JPH0136712B2

JPH0136712B2 -

Info

Publication number: JPH0136712B2
Application number: JP57199962A
Authority: JP
Inventors: Hiromichi Oohashi; Yoshihiro Yamaguchi
Original assignee: Tokyo Shibaura Electric Co Ltd
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1982-11-15
Filing date: 1982-11-15
Publication date: 1989-08-02
Also published as: JPS5989462A

Description

【発明の詳細な説明】〔発明の技術分野〕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。

〔発明の技術的背景とその問題点〕

直流送電用サイリスタバルブなど電力変換装置
の大容量化、高電圧化に伴い、使用されているサ
イリスタを光トリガサイリスタに置きかえること
が強く要望されている。高電圧電力変換装置に光
トリガサイリスタを使うと、主回路と制御回路の
間の電気絶縁、誘導障害対策が容易になるため、
装置を大幅に小型・軽量化できる。

しかし、現在利用できる光トリガエネルギー
は、電気トリガエネルギーとくらべて微弱なた
め、光トリガサイリスタの光感度を電気トリガ式
サイリスタのゲート感度に換算して数10倍大きく
する必要があつた。一般に、サイリスタのゲート
感度を大きくすると、雷サージなど、主回路側か
ら混入する急峻な立上りの電圧ノイズに対してサ
イリスタは動作しやすくなる。過電圧が印加され
ても誤動作しな許容電圧上昇率をdv／dt耐量と
呼んでいる。受光部の面積を小さくし、この部分
で発生する変位電流を小さくすると、光感度を犠
性にしないでdv／dt耐量を上げることができる
が、受光部面積を小さくするとターンオン初期の
導通領域が減少し、ターンオン初期に発生する急
峻な立上りオン電流に対する耐量（di／dt耐量）
が低下する。dv／dt、di／dt耐量など主要なサイ
リスタ特性を犠性にすることなく高い光感度の光
トリガサイリスタを実現することが重要な技術的
課題となつている。

第１図に代表的な光トリガサイリスタ断面図を
示す。導電型の異なる４層の半導体層が、シリコ
ンなどの半導体ウエハに形成してあり、１はＰエ
ミツタ層、２はＮベース層、３はＰベース層、４
はＮエミツタ層と呼ばれている。半導体ウエハの
中央部には、同芯円状にＮエミツタ層４ａからな
るパイロツトサイリスタ１０が配置してあり、そ
の中央部には、Ｐベース層３を露出し受光部５と
している。Ｎエミツタ層４ａにはアルミニウムな
どの蒸着層からなる電極５ａが形成してある。パ
イロツトサイリスタ１０と同芯円状に主サイリス
タ１１が形成してあり、そのＮエミツタ４ｂには
カソード電極５ｂが蒸着してある。Ｎエミツタ層
４ｂには短絡部７が設けてあり、所定の間隔でＰ
ベース層３とカソード電極５ｂが短絡してある。
主サイリスタ１１の外周部にはdv／dt補償電極
８が設けてあり、dv／dt補償電極８は導体９に
よつて電極５ａと電気的に結合してある。Ｐエミ
ツタ層１にはタングステンなどの金属で形成され
たアノード電極６が合金法などの方法により取付
けてある。

このようにして構成された光トリガサイリスタ
の受光部５に光量φの光トリガ信号を照射する
と、Ｎベース層２とＰベース層３によつて形成さ
れる中央接合部J₂の両側の空乏層領域で主に発生
する光電流Iphが流れ始める。第１図において破
線で示す光電流Iphは、Ｐベース層３を横方向に
流れ、主サイリスタ１１に設けた短絡部７、カソ
ード電極５ｂを経由して、負荷１２と電源１３か
らなる外部回路へ流れる。光電流Iphが流れるＰ
ベース層３とＰベース横方向抵抗R₁の両端に発
生する電圧降下V₁はＰベース層３とＮエミツタ
層４ａからなる接合部J₃を順方向にバイアスす
る。順バイアスの一番深いＮエミツタ４ａの内周
部４a′の電圧V₁がJ₃の拡散電位より大きくなると
４a′部分からの電子の注入が急増し、パイロツト
サイリスタ１０は４a′部分から光ターンオンす
る。このターンオン電流Ipは４ａ−５ａ−９−８
−３−７−５ｂを経由して外部回路へ流れ出る。
Ipは主サイリスタ１１に対してゲート電流として
機能し、Ipによつて主サイリスタ１１がターンオ
ンし、この光トリガサイリスタはオン状態にな
る。以上の説明から明らかなように、光トリガサ
イリスタの光感度はＰベース横方向抵抗R₁によ
つて決定されR₁が大きいほど光感度は大きくな
る。

次にこの光トリガサイリスタのアノード電極６
とカソード電極５ｂの間に急峻な立上りの電圧ノ
イズが印加された場合を考える。光トリガ信号を
受光部に照射した場合と異なり電圧ノイズが光ト
リガサイリスタのアノード電極６とカソード電極
５ｂの間に印加されると変位電流Idは光トリガサ
イリスタの全接合面積を流れる。受光部直下の中
央接合部J₂の接合容量をC₁とするとC₁を経由して
流れる変位電流Id₁は実線で示してあるように光
電流Iphと同一経路を流れる。一方、dv／dt補償
電極８の近傍の接合容量C₂を介して流れる変位
電流Id₂は主サイリスタ１１に設けた短絡部７を
経由して流れる。この時の光トリガサイリスタを
等価回路で示すと第２図のようになる。Ａ点はカ
ソード電極５ｂに対応する。パイロツトサイリス
タ１０のＮエミツタ層４ａとＰベース層３からな
るダイオードＤのバイアス電圧VjはR₁とR₂の両
端電圧V₁′，V₂′の差V₁′−V₂′で表わせる。Vj＝
V₁′−V₂′の値がJ₃の拡散電位をこすとパイロツト
サイリスタ１０はdv／dtトリガする。この場合、
R₂の値を調節しVjの値を低くおさえると電圧ノ
イズが印加されてもJ₃は順バイアスされにくくな
り、パイロツトサイリスタ１０のdv／dt耐量は
R₁の値と無関係に改善することができる。

以上の方法により、従来の光トリガサイリスタ
は光感度とdv／dt耐量の改善を図つていた。と
ころが、従来の光トリガサイリスタには次のよう
な欠点があつた。

即ち、従来の光トリガサイリスタでは、R₁と
R₂を大きくし、dv／dt補償電極の効果を使い、
光感度とdv／dt耐量の改善おこなうが、不必要
にR₂を大きくすると主サイリスタ１１のゲート
感度が大きくなり、主サイリスタ１１のdv／dt
耐量が低下してしまう問題があつた。R₂は第２
図の等価回路から明らかなように、第１図の溝部
１４直下のＰベース層抵抗R₂′と主サイリスタ１
１のＮエミツタ層４a′直下のＰベース層抵抗
R₂″の和である。Ｎエミツタ４a′とＰベース層３
によつて形成される接合部J₃′のバイアス電圧は
R₂″で決定されるから溝部１４を深くし、R₂′を大
きくすることによりR₂を大きくすれば主サイリ
スタ１１のdv／dt耐量を低下させることなく、
パイロツトサイリスタ１０の光感度を増大できる
が、主サイリスタ１１のゲート感度が低下するた
め、パイロツトサイリスタ１０のターンオンより
も主サイリスタ１１のターンオンが遅れる問題が
あつた。その結果、光ターンオン初期のオン電流
がパイロツトサイリスタ１０に集中し、di／dt耐
量が大幅に低下してしまう。このように、dv／
dt、di／dt耐量を損うことなく、光感度を改善す
るのに、従来のサイリスタでは限界があつた。

〔発明の目的〕

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
などの特性を損うことなく、光感度（ゲート感
度）の向上とdi／dt耐量の大幅な改善を図つた実
用性の高いサイリスタを提供することにある。

〔発明の概要〕

本発明は、ベース層に形成した集電電極に囲ま
れるように複数のパイロツトサイリスタを配し、
かつパイロツトサイリスタのエミツタ層に囲こま
れるベース層上にそれぞれゲート電極を形成し、
これらの各パイロツトサイリスタのゲート電極を
順次前段のパイロツトサイリスタのエミツタ層上
に設けられたエミツタ電極に電気的に接続すると
共に、最終段のパイロツトサイリスタのエミツタ
電極を前記集電電極と共通化し、もれ電流や過電
圧印加に伴う変位電流によつて生じるパイロツト
サイリスタ最終段のカソードエミツタバイアス電
圧より、その他のパイロツトサイリスタのカソー
ドエミツタバイアス電圧を小さくするか、等しく
なるようにしたことを特徴とする。

〔発明の効果〕

本発明によれば、dv／dt耐量を低下させるこ
となく、各パイロツトサイリスタのゲート感度を
大きくすることができ、更に受光部の径を従来の
２〜３倍以上も大きくすることができる。そして
受光部を大きくできる結果、光感度や光結合効率
を大幅に改善することができる。また受光部の径
を大きくすると、一般にこの部分で発生するもれ
電流が増加し高温動作時に耐圧が低下する傾向に
あるが、本発明では、もれ電流は変位電流と同一
経路を流れるからもれ電流による誤トリガ防止に
も効果がある。更に本発明では、複数のパイロツ
トサイリスタが順次ターンオンするので、第１の
パイロツトサイリスタにターンオン初期に流れる
電流が後段のパイロツトサイリスタ数に比例して
減少するから、第１のパイロツトサイリスタへの
ターンオン電流の集中を軽減することができ、
dv／dt耐量を損うことなくdi／dt耐量を大幅に拡
大することができる。

〔発明の実施例〕

以下、図を参照して、本発明の一実施例につい
て説明する。第３図および第４図は、本発明の実
施例に係るサイリスタの構成を示すもので、第３
図はゲート電極の平面図、第４図は断面図であ
る。

Ｐエミツタ層２１、Ｎベース層２２、Ｐベース
層２３、Ｎエミツタ層２４ｆの４つの積層された
半導体層からなる主サイリスタMTの上記Ｎエミ
ツタ層２４ｆに隣接するＰベース層２３表面には
集電電極２５が形成されており、この集電電極２
５に囲まれて複数のパイロツトサイリスタが形成
されている。ここでは、受光部２６を備えた第１
のパイロツトサイリスタPT₁からエミツタ電極を
集電電極２５と共通化した第５のパイロツトサイ
リスタPT₅まで、計５個のパイロツトサイリスタ
PT₁〜PT₅が形成されている。集電電極２５の周
辺部、つまり各パイロツトサイリスタPT₁〜PT₅
の周りには、主サイリスタMTが形成される。第
１のパイロツトサイリスタPT₁は受光部２６の周
りに、円環状に、Ｎエミツタ層２４ａを形成し、
その表面に、エミツタ電極２７を配置して構成さ
れる。また、第２から第５までのパイロツトサイ
リスタPT₂〜PT₅はＰベース層２３中に、集電電
極２５に囲まれてＮエミツタ層２４ｂ，２５ｃ，
２４ｄ，２４ｅをそれぞれ形成し、これらのＮエ
ミツタ層２４ｂ，２４ｃ，２４ｄ，２４ｅ上にそ
れぞれエミツタ電極２８，２９，３０，３１を形
成すると共に、Ｐベース層２３上に各ゲート電極
３２，３３，３４，３５を形成して構成される。
このうち、第５のパイロツトサイリスタPT₅のエ
ミツタ電極３１は前記集電電極２５と共通化され
ている。しかして、各段のパイロツトサイリスタ
PT₂，PT₃，PT₄，PT₅の各ゲート電極３２，３
３，３４，３５はそれぞれ前段のパイロツトサイ
リスタPT₁，PT₂，PT₃，PT₄の各エミツタ電極
２７，２８，２９，３０にAl線等の配線層３６
を介して順次電気的に接続されている。従つて、
各段のパイロツトサイリスタPT₂，PT₃，PT₄，
PT₅はそれぞれ前段のパイロツトサイリスタ
PT₁，PT₂，PT₃，PT₄のターンオン電流をゲー
ト電流として受けて、ターンオン動作するように
なつている。３７，３８はそれぞれカソード電
極、アノード電極である。

さて、このように構成された本サイリスタの受
光部２６に光ゲート信号hνを照射すると、第１
のパイロツトサイリスタPT₁の中央接合部の空乏
層領域で主に発生した光電流IphがＰベース層２
３に流れ込む。この光電流IphはＰベース層２３
を横方向に流れ、Ｐベース層２３に設けた集電電
極２５を介したのち、Ｐベース層２３とカソード
電極３７との間に設けられた短絡部３９を介して
上記カソード電極３７に流れ込む。この結果、光
電流Iphは、第１のパイロツトサイリスタPT₁領
域のＰベース層２３に横方向電位差を発生し、こ
れによつて、第１のパイロツトサイリスタPT₁の
Ｎエミツタ層２４ａが順方向にバイアスされるこ
とになる。この順方向バイアス電圧の一番深い電
位が、上記Ｎエミツタ層２４ａとＰベース層２３
との間の接合部の拡散電位の値に近ずくと、これ
によつてＮエミツタ層２４ａからＰベース層２３
への電子の注入が急激に増加し、第１パイロツト
サイリスタPT₁は上記接合部からターンオンする
ことになる。この第１のパイロツトサイリスタ
PT₁のターンオン電流は配線層３６を介して第２
のパイロツトサイリスタPT₂のゲート電極３２に
ゲート電流として印加され、これによつて第２の
パイロツトサイリスタPT₂がターンオンすること
になる。同様にしてパイロツトサイリスタPT₂の
ターンオンによつて、第３〜第５のパイロツトサ
イリスタPT₃〜PT₅が順次ターンオンすることに
なる。そして第５のパイロツトサイリスタPT₅の
ターンオン電流は、集電電極２５から短絡部３９
を介して、カソード電極３７に流れ、この時上記
ターンオン電流は主サイリスタMTのゲート電流
として機能するから、主サイリスタMTがターン
オンすることになる。

ところで、サイリスタの光感度（ゲート感度）
を上げるには、一般に最初にターンオンする第１
パイロツトサイリスタPT₁のＮエミツタ層２４ａ
直下のＰベース層２３の横方向抵抗を大きくすれ
ばよい。ところが、本発明からなる構造のサイリ
スタでは、この他に第２パイロツトサイリスタ
PT₂のゲート電極３２と集電電極２５の間の抵抗
値Rp₂の値を小さくした方がよい。

第５図に発明者らがおこなつた、第１パイロツ
トサイリスタPT₁の最小光トリガパワーφ^*とRp₂
の関係を示す。Pp₂＞100Ωになるとφ^*が急激に
増大し、光感度が低下することがわかる。これ
は、光電流Iphの一部が第１パイロツトサイリス
タPT₁のＮエミツタ層２４ａ、配線層３６、第２
パイロツトサイリスタPT₂のゲート電極３２、第
２パイロツトサイリスタPT₂のＮエミツタ層２４
ｂ直下のＰベース層２３を経由して、集電電極２
５へ流れる結果、集電電極２５とゲート電極３２
の間に、Ｎエミツタ２４ｂを逆方向にバイアスす
る電圧が発生するからである。従つてゲート電極
３２と集電電極２５の間の抵抗Rp₂を小さくし、
Ｎエミツタ層２４ｂに印加される逆バイアス電圧
を小さくするほど光感度が各善される。次にこの
ような構造のサイリスタにdv／dt値の大きな電
圧ノイズがアノード・カソード間に加つた場合を
考える。本発明からなるサイリスタの等価回路を
第６図に示す。受光部のある第１パイロツトサイ
リスタPT₁から第５パイロツトサイリスタPT₅ま
でのＮエミツタ２４ａ，２４ｂ，２４ｃ，２４
ｄ，２４ｅ直下のＰベース層２３を経由して流れ
る変位電流を供給する接合容量をそれぞれC₁〜
C₅で表わす。C_Mは主サイリスタMTの内周部に
配置された短絡部３９に流込む変位電流を供給す
る接合容量である。ダイオードD₁〜D₅は各パイ
ロツトサイリスタPT₁〜PT₅のＮエミツタ層とＰ
ベース層２３から形成されるダイオードである。
同様にA_Mは主サイリスタMTのＮエミツタ層２
４ｆとＰベース層２３から形成されるダイオード
を表わしている。同図においてＡはカソード電
極、Ｋはカソード電極を表わし、Ｂは受光部、Ｃ
〜Ｆはゲート電極３２〜３５をそれぞれ表わして
いる。又H₁〜H₅は集電電極２５に対応してい
る。各接合容量C₁〜C_Mを介して流れる変位電流
の密度をJdとすると、変位電流の発生に伴い集
電電極H₁〜H₅と受光部Ｂおよびゲート電極Ｃ〜
Ｆの間に発生する電位差V₁〜V₅はJdに比例する。
各比例定数をR₁（＝V₁／Jd）、R₂（＝V₂／Jd）、R₃
（＝V₃／Jd）、R₄（＝V₄／Jd）、R₅（＝V₅／Jd）で
表わす。

各パイロツトサイリスタPT₁〜PT₅の順方向バ
イアスの最大値は第６図においてダイオードD₁
〜D₅の両端電圧である。D₁〜D₅の両端に印加さ
れる順方向バイアスV₁₂，V₂₃，V₃₄，V₄₅および
V₅はR₁とR₂、R₂とR₃、R₃とR₄、R₄とR₅の両端
電圧の差およびR₅の両端電圧で、それぞれ表わ
すことができる。Jdは接合容量Cjとdv／dt値の
積であるからV₁₂，V₂₃，V₃₄，V₄₅およびV₅は次
のようになる。

V₁₂＝V₁−V₂＝(R₁-R₂)・Cj・dv／dt …(1) V₂₃＝V₂−V₃＝(R₂-R₃)・Cj・dv／dt …(2) V₃₄＝V₃−V₄＝(R₃-R₄)・Cj・dv／dt …(3) V₄₅＝V₄−V₅＝(R₄-R₅)・Cj・dv／dt …(4) V₅＝V₅＝R₅・Cj・dv／dt V₁₂，V₂₃，V₃₄，V₄₅およびV₅の値が、各ダイ
オードD₁〜D₅の拡散電位になるとパイロツトサ
イリスタからの電子の注入が急増し、最初にバイ
アス電圧が拡散電位を越したパイロツトサイリス
タがdv／dtトリガする。本実施例ではV₁₂，V₂₃，
V₃₄，V₄₅の値がV₅より小さいか、等しくなるよ
うR₁〜R₅の値を選定してある。V₁₂，V₂₃，V₃₄，
V₄₅がV₅と等しくなるように設計した場合R₅＝
R₄−R₅＝R₃−R₄＝R₂−R₃＝R₁−R₂となり、こ
れらの関係からR₅＝R₄／２＝R₃／３＝R₂／４＝
R₁／５の関係が得られる。従つて、前述した条
件を満足するには少くなくともR₅R₄／２、R₅
R₃／３、R₅R₂／４、R₅R₁／５の関係を満
すように、R₁〜R₅の値を選定しなくてはならな
い。

なお、本発明では前述したように第２パイロツ
トサイリスタPT₂のゲート電極３２と集電電極２
５の間の抵抗値を100Ω以下にして光感度の低下
を防止する必要がある。R₂は第２パイロツトサ
イリスタPT₂のＮエミツタ幅に依存すのに対し
て、ゲート電極３２と集電電極２５の間の抵抗値
はＮエミツタ長を大きくすることによつて低くで
きる。従つて前述したR₁〜R₅の条件と集電電極
２５とゲート電極３２の間の抵抗値の条件は相互
に矛盾なく実現できる。

ところで、このような構造ではdv／dt耐量が
最終段のパイロツトサイリスタPT₅のＰベース実
効抵抗Rnで決定される。実施例に示したように、
パイロツトサイリスタを５段にした場合、所定の
仕様のdv／dt値を満すようにR₅を決定すればよ
い。その時、R₁はR₅の５倍まで大きくできる。
受光部のある第１パイロツトサイリスタPT₁の光
感度を大きくしたり、又光信号伝送系との光結合
効率を大きくするため、受光部の径を大きくしよ
うとすると、一般にR₁を大きくする必要がある。
本発明ではdv／dt耐量を犠性にすることなく容
易にR₁を大きくすることができるので、光感度
や、光結合効率を大幅に改善することができる。
例えば4KVの光トリガサイリスタを使つた実験
によれば、受光部の直径ｄ＝1.5mmφの場合、
dv／dt＝1500V／μsで従来例では最小光トリガパ
ワーφ^*＝4mwであつたものが、本発明からなる
５段パイロツトサイリスタの光トリガサイリスタ
では、φ^*＝2mwにすることができた。又同じφ^*
＝4mwで比較すると、本発明を実施した場合、
ｄ＝３mmφと２倍に改善することができた。1.5
mmφのバンドル型光フアイバーからなる光信号伝
送系と３mmφのそれとでは光源に発光ダイオード
を使つた場合、発光ダイオードの光出力とバンド
ル型光フアイバの光結合効率を３倍以上改善する
ことができる。いずれの場合も発光ダイオードの
駆動電流を大幅に改善できる。発光ダイオードの
駆動電流値は、発光ダイオードの寿命に大きく影
響するから本発明を実施することにより、光トリ
ガシステムの信頼性を大幅に向上させることがで
きる。特に、光トリガシステムに高い信頼性が要
求されている直流送電用サイリスタバルブ等に、
本発明からなる光トリガサイリスタを搭載する
と、大きな効果を発揮する。又、受光部の径を大
きくするとこの部分で発生するもれ電流が増加
し、高温動作時に耐圧が低下する傾向に一般にあ
るが、もれ電流は変位電流と同一経路を流れるか
ら、本発明を実施したサイリスタでは、もれ電流
による誤トリガ防止に対しても効果がある。その
結果、高温時の順方向阻止電圧特性のすぐれたサ
イリスタを実現できる。

さらに本発明では、集電電極によつて次に示す
効果が得られる。第２図に示してあるように従来
例ではR₁、R₂はカソード電極を介して電気的に
結合し、変位電流によりR₁で発生する電圧をR₂
の両端で発生する電圧で打ち消し、dv／dt耐量
を改善している。しかし前述したように主サイリ
スタのdv／dt耐量の低下を防止しようとすると
di／dt耐量が低下するといつた問題があつた。

これに対して本発明ではR₁〜Rfは集電電極を
介して電気的に結合されているため、パイロツト
サイリスタの段数を容易に増設できる。即ち本発
明では、第６図に示されるように集電電極H₁，
H₂，…で抵抗R₁，R₂，…の一端が短絡されるか
ら、初段のパイロツトサイリスタの接合容量C₁
を流れる変位電流は抵抗R₁を通つて集電電極に
流れて２段目にはバイアスとならず、２段目のパ
イロツトサイリスタの接合容量C₂を流れる変位
電流は同様に抵抗R₂を通つて集電電極に流れて
３段目のバイアスとはならない、という作用を有
するからである。そして受光部のある第１パイロ
ツトサイリスタPT₁にターンオン初期に流れる電
流は後段のパイロツトサイリスタ数に比例して減
少するから、本発明からなるサイリスタは第１パ
イロツトサイリスタPT₁へのターンオン電流の集
中を軽減できる。また、dv／dtノイズにより変
位電流が流れた時、第６図において例えば容量
C₂を流れる変位電流は抵抗R₂を通つてダイオー
ドD₁に対して逆バイアスを発生し、容量C₃を流
れる変位電流は抵抗R₃を通つてダイオードD₂に
対して逆バイアスを発生する、という効果が得ら
れる。初段パイロツトサイリスタがターンオンし
た時も、そのターンオン電流はダイオードD₁か
ら抵抗R₂を通つて集電電極に流れやはり、ダイ
オードD₁に対して逆バイアスを発生する、とい
う関係が得られる。これらの結果本発明では、
di／dt耐量やdv／dt耐量を大きく保ちながら、ゲ
ート感度を高くすることができる。又、本発明か
らなるサイリスタでは光感度、dv／dt耐量を犠
性にすることなく、容易に受光部面積を大きくで
きるので、初期ターンオン領域が拡大し、ターン
オン初期のオン電流密度を大幅に低くすることが
できる。このような、理由により、本発明では、
従来例とくらべて、di／dt耐量を大幅に拡大でき
る。試作結果によれば、実施例のサイリスタでは
di／dt600Aと従来例とくらべて２〜３倍の
di／dt耐量を実現できた。

こうして本実施例により、dv／dt耐量等のサ
イリスタに要求される主要な特性を損うことなし
に、di／dt耐量と光感度（ゲート減度）の飛躍的
な向上を図つた高性能で実用性の高いサイリスタ
を実現することができる。

第７図に本発明のもう一つの実施例を模式的平
面図で示す。中心部に受光部のある第１パイロツ
トサイリスタPT₁が形成され、これに対して３個
の第２パイロツトサイリスタPT₂₁〜PT₂₃および
３個の第３パイロツトサイリスタPT₂₁〜PT₂₃が
交互に放射状に配列形成されている。第１パイロ
ツトサイリスタPT₁のＮエミツタの外周部には３
個の突出部を設けてここにもＮエミツタ電極を配
設し、この突出部と第２パイロツトサイリスタ
PT₂₁〜PT₂₃の各ゲート電極の間をアルミニウム
線でボンデイング接続している。また第２パイロ
ツトサイリスタPT₂₁〜PT₂₃のＮエミツタ層にも
突出部を設けてこの上にもやはり、Ｎエミツタ電
極を配設し、この突出部と第３パイロツトサイリ
スタPT₃₁〜PT₃₃の各ゲート電極との間をアルミ
ニウム線でボンデイング接続している。第３パイ
ロツトサイリスタPT₃₁〜PT₃₃では先の実施例と
同様、放射状に配設された集電電極４０がエミツ
タ電極を兼ねている。各パイロツトサイリスタお
よび主サイリスタMTはシリコンウエハの＜111
＞面に形成してあり、各パイロツトサイリスタの
Ｎエミツタおよび集電電極４０の周辺長方向は結
晶軸〔01１〕、〔０１１〕、〔１10〕、〔１１０〕、〔
10
１〕、〔１01〕方向に配列してある。各Ｎエミツタ
および集電電極４０の周辺長の半分は〔０１１〕、
〔１１０〕、〔10１〕の結晶軸方向であり、この方
向の結晶軸方向であり、この方向の結晶軸はター
ンオン初期の導通領域を維持するのに適してお
り、確実なターンオンが実現できる。

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
したが受光部にゲート電極を形成してなる電気ト
リガ式のサイリスタにも同様に適用することがで
きる。またパイロツトサイリスタの構成段数やそ
の配置構成は仕様に応じて定めればよいものであ
り、要は各パイロツトサイリスタをベース層に設
けられた集電電極によつて囲まれるように配置構
成して、前述した方法により、順次電気的に接続
すればよい。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来のサイリスタの一例を示す構成
図、第２図はその等価回路図、第３図は本発明の
一実施例のサイリスタの平面図、第４図はそのサ
イリスタの断面図、第５図は同じくそのサイリス
タの動作特性を説明するための図、第６図は同じ
くそのサイリスタの等価回路図、第７図は本発明
の他の実施例のサイリスタの模式的平面図であ
る。 MT…主サイリスタ、ST₁〜ST₅…パイロツト
サイリスタ、２４ａ〜２４ｆ…Ｎエミツタ層、２
５…集電電極、２６…受光部、２７〜３１…エミ
ツタ電極、３２〜３５…ゲート電極、３６…配
線、３７…カソード電極、３８…アノード電極。

Claims

【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
半導体層からなる主サイリスタのベース層中に上
記主サイリスタのエミツタ層を除く他の３つの半
導体層を共有する複数のパイロツトサイリスタの
エミツタ層を上記主サイリスタのエミツタ層と同
導電型にそれぞれ形成してなるサイリスタにおい
て、上記各パイロツトサイリスタは、主サイリス
タのエミツタ層に隣接するベース層上に設けた集
電電極の内側にそれぞれ個別に集電電極に取囲ま
れるように配置し、かつ各パイロツトサイリスタ
のエミツタ層に囲まれるベース層上にそれぞれゲ
ート電極を形成し、これらの各パイロツトサイリ
スタのゲート電極を順次前段のパイロツトサイリ
スタのエミツタ層に設けられたエミツタ電極に電
気的に接続し、最終段のパイロツトサイリスタの
エミツタ電極を前記集電電極と共通化し、もれ電
流や過電圧印加に伴う変位電流によつて生じる最
終段のパイロツトサイリスタのカソード・エミツ
タの順方向バイアス電圧に比べてその他のパイロ
ツトサイリスタのカソード・エミツタの順方向バ
イアス電圧を小さくまたは等しくなるように設定
したことを特徴とするサイリスタ。２前記複数のパイロツトサイリスタのうち２段
目のパイロツトサイリスタのゲート電極と前記集
電電極の間の抵抗値を100Ω以下にしたことを特
徴とする特許請求の範囲第１項記載のサイリス
タ。３前記複数のパイロツトサイリスタのエミツタ
層およびその上のエミツタ電極の一部に、これを
隣接するパイロツトサイリスタのゲート電極に電
気的に接続するための突出部を設けたことを特徴
とする特許請求の範囲第１項記載のサイリスタ。４前記複数のパイロツトサイリスタのうち初段
のパイロツトサイリスタを光トリガ信号により点
呼駆動することを特徴とする特許請求の範囲第１
項記載のサイリスタ。