JPH0136263B2 - - Google Patents
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- JPH0136263B2 JPH0136263B2 JP56101595A JP10159581A JPH0136263B2 JP H0136263 B2 JPH0136263 B2 JP H0136263B2 JP 56101595 A JP56101595 A JP 56101595A JP 10159581 A JP10159581 A JP 10159581A JP H0136263 B2 JPH0136263 B2 JP H0136263B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- thyristor
- pilot
- thyristors
- base layer
- current
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10F—INORGANIC SEMICONDUCTOR DEVICES SENSITIVE TO INFRARED RADIATION, LIGHT, ELECTROMAGNETIC RADIATION OF SHORTER WAVELENGTH OR CORPUSCULAR RADIATION
- H10F30/00—Individual radiation-sensitive semiconductor devices in which radiation controls the flow of current through the devices, e.g. photodetectors
- H10F30/20—Individual radiation-sensitive semiconductor devices in which radiation controls the flow of current through the devices, e.g. photodetectors the devices having potential barriers, e.g. phototransistors
- H10F30/21—Individual radiation-sensitive semiconductor devices in which radiation controls the flow of current through the devices, e.g. photodetectors the devices having potential barriers, e.g. phototransistors the devices being sensitive to infrared, visible or ultraviolet radiation
- H10F30/26—Individual radiation-sensitive semiconductor devices in which radiation controls the flow of current through the devices, e.g. photodetectors the devices having potential barriers, e.g. phototransistors the devices being sensitive to infrared, visible or ultraviolet radiation the devices having three or more potential barriers, e.g. photothyristors
- H10F30/263—Photothyristors
Landscapes
- Thyristors (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
本発明はdi／dt耐量の増大と高感度化を図つた
サイリスタに関する。
サイリスタに関する。
サイリスタは導電型を交互に異ならせ、表裏の
半導体層表面にアノード電極とカソード電極とを
取付けた４つの半導体層により構成され、アノー
ド電極側より一般にＰエミツタ層、Ｎベース層、
Ｐベース層、Ｎエミツタ層とした構造を有してい
る。しかしてこのサイリスタでは、Ｐベース層に
設けられたゲート電極にトリガ信号を印加するこ
とによつて、先ずゲート近傍の小面積がターンオ
ンし、時間の経過に伴つてその接合全面積に亘つ
てターンオン領域が拡大して導通する。この為、
ターンオン時の突入電流上昇率di／dtが大きい
と、素子能力以上にゲート近傍の限られた導通部
分に電流が集中し、この結果、局所的な温度上昇
による熱破壊が生じることがある。
半導体層表面にアノード電極とカソード電極とを
取付けた４つの半導体層により構成され、アノー
ド電極側より一般にＰエミツタ層、Ｎベース層、
Ｐベース層、Ｎエミツタ層とした構造を有してい
る。しかしてこのサイリスタでは、Ｐベース層に
設けられたゲート電極にトリガ信号を印加するこ
とによつて、先ずゲート近傍の小面積がターンオ
ンし、時間の経過に伴つてその接合全面積に亘つ
てターンオン領域が拡大して導通する。この為、
ターンオン時の突入電流上昇率di／dtが大きい
と、素子能力以上にゲート近傍の限られた導通部
分に電流が集中し、この結果、局所的な温度上昇
による熱破壊が生じることがある。
そこで近年ではサイリスタの高耐圧化、大容量
化に伴い、スイツチング時のdi／dt耐量が大き
く、しかもゲート制御電流のできるだけ小さいサ
イリスタの出現が望まれている。然し乍ら一般的
にはdi／dt耐量を大きくするとゲート制御電流が
増大すると云う相反する問題があつた。また近
時、ゲート電流に代えて光信号によりスイツチン
グ動作を制御する光サイリスタが開発されている
が、利用可能な光エネルギーに限度がある上、ハ
イ・ゲート・ドライブが困難な為、di／dt耐量を
大きくできなかつた。これ故、di／dt耐量を損う
ことなしにゲート感度の向上を図つた高耐圧・大
容量のサイリスタの開発が強く望まれていた。
化に伴い、スイツチング時のdi／dt耐量が大き
く、しかもゲート制御電流のできるだけ小さいサ
イリスタの出現が望まれている。然し乍ら一般的
にはdi／dt耐量を大きくするとゲート制御電流が
増大すると云う相反する問題があつた。また近
時、ゲート電流に代えて光信号によりスイツチン
グ動作を制御する光サイリスタが開発されている
が、利用可能な光エネルギーに限度がある上、ハ
イ・ゲート・ドライブが困難な為、di／dt耐量を
大きくできなかつた。これ故、di／dt耐量を損う
ことなしにゲート感度の向上を図つた高耐圧・大
容量のサイリスタの開発が強く望まれていた。
第１図はこのような問題を解決すべく構成され
た光サイリスタの断面構造を模式的に示したもの
である。図において、Ｐエミツタ層１、Ｎベース
層２、Ｐベース層３、Ｎエミツタ層４からなる４
つの半導体層からなるサイリスタの上記Ｐエミツ
タ層１表面にはアノード電極５が、またＮエミツ
タ層４の表面にはカソード電極６が配設されてお
り、メインサイリスタが形成されている。上記Ｎ
エミツタ層４は、Ｐベース層３の外周側に円環状
に形成されたものである。またこのメインサイリ
スタのＰベース層３には複数のパイロツトサイリ
スタを形成するエミツタ層７ａ，７ｂ，７ｃが相
互に離間して同心円状に形成されており、その中
央部には受光部８が形成されている。
た光サイリスタの断面構造を模式的に示したもの
である。図において、Ｐエミツタ層１、Ｎベース
層２、Ｐベース層３、Ｎエミツタ層４からなる４
つの半導体層からなるサイリスタの上記Ｐエミツ
タ層１表面にはアノード電極５が、またＮエミツ
タ層４の表面にはカソード電極６が配設されてお
り、メインサイリスタが形成されている。上記Ｎ
エミツタ層４は、Ｐベース層３の外周側に円環状
に形成されたものである。またこのメインサイリ
スタのＰベース層３には複数のパイロツトサイリ
スタを形成するエミツタ層７ａ，７ｂ，７ｃが相
互に離間して同心円状に形成されており、その中
央部には受光部８が形成されている。
しかして今、このサイリスタの受光部８に光ト
リガ信号h〓を照射すると、これによつて発生する
光電流IphはＰベース層３を横方向に流れ、メイ
ンサイリスタのＮエミツタ層４に設けられた短絡
部９を経由してカソード電極６に流れる。このと
き上記光電流IphによつてＰベース層３に発生す
る横方向電位差は、パイロツトサイリスタのＮエ
ミツタ層７ａ，７ｂ，７ｃを順方向にバイアスす
る。この順方向バイアスの一番深い部分、つまり
受光部８の電圧がＰベース層３とＮエミツタ層７
ａ，７ｂ，７ｃとの間に形成される接合部のビル
トインポテンシヤルの値に近付くと、Ｎエミツタ
層７ａ，７ｂ，７ｃからＰベース層３への電子の
注入が急増し、この結果パイロツトサイリスタは
受光部８の領域からターンオンする。このターン
オン電流は電極１０ａを経由して次段のパイロツ
トサイリスタに流れ、ハイゲートドライブ電流と
して同パイロツトサイリスタを最適な条件でター
ンオンさせる。そして同様にしてこのパイロツト
サイリスタのサイリスタのターンオンにより、第
３段目のパイロツトサイリスタが駆動され、更に
これによつてメインサイリスタがターンオン駆動
されることになる。
リガ信号h〓を照射すると、これによつて発生する
光電流IphはＰベース層３を横方向に流れ、メイ
ンサイリスタのＮエミツタ層４に設けられた短絡
部９を経由してカソード電極６に流れる。このと
き上記光電流IphによつてＰベース層３に発生す
る横方向電位差は、パイロツトサイリスタのＮエ
ミツタ層７ａ，７ｂ，７ｃを順方向にバイアスす
る。この順方向バイアスの一番深い部分、つまり
受光部８の電圧がＰベース層３とＮエミツタ層７
ａ，７ｂ，７ｃとの間に形成される接合部のビル
トインポテンシヤルの値に近付くと、Ｎエミツタ
層７ａ，７ｂ，７ｃからＰベース層３への電子の
注入が急増し、この結果パイロツトサイリスタは
受光部８の領域からターンオンする。このターン
オン電流は電極１０ａを経由して次段のパイロツ
トサイリスタに流れ、ハイゲートドライブ電流と
して同パイロツトサイリスタを最適な条件でター
ンオンさせる。そして同様にしてこのパイロツト
サイリスタのサイリスタのターンオンにより、第
３段目のパイロツトサイリスタが駆動され、更に
これによつてメインサイリスタがターンオン駆動
されることになる。
このようにして多段構成されたパイロツトサイ
リスタによつて、ターンオン初期時に発生する過
大な電力損失を各パイロツトサイリスタに分散さ
せることにより、ホツトスポツトの発生を防止
し、di／dt耐量の改善を図ることが行われてい
る。
リスタによつて、ターンオン初期時に発生する過
大な電力損失を各パイロツトサイリスタに分散さ
せることにより、ホツトスポツトの発生を防止
し、di／dt耐量の改善を図ることが行われてい
る。
ところが、このような従来の多段増幅ゲート構
造のサイリスタにあつては、次のような欠点があ
つた。
造のサイリスタにあつては、次のような欠点があ
つた。
即ち、初段のパイロツトサイリスタのＰベース
層３の抵抗値を大きくし、光電流Iphによつて発
生するＰベース層３の横方向電位差を大きくする
と、これにより光感度（ゲート感度）の向上を図
り得るが、その反面、サイリスタ主回路から混入
する電圧ノイズに対して誤点弧しやすくなる。つ
まり急峻な電圧上昇率を持つ電圧ノイズがアノー
ド電極５′とカソード電極６間に加わると、これ
によつて発生する変位電流が上記光電流Iphと同
じ経路を通る為、この結果光感度を高くすると電
圧ノイズによつて誤点弧し易すくなる。この電圧
ノイズに対して誤点弧しないための許容最大
dv／dt値がdv／dt耐量と称されるものである。
層３の抵抗値を大きくし、光電流Iphによつて発
生するＰベース層３の横方向電位差を大きくする
と、これにより光感度（ゲート感度）の向上を図
り得るが、その反面、サイリスタ主回路から混入
する電圧ノイズに対して誤点弧しやすくなる。つ
まり急峻な電圧上昇率を持つ電圧ノイズがアノー
ド電極５′とカソード電極６間に加わると、これ
によつて発生する変位電流が上記光電流Iphと同
じ経路を通る為、この結果光感度を高くすると電
圧ノイズによつて誤点弧し易すくなる。この電圧
ノイズに対して誤点弧しないための許容最大
dv／dt値がdv／dt耐量と称されるものである。
一方、初段のパイロツトサイリスタのＮエミツ
タ層７ａの半径Ｒを小さくし、この領域で発生す
る変位電流の量を抑制し、且つＮエミツタ層７ａ
直下のＰベース層３の抵抗値を大きくすること
で、上記dv／dt耐量を損うことなしに光感度の
向上を図ることができる。然し乍らこのとき、
di／dt耐量の低下を防止する為に、初段のパイロ
ツトサイリスタで発生するスイツチング損失を軽
減することが必要となる。この点、前述したよう
にパイロツトサイリスタの段数を増やすことによ
つて、各段におけるスイツチング損失を少なくす
ることができるが、前記変位電流は光電流Iphと
違つて接合領域の全面積に亘つて流れるから、メ
インサイリスタのＮエミツタ層４の前記短絡部９
に近付くに従つてその値が大きくなる。この為、
パイロツトサイリスタの段数を増した場合、逆に
後段のパイロツトサイリスタやメインサイリスタ
において、電圧ノイズによる誤点弧が生じ易くな
ると云う新たな問題が生じた。
タ層７ａの半径Ｒを小さくし、この領域で発生す
る変位電流の量を抑制し、且つＮエミツタ層７ａ
直下のＰベース層３の抵抗値を大きくすること
で、上記dv／dt耐量を損うことなしに光感度の
向上を図ることができる。然し乍らこのとき、
di／dt耐量の低下を防止する為に、初段のパイロ
ツトサイリスタで発生するスイツチング損失を軽
減することが必要となる。この点、前述したよう
にパイロツトサイリスタの段数を増やすことによ
つて、各段におけるスイツチング損失を少なくす
ることができるが、前記変位電流は光電流Iphと
違つて接合領域の全面積に亘つて流れるから、メ
インサイリスタのＮエミツタ層４の前記短絡部９
に近付くに従つてその値が大きくなる。この為、
パイロツトサイリスタの段数を増した場合、逆に
後段のパイロツトサイリスタやメインサイリスタ
において、電圧ノイズによる誤点弧が生じ易くな
ると云う新たな問題が生じた。
更にパイロツトサイリスタの段数が増加する
と、ターンオンに必要な最小アノード電圧、つま
りフインガ電圧が増加する傾向がある。このフイ
ンガ電圧の大きなサイリスタを例えば並列運転す
ると、並列運転される各サイリスタの両端に印加
されるアノード電圧が最初にターンオンしたサイ
リスタのオン電圧によつて決定されてしまう為、
フインガ電圧の更に大きい他のサイリスタがター
ンオンしなくなると云う不具合が生じる。このよ
うな各種の問題は、上述した光サイリスタに限ら
ず、通常の電気トリガ式のサイリスタにも同様に
存在する。
と、ターンオンに必要な最小アノード電圧、つま
りフインガ電圧が増加する傾向がある。このフイ
ンガ電圧の大きなサイリスタを例えば並列運転す
ると、並列運転される各サイリスタの両端に印加
されるアノード電圧が最初にターンオンしたサイ
リスタのオン電圧によつて決定されてしまう為、
フインガ電圧の更に大きい他のサイリスタがター
ンオンしなくなると云う不具合が生じる。このよ
うな各種の問題は、上述した光サイリスタに限ら
ず、通常の電気トリガ式のサイリスタにも同様に
存在する。
本発明はこのような事情を考慮してなされたも
ので、その目的とするところは、dv／dt耐量や
フインガ電圧等の特性を損うことなしに、光感度
（ゲート感度）の向上とdi／dt耐量の改善を図る
ことのできる諸特性に優れたサイリスタを提供す
ることにある。
ので、その目的とするところは、dv／dt耐量や
フインガ電圧等の特性を損うことなしに、光感度
（ゲート感度）の向上とdi／dt耐量の改善を図る
ことのできる諸特性に優れたサイリスタを提供す
ることにある。
即ち本発明は、パイロツトサイリスタの初期点
弧領域の電流方向、および初段のパイロツトサイ
リスタを除く他のパイロツトサイリスタとメイン
サイリスタの各初期点弧領域の電流方向をそれぞ
れ最適な結晶軸方向に規定することによつて、ま
たベース層に設けた溝によつて電流方向を制限す
ることによつて上述した目的を効果的に達成した
ものである。
弧領域の電流方向、および初段のパイロツトサイ
リスタを除く他のパイロツトサイリスタとメイン
サイリスタの各初期点弧領域の電流方向をそれぞ
れ最適な結晶軸方向に規定することによつて、ま
たベース層に設けた溝によつて電流方向を制限す
ることによつて上述した目的を効果的に達成した
ものである。
以下、図面を参照して本発明の一実施例につき
説明する。
説明する。
第２図は実施例に係るサイリスタの平面構成図
であり、第３図は同サイリスタの断面構成図であ
る。このサイリスタは、先の第１図に示す従来構
造のサイリスタと同様に、４つの半導体層１，
２，３，４を導電型を交互に異ならせて積層し、
最外周にメインサイリスタを、そして内側より第
１乃至第３のパイロツトサイリスタを形成して構
成される。しかしてＰベース層３には、パイロツ
トサイリスタからメインサイリスタに至る初期点
弧電流方向を規定する溝１１ａ，１１ｂ，１１ｃ
が、例えばケミカルエツチングによつて形成さ
れ、この溝部１１ａ，１１ｂ，１１ｃにおけるＰ
ベース抵抗が他のＰベース層３より高く設定され
ている。そして、メインサイリスタのＮエミツタ
層４から分離し、且つ同導電型に形成されるパイ
ロツトサイリスタの各Ｎエミツタ層は、初期ター
ンオン領域における電流方向が次のように所定の
結晶軸方向となるべく、その長さ方向を規定して
設けられている。即ち、前記溝１１ａ，１１ｂ，
１１ｃによつて３つのパイロツトサイリスタ列に
区分された各列の第１段目のパイロツトサイリス
タ１２ａ，１２ｂ，１２ｃは、Ｎエミツタ層１３
ａ，１３ｂ，１３ｃの長手方向が受光部１４を囲
んで結晶軸〔01１〕、〔１１０〕、〔10１〕方向とな
るべく設定されており、これによつて各パイロツ
トサイリスタ１２ａ，１２ｂ，１２ｃでは、それ
ぞれ上記結晶軸方向と直角な方向に初期ターンオ
ン電流が流れるようになつている。また第２段目
および第３段目のパイロツトサイリスタ１５ａ，
１５ｂ，１５ｃ，１６ａ，１６ｂ，１６ｃはその
Ｎエミツタ層１７ａ，１７ｂ，１７ｃ，１８ａ，
１８ｂ，１８ｃの長手方向を結晶軸〔０１１〕、
〔１10〕、〔１01〕方向となるべく定められ、これ
によつて前記溝１１ａ，１１ｂ，１１ｃと相俟つ
て、初段のパイロツトサイリスタ１２ａ，１２
ｂ，１２ｃからの電流を、上記各結晶軸方向と直
角な方向に流すべく、初期ターンオン領域を形成
している。そして、メインサイリスタ１９は、上
記電流を第３段目のパイロツトサイリスタ１６
ａ，１６ｂ，１６ｃと同じ方向に流すべく、その
集電電極２０に短絡部２１を形成している。尚、
図中２２はメインサイリスタ１９のＮエミツタ層
を示しており、２３はＰベース層を示している。
従つて、このサイリスタでは受光部１４に光トリ
ガ信号を照射して生起される初期ターンオン電流
が、図中太線矢印で示すように、溝１１ａ，１１
ｂ，１１ｃによつて区分されたパイロツトサイリ
スタ１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１５ａ，１５ｂ，
１５ｃ，１６ａ，１６ｂ，１６ｃの各列をそれぞ
れ介してメインサイリスタ１９に流れるようにな
つている。
であり、第３図は同サイリスタの断面構成図であ
る。このサイリスタは、先の第１図に示す従来構
造のサイリスタと同様に、４つの半導体層１，
２，３，４を導電型を交互に異ならせて積層し、
最外周にメインサイリスタを、そして内側より第
１乃至第３のパイロツトサイリスタを形成して構
成される。しかしてＰベース層３には、パイロツ
トサイリスタからメインサイリスタに至る初期点
弧電流方向を規定する溝１１ａ，１１ｂ，１１ｃ
が、例えばケミカルエツチングによつて形成さ
れ、この溝部１１ａ，１１ｂ，１１ｃにおけるＰ
ベース抵抗が他のＰベース層３より高く設定され
ている。そして、メインサイリスタのＮエミツタ
層４から分離し、且つ同導電型に形成されるパイ
ロツトサイリスタの各Ｎエミツタ層は、初期ター
ンオン領域における電流方向が次のように所定の
結晶軸方向となるべく、その長さ方向を規定して
設けられている。即ち、前記溝１１ａ，１１ｂ，
１１ｃによつて３つのパイロツトサイリスタ列に
区分された各列の第１段目のパイロツトサイリス
タ１２ａ，１２ｂ，１２ｃは、Ｎエミツタ層１３
ａ，１３ｂ，１３ｃの長手方向が受光部１４を囲
んで結晶軸〔01１〕、〔１１０〕、〔10１〕方向とな
るべく設定されており、これによつて各パイロツ
トサイリスタ１２ａ，１２ｂ，１２ｃでは、それ
ぞれ上記結晶軸方向と直角な方向に初期ターンオ
ン電流が流れるようになつている。また第２段目
および第３段目のパイロツトサイリスタ１５ａ，
１５ｂ，１５ｃ，１６ａ，１６ｂ，１６ｃはその
Ｎエミツタ層１７ａ，１７ｂ，１７ｃ，１８ａ，
１８ｂ，１８ｃの長手方向を結晶軸〔０１１〕、
〔１10〕、〔１01〕方向となるべく定められ、これ
によつて前記溝１１ａ，１１ｂ，１１ｃと相俟つ
て、初段のパイロツトサイリスタ１２ａ，１２
ｂ，１２ｃからの電流を、上記各結晶軸方向と直
角な方向に流すべく、初期ターンオン領域を形成
している。そして、メインサイリスタ１９は、上
記電流を第３段目のパイロツトサイリスタ１６
ａ，１６ｂ，１６ｃと同じ方向に流すべく、その
集電電極２０に短絡部２１を形成している。尚、
図中２２はメインサイリスタ１９のＮエミツタ層
を示しており、２３はＰベース層を示している。
従つて、このサイリスタでは受光部１４に光トリ
ガ信号を照射して生起される初期ターンオン電流
が、図中太線矢印で示すように、溝１１ａ，１１
ｂ，１１ｃによつて区分されたパイロツトサイリ
スタ１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１５ａ，１５ｂ，
１５ｃ，１６ａ，１６ｂ，１６ｃの各列をそれぞ
れ介してメインサイリスタ１９に流れるようにな
つている。
即ち、第３図に示す断面構造を参照してその動
作を一次元的に簡易化して説明すると、光トリガ
信号を受光部１４に照射すると、その中央接合部
の空乏層領域で主に発生する光電流IphはＰベー
ス層３に流入する。この光電流Iphは受光部１４
の周囲に設けられた集電電極２３に集められたの
ち、溝部１１ａ，１１ｂ，１１ｃによる高抵抗層
によつて電流方向を規制され、各列のパイロツト
サイリスタのＰベース層３をそれぞれ介してメイ
ンサイリスタに流れ込む。そして、このメインサ
イリスタでは、Ｐベース層３とカソード電極４と
を短絡する短絡部２１を介して上記カソード電極
４に流れることになる。しかして、このパイロツ
トサイリスタの各列において電流方向を規定さ
れ、Ｐベース層３を横方向に流れる光電流Iphは、
Ｐベース層３に横方向電位差を発生させ、各パイ
ロツトサイリスタのＮエミツタをそれぞれ順方向
にバイアスすることになる。これによつて先の第
１図に示す従来構造のサイリスタと同様にして各
パイロツトサイリスタが順次ターンオンし、この
ターンオン電流がハイゲートドライブ電流として
メインサイリスタ１９をターンオンすることにな
る。
作を一次元的に簡易化して説明すると、光トリガ
信号を受光部１４に照射すると、その中央接合部
の空乏層領域で主に発生する光電流IphはＰベー
ス層３に流入する。この光電流Iphは受光部１４
の周囲に設けられた集電電極２３に集められたの
ち、溝部１１ａ，１１ｂ，１１ｃによる高抵抗層
によつて電流方向を規制され、各列のパイロツト
サイリスタのＰベース層３をそれぞれ介してメイ
ンサイリスタに流れ込む。そして、このメインサ
イリスタでは、Ｐベース層３とカソード電極４と
を短絡する短絡部２１を介して上記カソード電極
４に流れることになる。しかして、このパイロツ
トサイリスタの各列において電流方向を規定さ
れ、Ｐベース層３を横方向に流れる光電流Iphは、
Ｐベース層３に横方向電位差を発生させ、各パイ
ロツトサイリスタのＮエミツタをそれぞれ順方向
にバイアスすることになる。これによつて先の第
１図に示す従来構造のサイリスタと同様にして各
パイロツトサイリスタが順次ターンオンし、この
ターンオン電流がハイゲートドライブ電流として
メインサイリスタ１９をターンオンすることにな
る。
ところでサイリスタにおける初期ターンオン領
域の導通状態は、結晶軸方向によつて異なる。例
えば下記の文献 Solid―State Electronics “Ohservation of the Initial Phases of
Thyristor TURN―ON” 1974.Vol 17 pp 879〜880 に紹介されるように、リング状のＮエミツタを持
つパイロツトサイリスタでは、リング状にターン
オンした導通領域は、ターンオン後１〜2μsec経
過すると、結晶軸〔01１〕〔１１０〕〔10１〕方向
に導通領域が残り、結晶軸〔01１〕〔１10〕〔１
01〕方向の導通領域が急激に消滅する。しかして
本構造のサイリスタはこの結晶軸方向の異方性を
積極的に利用することによつて、従来構造の問題
点を効果的に解決している。
域の導通状態は、結晶軸方向によつて異なる。例
えば下記の文献 Solid―State Electronics “Ohservation of the Initial Phases of
Thyristor TURN―ON” 1974.Vol 17 pp 879〜880 に紹介されるように、リング状のＮエミツタを持
つパイロツトサイリスタでは、リング状にターン
オンした導通領域は、ターンオン後１〜2μsec経
過すると、結晶軸〔01１〕〔１１０〕〔10１〕方向
に導通領域が残り、結晶軸〔01１〕〔１10〕〔１
01〕方向の導通領域が急激に消滅する。しかして
本構造のサイリスタはこの結晶軸方向の異方性を
積極的に利用することによつて、従来構造の問題
点を効果的に解決している。
即ち、本サイリスタでは、１段目のパイロツト
サイリスタ１２ａ，１２ｂ，１２ｃの初期ターン
オン領域の長さ方向が、結晶軸〔01１〕〔１10〕
〔１01〕方向となるべくＮエミツタ層１３ａ，１
３ｂ，１３ｃの形成方向が定められており、従つ
て、これらの第１段目のパイロツトサイリスタ１
２ａ，１２ｂ，１２ｃによつて各列の２段目およ
び３段目のパイロツトサイリスタがターンオンさ
れると共に、上記１段目のパイロツトサイリスタ
１２ａ，１２ｂ，１２ｃの初期導通領域が急速に
消滅する。この結果、ターンオン初期に発生する
過大な電力損失が第１のパイロツトサイリスタ１
２ａ，１２ｂ，１２ｃに集中することが未然に防
がれ、あるいは大幅に軽減される。これ故初段
（第１）のパイロツトサイリスタ１２ａ，１２ｂ，
１２ｃの初期ターンオン領域を十分に小さくする
ことができる。またこの初期ターンオン領域は、
主としてＮエミツタ層１３ａ，１３ｂ，１３ｃの
長さによつて決定される。従つて、このＮエミツ
タ層１３ａ，１３ｂ，１３ｃの長さを小さくする
ことによつて、第２図に示す平面構成から明らか
なように、集電電極２３の部分で発生する変位電
流の量を小さくすることができる。故に、Ｎエミ
ツタ層１３ａ，１３ｂ，１３ｃ下のＰベース層３
の抵抗を大きくして、光電流Iphに対する感度を
高めても、これによつてdv／dt耐量が損われる
ことはないと云う著しい効果が奏せられる。更に
は、前記溝部１１ａ，１１ｂ，１１ｃの下のベー
ス層３で発生する変位電流は各パイロツトサイリ
スタのＰベース層３領域を流れることは殆んどな
いから、例えパイロツトサイリスタの構成段数を
増加させても、その最外周、つまり後段のパイロ
ツトサイリスタのdv／dt耐量が犠牲になること
はない。従つてパイロツトサイリスタの仕様設計
を非常に簡単に行うことが可能となる。更に本構
造によればdi／dt耐量を上げる為に、必要以上に
パイロツトサイリスタの構成段数を増加させる必
要がなく、故にdi／dt耐量の改善に伴うフインガ
電圧の増大も最小限に抑えることができる等の絶
大なる効果を奏する。
サイリスタ１２ａ，１２ｂ，１２ｃの初期ターン
オン領域の長さ方向が、結晶軸〔01１〕〔１10〕
〔１01〕方向となるべくＮエミツタ層１３ａ，１
３ｂ，１３ｃの形成方向が定められており、従つ
て、これらの第１段目のパイロツトサイリスタ１
２ａ，１２ｂ，１２ｃによつて各列の２段目およ
び３段目のパイロツトサイリスタがターンオンさ
れると共に、上記１段目のパイロツトサイリスタ
１２ａ，１２ｂ，１２ｃの初期導通領域が急速に
消滅する。この結果、ターンオン初期に発生する
過大な電力損失が第１のパイロツトサイリスタ１
２ａ，１２ｂ，１２ｃに集中することが未然に防
がれ、あるいは大幅に軽減される。これ故初段
（第１）のパイロツトサイリスタ１２ａ，１２ｂ，
１２ｃの初期ターンオン領域を十分に小さくする
ことができる。またこの初期ターンオン領域は、
主としてＮエミツタ層１３ａ，１３ｂ，１３ｃの
長さによつて決定される。従つて、このＮエミツ
タ層１３ａ，１３ｂ，１３ｃの長さを小さくする
ことによつて、第２図に示す平面構成から明らか
なように、集電電極２３の部分で発生する変位電
流の量を小さくすることができる。故に、Ｎエミ
ツタ層１３ａ，１３ｂ，１３ｃ下のＰベース層３
の抵抗を大きくして、光電流Iphに対する感度を
高めても、これによつてdv／dt耐量が損われる
ことはないと云う著しい効果が奏せられる。更に
は、前記溝部１１ａ，１１ｂ，１１ｃの下のベー
ス層３で発生する変位電流は各パイロツトサイリ
スタのＰベース層３領域を流れることは殆んどな
いから、例えパイロツトサイリスタの構成段数を
増加させても、その最外周、つまり後段のパイロ
ツトサイリスタのdv／dt耐量が犠牲になること
はない。従つてパイロツトサイリスタの仕様設計
を非常に簡単に行うことが可能となる。更に本構
造によればdi／dt耐量を上げる為に、必要以上に
パイロツトサイリスタの構成段数を増加させる必
要がなく、故にdi／dt耐量の改善に伴うフインガ
電圧の増大も最小限に抑えることができる等の絶
大なる効果を奏する。
尚、本発明は上記実施例にのみ限定されるもの
ではない。実施例では光サイリスタにつき例示し
たが、受光部１４のＰベース層上にゲート電極を
設けた電気トリガ式のものであつても同様に適用
できる。また溝の形状や深さ、その個数、更には
パイロツトサイリスタの構成段数は仕様に応じて
定めればよいものである。また実施例では第１の
パイロツトサイリスタの初期ターンオン領域の長
さ方向のみを結晶軸〔01１〕〔１１０〕〔10１〕方
向としたが、２段目のパイロツトサイリスタもこ
れと同方向に形成するようにしてもよい。
ではない。実施例では光サイリスタにつき例示し
たが、受光部１４のＰベース層上にゲート電極を
設けた電気トリガ式のものであつても同様に適用
できる。また溝の形状や深さ、その個数、更には
パイロツトサイリスタの構成段数は仕様に応じて
定めればよいものである。また実施例では第１の
パイロツトサイリスタの初期ターンオン領域の長
さ方向のみを結晶軸〔01１〕〔１１０〕〔10１〕方
向としたが、２段目のパイロツトサイリスタもこ
れと同方向に形成するようにしてもよい。
なお本発明の効果は、パイロツトサイリスタの
分割数によらない。第４図ａ，ｂに示すように例
えば、分割数が「１」の場合でも、本発明の効果
はかわらない。同図において、スイツチ３１を閉
じ、ゲート信号をゲート電極３２に印加するとゲ
ート電流igは溝部３３に阻まれるため、集電電極
３４を経由して、Ｐベースのカソード電極短絡部
３５を経由して流れる。ゲート電流によつて、パ
イロツトサイリスタ部３６が、ターンオンすると
ターンオン電流は集電電極３４を経由して、短絡
部３５を経由して、カソード電極３７へ流れ、メ
インサイリスタ部３８のゲート電極として機能す
る。この場合パイロツトサイリスタ３６ゲート電
極対向長方向を例えば〔１１０〕方向にメインサ
イリスタ３８の集電電極対向長方向を〔１10〕す
れば本発明の効果を得ることができる。要するに
本発明はその要旨を逸脱しない範囲で種々変形し
て実施することができる。
分割数によらない。第４図ａ，ｂに示すように例
えば、分割数が「１」の場合でも、本発明の効果
はかわらない。同図において、スイツチ３１を閉
じ、ゲート信号をゲート電極３２に印加するとゲ
ート電流igは溝部３３に阻まれるため、集電電極
３４を経由して、Ｐベースのカソード電極短絡部
３５を経由して流れる。ゲート電流によつて、パ
イロツトサイリスタ部３６が、ターンオンすると
ターンオン電流は集電電極３４を経由して、短絡
部３５を経由して、カソード電極３７へ流れ、メ
インサイリスタ部３８のゲート電極として機能す
る。この場合パイロツトサイリスタ３６ゲート電
極対向長方向を例えば〔１１０〕方向にメインサ
イリスタ３８の集電電極対向長方向を〔１10〕す
れば本発明の効果を得ることができる。要するに
本発明はその要旨を逸脱しない範囲で種々変形し
て実施することができる。
以上詳述したように本発明によれば、フインガ
電圧やdv／dt耐量等の主要な特性を損うことな
しに、di／dt耐量の向上とゲート感度の大幅な向
上を図り得る。しかもパイロツトサイリスタの初
期ターンオン領域の長さ方向を規定し、且つ溝に
よつて電流方向を規定するだけで上記目的を極め
て効果的に達成することができ、実用上絶大なる
利点効果を奏し得る。
電圧やdv／dt耐量等の主要な特性を損うことな
しに、di／dt耐量の向上とゲート感度の大幅な向
上を図り得る。しかもパイロツトサイリスタの初
期ターンオン領域の長さ方向を規定し、且つ溝に
よつて電流方向を規定するだけで上記目的を極め
て効果的に達成することができ、実用上絶大なる
利点効果を奏し得る。
第１図は従来構造のサイリスタを示す構成図、
第２図は本発明の一実施例に係るサイリスタの平
面構成図、第３図は同実施例サイリスタの断面構
成図、第４図ａ，ｂは本発明の別の実施例を示す
構成図である。 ３…Ｐベース層、４…Ｎエミツタ層、６…カソ
ード電極、１１ａ，１１ｂ，１１ｃ…溝、１２
ａ，１２ｂ，１２ｃ…第１のパイロツトサイリス
タ、１３ａ，１３ｂ，１３ｃ…Ｎエミツタ層、１
４…受光部、１５ａ，１５ｂ，１５ｃ，１６ａ，
１６ｂ，１６ｃ…第２および第３のパイロツトサ
イリスタ、１７ａ，１７ｂ，１７ｃ，１８ａ，１
８ｂ，１８ｃ…Ｎエミツタ層、１９…メインサイ
リスタ、２０，２３…集電電極、２１…短絡部、
２２…Ｎエミツタ層。
第２図は本発明の一実施例に係るサイリスタの平
面構成図、第３図は同実施例サイリスタの断面構
成図、第４図ａ，ｂは本発明の別の実施例を示す
構成図である。 ３…Ｐベース層、４…Ｎエミツタ層、６…カソ
ード電極、１１ａ，１１ｂ，１１ｃ…溝、１２
ａ，１２ｂ，１２ｃ…第１のパイロツトサイリス
タ、１３ａ，１３ｂ，１３ｃ…Ｎエミツタ層、１
４…受光部、１５ａ，１５ｂ，１５ｃ，１６ａ，
１６ｂ，１６ｃ…第２および第３のパイロツトサ
イリスタ、１７ａ，１７ｂ，１７ｃ，１８ａ，１
８ｂ，１８ｃ…Ｎエミツタ層、１９…メインサイ
リスタ、２０，２３…集電電極、２１…短絡部、
２２…Ｎエミツタ層。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 導電型を交互に異ならせて積層された４つの
半導体層からなるメインサイリスタのベース層中
に、上記メインサイリスタのエミツタ層を除く他
の３つの半導体層を共有するパイロツトサイリス
タのエミツタ層を、上記メインサイリスタのエミ
ツタ層から分離し、且つこのメインサイリスタの
エミツタ層と同導電型に形成してなるサイリスタ
において、上記パイロツトサイリスタの初期点弧
領域の電流方向を結晶軸〔01１〕、〔１１０〕、〔１
01〕方向と直角な方向に定め、このパイロツトサ
イリスタの点弧によつて駆動されるメインサイリ
スタの初期点弧領域の電流方向を結晶軸〔０１
１〕、〔１10〕、〔10１〕方向と直角な方向に定めて
なることを特徴とするサイリスタ。 ２ 初期点弧領域の電流方向は、ベース層に形成
されるエミツタ層の長手方向と、ベース層に設け
られた溝によつて電流の流れる方向を規制して定
められるものである特許請求の範囲第１項記載の
サイリスタ。 ３ パイロツトサイリスタは、メインサイリスタ
に向つて複数の列を形成して設けられるものであ
つて、パイロツトサイリスタの各列はベース層に
設けられた溝によつてそれぞれ分離構成されるも
のである特許請求の範囲第１項記載のサイリス
タ。 ４ パイロツトサイリスタは、メインサイリスタ
に向つて複数個形成されて初段のパイロツトサイ
リスタから順次点弧駆動されるものであつて、初
期点弧領域の電流方向が結晶軸〔01１〕、〔１１
０〕、〔１01〕方向と直角な方向に定められるパイ
ロツトサイリスタは、少なくとも初段のパイロツ
トサイリスタであつて、残りのパイロツトサイリ
スタの初期点弧領域の電流方向はメインサイリス
タと共に結晶軸〔０１１〕、〔１10〕、〔10１〕方向
と直角な方向に定められるものである特許請求の
範囲第１項記載のサイリスタ。 ５ 初段のパイロツトサイリスタは、光トリガ信
号を受けて点弧動作するものである特許請求の範
囲第４項記載のサイリスタ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP56101595A JPS583284A (ja) | 1981-06-30 | 1981-06-30 | サイリスタ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP56101595A JPS583284A (ja) | 1981-06-30 | 1981-06-30 | サイリスタ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS583284A JPS583284A (ja) | 1983-01-10 |
| JPH0136263B2 true JPH0136263B2 (ja) | 1989-07-31 |
Family
ID=14304730
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP56101595A Granted JPS583284A (ja) | 1981-06-30 | 1981-06-30 | サイリスタ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS583284A (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE102004040524B4 (de) * | 2004-08-20 | 2006-06-29 | eupec Europäische Gesellschaft für Leistungshalbleiter mbH | Thyristor mit gleichmäßigem Zündverhalten |
-
1981
- 1981-06-30 JP JP56101595A patent/JPS583284A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS583284A (ja) | 1983-01-10 |
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