆動回路の
電流消費が増加しない。
A bipolar transistor constructed in a manner similar to the thyristor shown in FIG. 4 exhibits the same desirable characteristics as an insulated gate turn-off thyristor. Emitter current crowding during turn-off is reduced, the threshold for breakdown due to avalanche injection or secondary breakdown due to heat generation is increased, current gain is not sacrificed, and current consumption of the base drive circuit is not increased.

第5a図および第5b図はGTOサイリスクおよびバイ
ポーラトランジスタの適用例を示す回路図である。第5
a図では、負荷25を流れる電流を制御する回路24に
pnpn絶縁ゲートターンオフサイリスクを接続しであ
る。一方策5b図では、負荷27を流れる電流を制御す
る回路26にnpn トランジスタを接続しである。第
5aおよび5b図の図示例が絶縁ゲートターンオフサイ
リスクおよび絶縁ペースバイポーラトランジスタの使用
例にすぎず、他の種々の用法が可能であることが当業者
には明らかである。さらに、図示の実施例はpnpn半
導体構造に関するものであるが、npnp構造も可能で
ある。またシリコンのほかに所望に応じて他の半導体材
料、例えばゲルマニウムまたは■−■族半導体化合物も
使用できる。
Figures 5a and 5b are circuit diagrams illustrating an example of application of GTO thyrisk and bipolar transistors. Fifth
In Figure a, a pnpn insulated gate turn-off circuit is connected to the circuit 24 that controls the current flowing through the load 25. One solution, shown in Figure 5b, is to connect an npn transistor to the circuit 26 that controls the current flowing through the load 27. It will be apparent to those skilled in the art that the illustrated example of FIGS. 5a and 5b is only an example of the use of insulated gate turn-off transistors and insulated space bipolar transistors, and that various other uses are possible. Furthermore, although the illustrated embodiment relates to a pnpn semiconductor structure, npnp structures are also possible. In addition to silicon, other semiconductor materials such as germanium or 1-2 group semiconductor compounds can also be used as desired.

npn絶縁ペースバイポーラトランジスタに対する相補
的な構造も考えることができる。
Complementary structures to npn insulated space bipolar transistors can also be considered.

要するに、本発明の絶縁ゲートターンオフサイリスタお
よび絶縁ペースバイポーラトランジスタは、周知の従来
のサイリスタおよびバイポーラトランジスタより優れた
性能特性を呈する。特に電流集中およびターンオフ時間
が著しく減少し、これにより望ましくない逆バイアス7
1i流がなくなり、di/dtおよびdv/dt能力が
大きく増大し、二次降伏に基因する破壊に対するしきい
値が増大する。
In summary, the insulated gate turn-off thyristors and insulated space bipolar transistors of the present invention exhibit superior performance characteristics over known conventional thyristors and bipolar transistors. In particular, current crowding and turn-off times are significantly reduced, which leads to undesirable reverse bias 7
1i flow is eliminated, the di/dt and dv/dt capabilities are greatly increased, and the threshold for failure due to secondary breakdown is increased.

本発明を幾つかの実施例について説明したが、本発明の
要旨を逸脱せぬ範囲内で多数の変形、変更を加えること
ができる。
Although the present invention has been described with reference to several embodiments, many modifications and changes can be made without departing from the spirit of the invention.

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

第1図および第2図はそれぞれ従来構造のGTOサイリ
スタの概略断面図、第3図は本発明に従って構成された
GTOザイリスタの概略断面図、第4図は本発明による
別の実施例の破断斜視図、第5a図および第5b図はそ
れぞれGTOサイリスタおよびバイポーラトランジスタ
の使用例を示す電気回路図である。 12・・・カソード電極、  13・・・アノード電極
、14・・・ゲート電極、   16・・・中心部分、
17・・・絶縁層、     18・・・絶縁層、19
・・・カソード金属化層、 22・・・絶縁GTOサイリスタ、 pl・・・エミツタ層、   p2・・・ベース層、n
l・・・ベース層、    n2・・・エミツタ層。
1 and 2 are schematic sectional views of a GTO thyristor having a conventional structure, FIG. 3 is a schematic sectional view of a GTO thyristor constructed according to the present invention, and FIG. 4 is a broken perspective view of another embodiment according to the present invention. 5a and 5b are electrical circuit diagrams showing examples of the use of a GTO thyristor and a bipolar transistor, respectively. 12... Cathode electrode, 13... Anode electrode, 14... Gate electrode, 16... Center portion,
17... Insulating layer, 18... Insulating layer, 19
...Cathode metallization layer, 22...Insulated GTO thyristor, pl...Emitter layer, p2...Base layer, n
l...base layer, n2...emitter layer.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1、順次重なる導電型が互い違いの3つの領域を持ち、
その内の内側の領域がベース領域、外側の領域がエミッ
タ及びコレクタ領域を構成している半導体ウエフアを含
み、更にエミッタ端子、コレクタ端子、並びにコレクタ
端子とエミッタ端子との間に流れる電流を制御するため
のベース端子を持つバイポーラトランジスタ半導体装置
に於て、前記ベース領域から実質的に中心に前記エミッ
タ領域の中に延在する所定の抵抗率の領域を有し、前記
エミッタ領域は前記ベース領域により完全に囲まれるよ
うにその共通の表面から前記ベース領域の中まで延在し
、前記所定の抵抗率の領域は前記エミッタ領域よりも高
い抵抗率を持っており、更に、前記エミッタ領域を囲む
ように前記ベース領域上に配置されたベース電極と、半
導体装置の非導通状態の間前記ベース領域から前記エミ
ッタ領域への電流が実質的に流れないようにするために
前記所定の抵抗率の領域の上に重なる絶縁層とを有する
バイポーラトランジスタ半導体装置。 2、前記エミッタ、コレクタ及びベース領域を前記エミ
ッタ、コレクタ及びベース端子にそれぞれ相互接続する
電極手段を設けた特許請求の範囲第1項記載のバイポー
ラトランジスタ半導体装置。 3、前記所定の抵抗率の領域が複数個相隔てて隣り合う
ように設けられて、これらの各領域の上にはそれぞれ絶
縁層が重なっており、更に複数個の相隔たって隣り合う
該領域が相互接続手段により電気的に相互接続されてい
る特許請求の範囲第1項記載のバイポーラトランジスタ
半導体装置。
[Claims] 1. Three regions with sequentially overlapping conductivity types alternate,
It includes a semiconductor wafer whose inner region constitutes a base region and whose outer region constitutes an emitter and collector region, and further controls the emitter terminal, the collector terminal, and the current flowing between the collector terminal and the emitter terminal. a bipolar transistor semiconductor device having a base terminal for a semiconductor device having a predetermined resistivity region extending from the base region substantially centrally into the emitter region; extending from the common surface into the base region so as to completely surround the predetermined resistivity region, the region of predetermined resistivity having a higher resistivity than the emitter region; a base electrode disposed on the base region; and a region of the predetermined resistivity to prevent current from substantially flowing from the base region to the emitter region during a non-conducting state of the semiconductor device. A bipolar transistor semiconductor device having an overlying insulating layer. 2. The bipolar transistor semiconductor device according to claim 1, further comprising electrode means for interconnecting the emitter, collector and base regions to the emitter, collector and base terminals, respectively. 3. A plurality of regions having the predetermined resistivity are provided so as to be adjacent to each other at a distance from each other, an insulating layer is overlaid on each of these regions, and further a plurality of regions adjacent to each other at a distance from each other are provided. A bipolar transistor semiconductor device according to claim 1, wherein the bipolar transistor semiconductor devices are electrically interconnected by interconnection means.
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