JPH04199577A - サージ防護デバイス - 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】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、雷とかスイッチング・サージ等、各種サージ
要因に基づく異常高電圧ないし異掌犬電流から電気回路
系を保護するための二端子型サージ防護デバイスにおけ
る改良に関する。

［従来の技術］ サージ防護デバイスと呼び得るものは、二端子型に限定
してもこれまで種々考案されてきたか、中でも好ましく
は、サージの印加によって降伏したとぎ、単にデバイス
両端電圧を一定の降伏電圧値にクランプするだけではな
く（すなわち、単なる定電圧ダイオードではなく）、デ
バイスが降伏して素子電流が流れ始めた後、それがブレ
ーク・オーバ電流値以上にまで増加すると負性特性を示
してブレーク・オーバし、素子両端電圧を降伏電圧より
も低いクランプ電圧に１移させることで大％ｔ　？ｌの
吸収を可能としたタイプである。

こうしたタイプのサージ防護デバイスは、最初の降伏メ
カニズムに雪崩降伏ないしはツェナ降伏を利用するもの
とパンチ・スルー現象を利用するものとがあるが、特に
後者のパンチ・スルー型に関しては、本出願人において
もすでに、特開昭１３１−１８７３７４号公報； を始めとして、 特開昭１３１−２５９５０１号公報： 特開昭１３２−１３５３８３号公報。

特開昭１３２−１５４７７１３号公報。

特公平１−３３９５１号公報： にて各種の改良案共々、詳しく開示している。

本発明自体は、後述するように、少数キャリア注入に基
づく正帰還現象を介し、ブレーク・オーバ特性を示すも
のであれば、最初の降伏メカニズムが何であっても通用
の対象とすることができるが、木項ではまず、従来例の
説明として、上に掲げた公報群に開示の発明に基づいて
作製し得る比較的基本的な構成の二端子型サージ防護デ
バイスを例に挙げ、その動作共々、第８図に即して説明
する。

図示されているサージ防護デバイス１０は、−般に半導
体基板であって良い第一の半導体領域１を有し、その導
電型はｐ、ｎのいずれかに設定され、それに応じて他の
領域の導電型も決定されて行くが、ここでは説明の便宜
のため、第一半導体領域１の導電型はｎ型とする。

第一半導体領域１の表裏両主面の中、一方の主面側には
順次、第二半導体領域２、第三領域３か二重拡散技術で
形成され、第一半導体領域１の他方の主面側には第四領
域４が形成される。以下では便宜上、第二半導体領域２
や第三領域３か形成されている主面を表面と呼び、これ
に対向する面を裏面と呼ぶこともある。

このような第８図に示されるサージ防護デバイス１０は
、構造的にも各領域１．２，３．４か第一半導体領域１
の厚味方向に沿って上下の積層関係となるし、また、後
述する動作からも明らかなように、サージを吸収した結
果としての素子電流も概ね第三、第四領域間を第一半導
体領域の厚味方向に流れるため、ヴアーティカル型ない
し縦型と呼ぶことができる。以降では簡単のため、縦型
なる表現を用いるが、このような縦型構造に対し、第四
領域４が第一半導体領域１の表面側にあって第二、第三
領域２，３と並設の関係で設けられたラテラル型ないし
横型構造も本出願人はすでに別途開示している。しかし
、本発明は特に縦型構造に限定的に考えられる改良に関
するため、同じ従来例としてもこの横型構造については
触れないものとする。

しかるに、第二半導体領域２の導電型は第一半導体領域
１のそれと逆である必要があり、したかって、図示のよ
うに第一半導体領域１がｎ型である場合には、この第二
半導体領域２の導電型はｐ型となる。たたし、後述する
初期降伏現象に特にパンチ・スルーを利用する場合には
、第二半導体領域２は少し低濃度のｐ型、すなわちＰ−
型に設定した方が良いこともある。

また、第三領域３は、図示の場合、半導体領域とされて
いるが、原理的にはこれに限らず、後述のようにパンチ
・スルーを起こした際の主τ流線路の一端部を形成する
ので、望ましくは高導電率であることが良いものの、シ
リサイドや金属によっても形成することができる。そう
は言っても一般的なのは、やはり半導体領域とすること
て、その場合には第三領ｙｉ３の導電型は第二半導体領
域２とは逆導電型とされる。したがって図示の場合には
ｎ型となっており、これに高導電率であることを示す意
味も含め、高濃度であるｎ′″の表記を施している。

同様のことは第四領域４についても言え、ここて示して
いるように、一方の極性のサージを吸収するたけて良い
のならば、これも必ずしも半導体領域でなくて良く、後
述の動作から理解されるように、第一半導体領域１に対
し第一半導体領域１にとっての少数キャリアを注入でき
ｘＥは良い。

したがって、例えはシリサイド等も用いることもてきる
し、第一半導体領域１７＞）ｐ型の場合には金属材料を
選択することもできる。半導体領域とする場合には当然
、その導電型は第一半導体領域１のそれとは逆のｐ型と
される。

こうした断面構造を有するサージ防護デバイス１０から
は、デバイス端子として、第四領域にのみオーミック接
触する第一デバイス端子ＴＩ（図面上で下側の端子）と
、第二半導体領域２と第三領域３に共通にオーミック接
触する第二デバイス端子Ｔ２が取出されるが、これら第
一、第二デバイス端子Ｔ＋　、　７２間にサージ電圧が
印加され、それが第一半導体領域１と第二半導体領域２
との間のｐｎ接合に逆バイアスを印加する位相（図示の
場合には第一デバイス端子Ｔ、側が正となる位相）で、
かつ、相当程度に大ぎいものであると、当該逆バイアス
の印加により生じた第一、第二領域間ｐｎ接合における
空乏層は、第一半導体領域１にあって第四領域４に向か
う方向のみならず、第二半導体領域２中を第三領域３の
側に向けても伸びて行き、やかてのことに当該空乏層の
上方端部が第三領域３に達すると、第一半導体領域１と
第三領域３とがパンチ・スルーする。

こうなると、第四領域４から第一半導体領域１内に当該
第一半導体領域１にとっての少数キャリアが注入され、
これが第二半導体領域２て収集されて素子電流の流れ始
めとなる。こうしたパンチ・スルー動作の開始重圧が、
これらサージ防護デバイスの動作特性を示す第９図中に
おいて降伏電圧ＶＩＩＲと示されたものである。

一方、例え第一半導体領域２と第三領域３とが第二デバ
イス端子Ｔ２に共通に接続されることで互いに電気的に
短絡されていても、第二半導体領域２を介して流れ始め
て以降、増加して行く素子電流の電流値と、当該素子電
流の第二半導体領域２内における電流経路に沿った抵抗
値との積により求められる電圧値（電圧降下）が、第二
半導体領域２と第三領域３とにより形成されている整流
性接合（図示の場合は第三領域３も半導体領域であるの
でｐｎ接合）の順方向電圧に等しくなるとこのｐｎ接合
がターン・オンし、第三領域３から第二手導体領域２に
対して第二半導体領域２にとっての少数キャリアの注入
が起こる。

そして、この第二半導体領域２への少数キャリアの注入
は、第９図中、電流軸方向に急に立ち上がって行く特性
曲線部分に示されるように、結果として第一、第二デバ
イス端子Ｔ＋　、　’ｈ間に流れる素子電流の更なる増
大を招くことになり、これがまた、第四領域４から第一
半導体領域１への少数キャリアの注入を促進するという
正帰還現象を招く。

そのため、当該第９図に示されている電圧対電流（Ｖ−
１）特性図で見ると、第一、第二デバイス端子Ｔ、　、
　７２間を通してブレーク・オーバ電流ＩＢＯとして示
された値以上の大きさの電流が流れた場合、正帰還現象
かデバイス内部で生していることの表れとして、特性図
上に良く示されているように負性特性が生じ、第一、第
二デバイス端子ＴＩ、　７２間に表れるデバイス両端電
圧はブレーク・オーバを開始した時の電圧値であるブレ
ーク・オーバ電圧■５゜よりも低く、さらには最初にパ
ンチ・スルーを開始した時の降伏電圧ＶＢＲよりも低い
クランプ電圧（ないしオン電圧）Ｖｐに移行することが
でき、これにより、素子の発熱を抑えながら大きなサー
ジ電流の吸収が可能となる。

こうしたサージ防護デバイス１０により第一、第二デバ
イス端子Ｔ＋　、　Ｔ２を介して吸収可能な最大電流値
は一般に“サージ耐量”と呼ばれ、また、−旦ターン・
オンしたデバイスがそのオン状態を維持し得る最小の素
子電流値が保持電流■。と呼ばれる。

このようなブレーク・オーバ・タイプのサージ防護デバ
イスに対し、先に少し述べたように、例えば単なる定電
圧ダイオード型のサージ防護デバイスであると、降伏し
ても素子両端電圧は低くならず、むしろ吸収電流の増大
と共に漸増傾向となるので、当該素子両端電圧と素子電
流との積により決定されるデバイス消費電力、ひいては
デバイスの発熱量は相当に大きなものとなる。ブレーク
・オーバ・タイプの（ｉれている点はこの一事からして
も証明される。

しかし、実際上、上記のような第８図示の構造に準じて
作製されたブレーク・オーバ・タイプのサージ防護デバ
イスにおいても、従来、デバイス端子ＴＩ　、　７２間
に印加されたサージの電圧がブレーク・オーバ電圧ＶＢ
Ｏより小さい範囲内にあるにも拘らず、ターン・オン（
ブレーク・オーバ）してしまう誤動作が生ずる場合があ
った。そしてこの誤動作は、特に、持続時間が極めて短
く、電圧の波高値もそれ程に大きくはないため、本来な
らば特に吸収する必要もない“小さなサージ”が印加さ
れたときに生じた。

そこで本出願人は、従来においてもその原因究明に努め
た所、上記のような誤動作を生んだサージは確かに”小
さなサージ”ではあったが、極めて急峻なもので、電圧
の時間微分値ｄｖ／ｄｔ　（スルー・レイト）がかなり
高かった。

そしてその結果、そうした急峻なサージが誤動作を招い
た理由は次のように説明することができた。

上述したように、第８図示のサージ防護デバイスには、
第一半導体領域１と第二半導体領域２とにより、サージ
が印加された時に逆バイアスされるｐｎ接合が形成され
ている。そのため、このような接合には接合容量ＣＪが
見込まれる。

そこで、第一、第二デバイス端子ＴＩ　、　Ｔ２間にス
ルー・レイトがｄＶ／ｃｌｔのサージが印加されると、
この接合容量Ｃ」を充電する過渡的な電流として次式で
表される変位電流ｉｔが流れる。

ｉ　ｔ　＝　（ｄＶ／ｄｔ）　ＣＪ　　　　　　　　　
　・・・・・・■しかるに、接合容量Ｃ」は、サージ耐
量を十分大きく取るために各領域を面積的に犬きくする
と、それに連れてかなり大きくなる場合が多く、例えば
１００９Ｆ程度からそれ以上の値も普通に考えられる。

その一方で、種々のサージの性質や振舞いについてはす
てに従来からも詳しい考察、研究が多岐に亙って為され
ており、その結果からすれば、例えば電話通信線路への
雷サージ印加時等にあっては、回路系への銹導ノイズ電
圧値の波高値こそ、よしんば低くても、スルー・レイト
（ｄＶ／ｄｔ）としては１００Ｖ／μｓ程度の値も十分
考えられる。

そのため、これらの値を上記０式に代入すると明らかな
通り、接合容量を充電する過渡的なＮ流の値ｉｔは１０
ｍＡ程度になり得る。スルー・レイトが高くなればもっ
と大きくなり、いずれにしても、結構大きな値の変位電
流ｉｔが瞬時ではあるが流れ得るのである。

ところが、第８図に従って実際に作製されるサージ防護
デバイスでは、高速動作が要求されることもあって、場
合によっては第四半導体領域４と第二半導体領域２との
間の距離がかなり短く設計されることがあり、そうした
デバイスにおけるブレーク・オーバ電流ｒａｏの値は余
り大きく採れなくなる傾向にあるし、また、これまでの
デバイス構造ないし作製法では、製造パラメータによる
はらつ診も決して小さくはなかったこと等から、場合に
よってはブレーク・オーバ電流ＩＢＯの値が、上記のよ
うにして求められるサージ印加時のそのときどきの変位
電流値と対して変わらない程度、あるいはそれ以下にさ
えなることがあった。

これが主たる原因となって、サージの尖頭電圧値は設計
上のブレーク・オーバ電圧Ｖｌｌｌｏに至っていないの
にも拘らず、デバイスがブレーク・オーバする現象を生
しることがあったのである。第９図示の特性図上で言え
ば、そのような誤動作か起きているときの実効的なブレ
ーク・オーバ電圧ＶＩＩＯは、当該特性図上に示されて
いる値よりもかなり小さい方に移行したに等価となる。

そこで、本出願人においては、上記した公報群中、二番
目の公報以降ではすでにその対策の一つを提案しており
、これが本書添付の第１０図に示されるような構造であ
る。

ただし、この第１０図示の構造では、第８図に即して述
へたデバイス構造と異なり、いずれも第三領域３と第四
半導体領域４がそれぞれ複数の領域（３−１，３−２，
・・・・・・・・＋３−ｎ；’−１＋４−２．・・・・
・・・・、４−ｎ）から構成されているが、このこと自
体はここて問題にしている小さなサージに対する誤応答
の基本的対策とは直接の関係がない。むしろ、素子電流
を均一化し、サージ耐量を増すための工夫である。

直接的に関係のあるのは、第四半導体領域４に電気的に
接続する第一デバイス端子Ｔ１が、同時にまた、第四半
導体領域４の近傍（図示の場合、複数の第四半導体領域
の隣接するもの同意の間）において第一半導体領域１の
主面にもオーミック接触しているということである。

すなわち、こうなっていると、第一半導体領域１と第二
半導体領域２とを逆バイアスする極性のサージが印加さ
れ、したがって第一半導体領域１と第四半導体領域４と
の接合が順バイアスされる関係となる時にも、当該接合
がターン・オンする前に、端子Ｔ１が第一半導体領域の
主面に接触しているオーミック接触部分を介して第一半
導体領域１中に当該第一半導体領域１にとっての多数キ
ャリアを流し込むことができ、これによって第一半導体
領域１と第一半導体領域＜２とで構成されるｐｎ接合の
接合容量Ｃ１を速やかに充電することができるのである
。

そして事実、この手法により、一応は“小さなサージ“
には応答しないサージ防護デバイスを得るのに成功した
し、一方では、こうした接合容量充電のための当初の第
一半導体領域１への多数キャリアの注入という現象も、
すでに説明したパンチ・スルー発生後ではその基本的な
動作自体に悪影響を及ぼさないで済んだ。

と言うのも、第一半導体領域１と第三領域３とがパンチ
・スルーした後、上記した多数キャリアによる電流が増
し、第四半導体領域４の主として厚味方向（深さ方向）
の電圧降下が当該第四半導体領域と第一半導体領域１と
の間の接合の順方向電圧に等しく　ｉすると、そのとき
から第一半導体領域１にとフでの少数キャリアが第四半
導体領域から注入され始めるため、以降、すでに述べた
メカニズムにより、デバイスの降伏からブ４レーク・オ
ーバに至ることができるからである。

また、ブレーク・オーバした後は、一対のデバイス端子
Ｔ、　、　Ｔ２間のデバイス電流（素子電流）の主電流
通路は、端子Ｔ、と第一半導体領域１とのオーミック接
触部分ではなく、第三領域３と第四半導体領域４を介す
る経路となり、こｘＥは第一半導体領域１に対する端子
Ｔ１のオーミック接触部分を有さない第８図示のデバイ
スにおける状態とほぼ等価となる。

さらに、これまではパンチ・スルー型の従来デバイスに
ついて述へてきたが、断面構造上は第８図や第１０図に
示されている構造とほとんど変わらなくても、本出願人
の知見によれば、例えば第二半導体領域２や第三領域３
の厚さを厚くする等の外、各領域の幾何パラメータや不
純物濃度パラメータ等を適当に選択すると、降伏開始の
当初のメカニズムには雪崩降伏やツェナ降伏を利用し、
ブレーク・オーバに関しては上記したパンチ・スルー型
と同様のメカニズムとなるサージ防護デバイスも作製で
きることが分かった。

そして、そのようなサージ防護デバイスや、はたまたそ
うした雪崩降伏型やツェナ降伏型の他の公知のサージ防
護デバイスにおいても、それが少数キャリア注入に伴う
正帰還現象を介し、ブレーク・オーバするタイプのもの
である場合には、やはり、上記した“小さなサージ”に
対する応答の問題が起こることがあり、したがって、そ
れに対する上記の対策はそれらにも同様に通用できるこ
とも分かった。

もっとも、雪崩降伏やツェナ降伏は、一般に“ポイント
・フェノメノン（局所現象）”と呼ばれることもある通
り、降伏をし始める個所、ないしは降伏後も電界の集中
する個所が局所的になり易いがため、サージ耐量を大き
く取るのが難しく、上記してきたパンチ・スルー型デバ
イスに比べると不利である外、設計自由度も小さく、製
造パラメータに対する許容度も乏しい等、やや劣った側
面を見せる。

しかし、そうした優劣の比較をせず、ここで問題にして
いる“小さなサージ”に対しての応答やその対策につい
てだけ考えるならば、そのような雪崩降伏型やツェナ降
伏型のサージ防護デバイスにおいても、上記してきた議
論はほぼそのまま通用することができる。

［発明が解決しようとする課題］ 上記のように、第一半導体領域に対してのオーミック接
触を計ることにより、二端子ブレーク・オーバ・タイプ
のサージ防護デバイスに認められることがあった“小さ
なサージ”に対する誤応答は、従来においても一応、そ
の対策が立てられた。しかし、今度はまた、別な観点か
ら新たな問題が指摘されるに至った。

そｘＥは、このようにして作製されたサージ防護デバイ
スは“逆耐圧”を有さなくなるということである。第一
半導体領域１と第二半導体領域２とが順方向にバイアス
される関係においては、第一半導体領域１がオーミック
接触部分を介して直接にデバイス端子Ｔ１に接触してい
るため、一対のデバイス端子Ｔｒ　、　７２間には実質
的に、単に順方向ダイオードが接続される結果となるか
らである。

もちろん、被保護回路系に対してこの種のサージ防護デ
バイスを現実的に組込んで行くことを考えると、実際上
、逆耐圧はあった方が良く、しかも、望ましくはサージ
吸収に関する降伏電圧ＶＢＲよりも高い値の逆耐圧であ
ることが良い。

本発明は、まず第一に、この点の解決を目的としたもの
で、第一デバイス端子Ｔ１を第四領域のみならず第一半
導体領域に対してもオーミック接触させるという手法を
特に採らなくても、小さなサージに対する誤応答を防げ
る他の手段を提供せんとするものであり、したがって、
必要に応じては逆耐圧を持つことのできる二端子ブレー
ク・オーバ・タイプのサージ防護デバイスを提供せんと
するものである。

ただし、本発明の主眼は、あくまで、上記のような％−
１第四領域双方に対するオーミック接触という手段にの
み限られることなく、他の手法であっても同様に、小さ
くても急峻なサージに対する対策が立てられるようにす
るという点、すなわち設計の自由度を増したり技術の豊
富化を計るものであるから、要求される製品によって逆
耐圧の問題が生しないようであれば、そのようなオーミ
ック接触構造や、さらに他の手法と併存することも差支
えなく、逆に言って本発明は、それら他の手法自体を積
極的に排斥することをまで、目的にしたものではない。

そしてまた、ある意味では上記した第一の目的を達成し
た結果として得られた知見ともなるが、上記第一の目的
を達成する手段の提供と共に、ブレーク・オーバ電流ｒ
ａｏや保持電流■。の制御性を向上させ得るような構成
の提供も第二の目的としている。特にこの第二の目的は
、すでに提供されている第８図示または第１０図示の従
来のサージ防護デバイスの特徴とも関連している。

例えば、先に述べたように、エネルギ的には小さくとも
電圧の時間微分値（ｄＶ／ｄｔ）の大きなサージに応答
させないようにするためには、方法論としては単純では
あるか、ブレーク・オーバ電流ＩＢＯそれ自体を犬きく
すれば良い。しかし、それにはまた、それ以前の基本的
課題として、設計値に極力近いブレーク・オーバ電流■
８゜や保持電流■８が得られるという保証が必要である
。

しかるに、既述した本出願人の手になるサージ防護デバ
イスは、上掲の公報群中に詳記の通り、従前の他の公知
構造デバイスに比すと遥かに設計自由度も大台く、設計
精度も高かったが、それでもなお、製造パラメータにこ
れらブレーク・オーバ電流■５ｏや保持電流！。の値が
かなり依存することも多かった。にもかかわらず、当該
各種パラメータに関する設計指針が確立しておらず、現
場でのカット・アンド・トライに頼る傾向を否めなかっ
た。これがもし改善されて、そうした製造パラメータに
関する設計基準を与えることができれば、必要に応じて
必要な値のブレーク・オーバ電流ＩＢＯや保持電流Ｉ□
を得る上でも、またデバイスごとのばらつきを抑え、安
定なデバイス特性を得る上でも極めて有利である。もち
ろん、サージ耐量についても十分な値を得ることが望ま
しく、換言すれば、デバイス中を流れる素子電流の均一
化を計ることが望ましい。

したがって、上記の本発明第一の目的や第二の目的に従
って提供された小さなサージに対する新たな対策手段が
この要件をも満たすことは、本発明のまた別な目的とも
なる。

［課題を解決するための手段］ 本発明は上記目的を達成するために、すでに従来例に即
して詳しく述べた二端子ブレーク・オーバ型のサージ防
護デバイスにおける改良として、最も基本的には下記の
要件■〜■、すなわち、■　第一半導体領域の表裏両主
面の中、一方の主面側に設けられ、該第一半導体領域の
導電型とは逆導電型で該第一半導体領域との間でｐｎ接
合を形成する第二の半導体領域と。

■　上記第一半導体領域とは対向する側から上記第二半
導体領域に接触し、該第二半導体領域に対し該第二半導
体領域にとっての少数キャリアを注入することができ、
少なくともその面内一方向（こｘＥは、後の構成要件■
中てのＸ方向、Ｘ方向とは独立であり、いずれてあって
も良い）に沿う一断面においては一つ以上の数Ｎ個から
成る第三領域と。

■　上記第一半導体領域の上記表裏両主面の中、上記一
方に対向する他方の主面側に設けられ、該第一半導体領
域に対し該第一半導体領域にとっての少数キャリアを注
入し得る第四領域とを有し。

■　上記第四領域にオーミック接触し、第一デバイス端
子に接続した第一のオーミック電極と、上記第二、第三
領域に共にオーミック接触し、第二のデバイス端子に接
続した第二のオーミック電極との間に、上記第一、第二
半導体領域による上記ｐｎ接合を逆バイアスする極性で
降伏電圧以上の電圧のサージが印加されるとにより降伏
しくこの降伏現象自体は本発明が直接に規定するもので
はなく、既述したように雪崩降伏またはツェナ降伏、あ
るいは第一半導体領域と第三領域間のパンチ・スルーで
あって良い）、上記第一、第二のデバイス端子間にてサ
ージ電流を吸収し始めると共に。

■　該降伏後、上記第四領域から上記第一半導体領域へ
の上記少数キャリアの注入と、上記第三領域から上記第
二半導体領域に対する上記少数キャリアの注入との相乗
効果により、上記吸収し始めたサージ電流の大きさがブ
レーク・オーバ電流以上になると正帰還現象を介してブ
レーク・オーバし、上記一対のデバイス端子間を絶対値
において相対的に低電圧のクランプ電圧に移行させなが
らサージ電流を吸収し続ける二端子ブレーク・オーバ型
のサージ防護デバイスであって； ■　上記第二のオーミック電極は、面内において互いに
直交するｘ、Ｘ方向の中、Ｘ方向に沿う方向において、
上記第三領域の表面と、該第三領域の両側の上記第二半
導体領域の表面に共に接触する部分を有し； ■　かつ、 ρＢを上記第一、第三領域間の部分における第二半導体
領域のシート抵抗。

ｖｆを上記第三領域を順バイアスする電圧１Ｃｏを上記
ｐｎ接合の単位面積当たりの接合容量。

ｃｌＶ／ｄｔをそれ以上には応答させたくないサージの
立ち上がりの鋭さ。

として、上記第三領域の上記Ｘ方向寸法Ｘ、が、に基づ
いて規定されていること； という構成要件■〜■を満たすサージ防護デバイスを提
案する。

その上で、本発明はまた別の態様として、上記構成要件
■〜■に加え、 ■　第三領域の上記Ｘ方向寸法Ｘ。は、上記ブレーク・
オーバした状態を維持し得る範囲で許容し得る最大保持
電流値Ｉ　Ｈｍａｙに対し、ＳＢを上記第二半導体領域
の面積として、 なる関係も満たしていること； という要件■も有するデバイスも提案する。

また、上記構成要件■による第三領域Ｘ方向寸法Ｘ、の
上限限定に関しては、さらに、■　第三領域の上記Ｘ方
向寸法ｘＬは、上記ブレーク・オーバした状態を維持す
るに必要な最小の保持電流値Ｉ　ｌ（ｍｌｎに対し、Ｓ
Ｂを上記第二半導体領域の面積として、 なる関係も満たしていること。

という条件■を加味したデバイスも提案する。

その一方では、上記限定条件■に代え、■　第四領域か
ら注入された少数キャリアの中、第二半導体領域に到達
する量比βに応じ、上記式 に代えて、上記第三領域の上記Ｘ方向寸法Ｘ。

が、 に基づいて規定されていること； という構成要件のを有するサージ防護デバイスも提案す
る。

そして、特に第三領域が短辺と長辺を有する矩形または
ほぼ矩形の平面形状を有している場合には、 ［Ｆ］　第三領域に関する上記Ｘ方向寸法×。は当該第
三領域の短辺方向の寸法とする； という発明も提案する。

もちろん、例えば正方形状ないしこれに準する平面形状
の場合には、あえて定義せずとも、Ｘ方′向寸法れとｙ
方向寸法ｙゎとは同しになるから、その両側において第
二オーミック電極が第二半導体領域の表面に共に接触す
る方向として規定される当該Ｘ方向はどちらの方向であ
っても良い。

また、本発明では、第三領域が円形ないしほぼ円形形状
の場合にも鑑みており、その場合の基本構成要件群は、
先に挙げた構成要件群■〜■の中、構成要件■による第
三領域を、 ■″上記第一半導体領域とは対向する側から上記第二半
導体領域に接触し、該第二半導体領域に対し該第二半導
体領域にとっての少数キャリアを注入することができ、
それぞれの平面形状が円形またはほぼ円形である一つ以
上の数Ｎ個から成る第三領域。

と定義した上で、構成要件■、■をそれぞれ次のように
定義したものとなる。

■°上記第二のオーミック電極は、上記円形またはほぼ
円形の第三領域の全周またはほぼ全周に沿って該第三領
域の表面と上記第二半導体領域の表面に共に接触する部
分を有し； ■゛かつ、 ρＢを上記第一、第三領域間の部分における第二半導体
領域のシート抵抗。

Ｖ、を上記第三領域を順バイアスする電圧。

Ｃ０を上記ｐｎ接合の単位面積当たりの接合容量。

ｄＶ／　ｄ　ｔをそれ以上には応答させたくないサージ
の立ち上がりの鋭さ１ として、上記第三領域の直径ｘＥが、 に基づいて規定されていること。

明らかなように、第三領域が矩形の場合と比較すると、
上記式の右辺平方根内の分子中、係数が矩形の場合の“
８”から“１６”に変わっているが、他は同じである。

したがって、第三領域が矩形の場合における各改変的な
態様を表す各構成要件■、■、■も、その中に記載され
ている各式を第三領域の直径れに関するものとして読み
直し、かつ、当該式の右辺平方根内の分子の係数を“８
”から“１６”に変えれば、そのまま、第三領域が平面
的に円形またはほぼ円形をしている場合の各改変的な発
明態様ともなる。

さらに、第三領域が円形またはほぼ円形の場合の基本構
成要件群■１■′、■、■、■、■′、■′や、さらに
上記した構成要件■〜■に対し特に式中の係数に関して
変形を施した改変例に基づきながらも、 ■　上記第三領域の平面形状が円形またはほぼ円形に代
えて正多角形またはほぼ正多角形であり； 上記第二オーミック電極は該正多角形またはほぼ正多角
形の第三領域の周縁の全周またはほぼ全周に沿って該第
三領域の表面と上記第二半導体領域の表面とに共に接触
する部分を有し； かつ、上記寸法ｘＥは、上記第三領域の直径に代え、該
正多角形またはほぼ正多角形の第三領域の面積に等しい
か、ほぼ等しい円の直径であること； という構成要件のを採用すれば、第三領域が正多角形の
場合にも通用可能な発明が提供される。

しかるに、上記した本発明の各態様によるサージ防護デ
バイスは、原則として第一、第二デバイス端子間に定め
られた極性のサージが印加されたときにのみ、これを吸
収するべく作用する、言わば片極性サージ吸収用のサー
ジ防護デバイスとなる。

そこで、逆に、単一ないし共通の第一半導体領域を用い
るとの前提の下でも、第一、第二デバイス端子間に印加
されるサージの極性にはかかわらず、いずれをも吸収可
能な双極性のサージ吸収用のデバイスをも提供するため
、本発明ではまた、上記構成要件■〜■の中、構成要件
■を、■゛上記第一半導体領域の上記表裏面主面の中、
上記一方に対向する他方の主面側に設けられ、該第一半
導体領域の導電型とは逆導電型で該第一半導体領域との
間で第二のｐｎ接合を形成する第四の半導体領域と。

というように変更し、新たに第四半導体領域が半導体領
域に限定されると共に、第一半導体領域との間に第二の
ｐｎ接合が形成されるという概念を導入した上で、 ［株］　上記第一半導体領域とは対向する側から上記第
四半導体領域に接触し、該第四半導体領域に対し該第四
半導体領域にとっての少数キャリアを注入することがで
き、少なくともその面内一方向に沿う一断面においては
一つ以上の数Ｍ個から成る第五領域とを有し。

という構成要件＠を付加し、さらに、第四半導体領域と
第五領域に関し、 ■　上記第一のオーミック電極は、面内において互いに
直交するｘ、ｙ両方向の中、Ｘ方向に沿う方向において
、上記第五領域の表面と、該第五領域の両側の上記第四
半導体領域の表面とに共に接触する部分を有し； という構成も付加する。

その上で、上記構成要件■′、０．■に伴っての対応的
な改変として、上記構成要件■、■をそ゛れぞれ、第四
半導体領域と第五領域も、印加されるサージの極性に応
じては、第二半導体領域と第三領域に代わって、同様に
初期降伏や正帰還現象の生起に関与し得る旨を明示し、
先の構成要件■を、 ■”ｐａを上記第一、第三領域間の部分における第二半
導体領域または上記第一、第五領域間の部分における第
四半導体領域の シート抵抗。

Ｖ、を上記第三領域または上記第五領域を順バイアスす
る電圧。

Ｃｏを上記第一のｐｎ接合または上記第二のｐｎ接合の
単位面積当たりの接合容量。

ｄＶ／ｄｔをそれ以上には応答させたくないサージの立
ち上がりの鋭さ１ として、上記第三領域または上記第五領域の上記Ｘ方向
寸法ｘＥが、 に基づいて規定されていること； という構成要件■゛に変更した発明を提案する。

こうした発明は、双極性サージ吸収用としてのサージ防
護デバイスの基本的構成となるが、これに対しては、先
の片極性デバイスと同様、付加的な、あるいは代替的な
構成要件、特に第三領域に係る上記寸法ｘＥに関する構
成要件■〜■を、それぞれ、第五領域に係る当該寸法に
対しても通用可能な旨限定した発明も提案することがで
きる。

さらに、この双極性サージ吸収用素子”における限定と
して、上記においては第三領域の数と第五領域の数はそ
れぞれＮとＭにより弁別的に表され、したがってＮ＝Ｍ
に限らず、Ｎ≠Ｍも含んでいたし、各条件式も第三領域
または第五領域の少なくともいずれかに関するものとな
っていたが、最も普通に期待される限定構成要件として
、本発明ではまた、 ■　上記数Ｎと数Ｍは共に等しく、第二半導体領域と第
四半導体領域の各形状及び上記面積ＳＢも同じであって
、上記第三領域と上記第五領域の各Ｘ方向寸法ｘＥ同志
及びｙ方向寸法ｙ、同志も共に同じ寸法であること： という構成要件■を有する発明も提案する。

当然、この双極性サージ吸収用のサージ防護デバイスに
関してもまた、第三領域が円形ないしほぼ円形であるか
、正多角形ないしほぼ正多角形である場合の構成要件も
付加可能である。

［作　　用コ 上記した構成要件■〜■に従って構成される本発明の最
も基本的な態様であるサージ防護デバイスは、まずもっ
て片極性サージの吸収用として構成されたもので、特に
、当該構成要件■〜■中、■〜■に従う構成要件の営む
作用は、実質的に従来例としてすでに説明した二端子ブ
レーク・オーバ型サージ防護デバイスの営む作用とほぼ
同様である。

すなわち、第四領域にのみオーミック接触する第一デバ
イス端子と、第二半導体領域と第三領域とに共通にオー
ミック接触する第二デバイス端子との間にサージ電圧が
印加され、それが第一半導体領域と第二半導体領域との
間のｐｎ接合に逆バイアスを印加する位相で、かつ、相
当程度に大きいものであると、第一、第二領域間のｐｎ
接合が雪崩降伏するかツェナ降伏し、あるいはまた、こ
のｐｎ接合から伸びた空乏層が第三領域に達することに
より、第一半導体領域と第三領域とがパンチ・スルーす
る。

こうなると、第四領域から第一半導体領域内に当該第一
半導体領域にとっての少数キャリアが注入され、これが
第二半導体領域で収集されて素子電流の流れ始めとなる
。

一方、例え第二半導体領域と第三領域とが第二オーミッ
ク電極を介して第二デバイス端子に共通に接続され、表
面では互いに電気的に短絡されていても、第二半導体領
域を介して流れ始めて以降、増加して行く素子電流の電
流値と、当該素子電流の第二半導体領域内における電流
経路に沿った抵抗値との積により求められる電圧値が、
第二半導体領域と第三領域とにより形成されている少数
キャリア注入性接合の順方向電圧に等しくなると、第三
領域から第二半導体領域に対し第二半導体領域にとって
の少数キャリアの注入が起こる。

そしてこｘＥは、結果として５８−１第二デバイス端子
間に流れる素子電流の更なる増大を招くことになり、こ
れがまた、第四領域から第一半導体領域への少数キャリ
アの注入を促進するという正帰還現象を招く。

そのため、ある所定のブレーク・オーバ電流値以上の大
きさの電流が流れるに至ると、デバイス内部で正帰還現
象が生したことの表れとして、負性特性が生じ、第一、
第二デバイス端子間に表れるデバイス両端電圧はブレー
ク・オーバを開始した時の電圧値であるブレーク・オー
バ電圧よりも低く、さらに一般的には最初に降伏を開始
した時の降伏電圧よりも低いクランプ電圧に移行し、こ
れにより、素子の発熱を抑えながら大ぎなサージ電流の
吸収が可能となる。

しかるに、本発明の上記基本構成においては、このよう
なメカニズムを生起する構成要件■〜■に加え、構成要
件■、■を有しているので、既述したようにｄＶ／ｄｔ
値の高い“小さなサージ”に対しての誤応答を効果的に
防ぐことかでき、しかも、要すればサージ防護デバイス
としての逆耐圧を持つことを妨げない。

すなわち、構成要件■により、第二〇オーミック電極は
第三領域のＸ方向両側において第二半導体領域に接触し
ているため、第三領域が順バイアスされるまでに当該第
三領域の周囲を経由して第二オーミック電極に流れ込む
電流はまず、第三領域のこのＸ方向の中心位置に対して
左右で均等化する。

そして、こうした構造的特徴の下で、上記構成要件■に
従って第三領域の当該Ｘ方向の寸法なの上限を決定すれ
ば、その範囲内にある限り、これ以上の鋭さの立ち上が
りを示すサージには応答させたくないとする当該鋭さ（
電圧の時間微分値ｄＶ／ｄｔ：速さと言っても同義であ
る）以上のサージが印加されても、既述した０式に従い
、第一半導体領域と第二半導体領域で構成されるｐｎ接
合の接合容量を充電する電流として変位電流ｉｔが流れ
るにしろ、これによって第三領域が順バイアスされ、デ
バイスが誤ってブレーク・オーバしてしまうような不都
合はない。

なお、降伏メカニズムが特にパンチ・スルーであるよう
な場合、変位電流によって第一、第三領域間にパンチ・
スルーが生じた直後は、それらに挟まれた部分の第二半
導体領域の抵抗も相当高くなる。しかし、この領域中を
電流が流れ出すと空乏層も縮小し、少なくとも第三領域
に直近の部分ではそのシート抵抗はそのときの電流値に
見合って第二半導体領域に本来見込まれる抵抗値ないし
はそれに近くなる。

したがって、上記構成要件■中におけるシート抵抗とは
、そのような場合の第二半導体領域のシート抵抗として
設定すれば良い。

逆に、雪崩降伏による場合には、第三領域近くの第二半
導体領域までには空乏層が伸びてきていないので、そこ
のシート抵抗ないし抵抗率は異常に高くなることはない
。

また、上記構成要件■中の式に基づいて決定される第三
領域Ｘ方向寸法には、当該第三領域の厚味寸法を補正要
因として加味することも考えられるが、一般に第三領域
の厚味は当該第三領域のＸ方向寸法を相当狭くしてもそ
れに比し極めて薄いことが多いし、また、特に雪崩降伏
型にＵめられるように、寸法的には多少、厚くなったと
しても（それでも一般には数ミクロン・オーダに留まる
が）、第二半導体領域に対して第三領域が拡散によって
形成された領域であるような場合には、第三領域両側に
おける横方向の拡散抵抗は第一、第三領域に挟まれた部
分の第二半導体領域抵抗に比し極めて低いので、やはり
上記構成要件■中の式を求めるに際してはその影響を無
視することができる。もっとも、無視せねばならないこ
とはなく、上記構成要件■中の式に基づいて第三領域Ｘ
方向れが規定される限り、そのような適当量の補正は当
然に許容することができる。

しかるに、本発明によると、上記した“小さなサージ”
に対する誤応答が防げるに加え、これと目的こそ同様で
あっても、第四領域または第一デバイス端子に対し、第
一半導体領域を隼にオーミック接触させた部分を有する
だけの従来例ではデバイスとしての逆耐圧を持つことが
できなかったのに、このようなオーミック接触構造を必
須とはしないため、有意の逆耐圧を持つことができる。

しかも、上記構成要件■による第三領域周りの電流分布
の均一化は、ブレーク・オーバ電流や保持電流の制御性
向上、サージ耐量の確保という効果にも継がる。

さらに、本発明の別な態様として、構成要件■をも加え
た場合には、ブレーク・オーバ動作を確保できる前提の
下に、デバイスが破壊に至らなし１範囲の最大の保持電
流値Ｉ　Ｈｍａｙの値に基づき、第三領域のＸ方向寸法
Ｘ、の下限に関しての規定もでき、より実際的なデバイ
スの構築を確実化することができる。

また、構成要件■を加味した場合には、被保護回路によ
って要求される値が異なるが、デバイスがブレーク・オ
ーバした状態を維持するに必要な最小の保持電流値１　
）１ｍｌわが具体的に与えられた場合、その値に基づき
、第三領域Ｘ方向寸法資の上限値を決定することができ
る。

この構成要件■は、上記した構成要件■と共に用いられ
るので、当該構成要件■中の式によって規定される第三
領域Ｘ方向寸法れの上限に対し、この構成要件■中の式
によって規定される上限が絶対値において小さい場合に
は、当該構成要件■中の式が拘束力を持つし、逆ならば
逆になる。

また、実際上、第四領域から注入された少数キャリアが
第二半導体領域に到達する割り合いβを求めれば、上記
構成要件■に代えて上記構成要件■を採用し、構成要件
■中の式によって決定される第三領域Ｘ方向寸法ｘＥを
さらにβ分の−の平方根倍にすることにより、サージ誤
応答に対する対策としての第三領域Ｘ方向寸法ｘＥの上
限規定をもっと厳密にすることができる。

一方、後に詳しく説明するが、変位電位によって第三領
域がオンとなるとデバイスとしての誤応答が生ずるので
、逆に言えばそのようにならない条件を上記により規定
したのであるが、構造的に言えば、上記した第三領域の
Ｘ方向寸法ｘＥは、当該第三領域が矩形ないしほぼ矩形
の領域であって長辺と短辺とを有する場合には、当該短
辺幅をＸ゛方内寸法Ｘ、とすると効果的である。変位電
流が当該第三領域に沿フて流れる経路が短い程、第三領
域をオンとする電圧値までの電圧降下が発生し難いから
である。構成要件■はこのような作用を営むための限定
である。

もちろん、第三領域の平面形状が正方形の場合には、概
念的には一応、長辺と短辺があると考え、その上で、そ
れら両寸法ｘＥ　＋　！／Ｅが共に等しい特殊な場合と
考えれば良い。この点は第二半導体領域も矩形の領域と
して構成されている場合には同様である。

また、第三領域が円形またはほぼ円形である場合には、
上記構成■°に認められるように、第二オーミック電極
はこの第三領域の全周またはほぼ全周に沿って当該第三
領域と第二半導体領域の各表面に共通に接触している場
合には、上記した構成要件■〜■中に各示されている弐
群にあって右辺平方根内の分子の係数が既述のように“
１６”に変わるが、当該第三領域の直径×６に関して構
成要件■°に認められるような条件を付すことで、先に
述べた作用についての説明はほぼそのまま援用すること
ができ、全く同様に、第三領域が正多角形形状の場合に
は、上記構成要件■による改変を施し、寸法Ｘ、を等側
面積の円の直径と置き代えれば、既述の作用はそのまま
当て嵌まる。

こｘＥは換言すれば、上記構成要件■°により求めた直
径×、の円を等側面積の正多角形形状で置き換えること
が可能なことも意味している。

次に、すでに述べた構成要件■〜■は全て有しながらも
、構成要件■を上記■゛に見られるように変更し、第四
領域は第一半導体領域との間で第二のｐｎ接合を構成す
る半導体領域であることを限定した上で、新たに上記構
成要件［株］、■を付加し、第四半導体領域に対し当該
第四半導体領域にとっての少数キャリアを注入し得るＭ
（≧１）個の第五領域を加え、第一のオーミック電極が
この第五領域のＸ方向両側において第四半導体領域の表
面にオーミック接触するようにすると共に、上記構成要
件■も上記構成要件■°゛のように変更し、当該構成要
件■中における第三領域Ｘ方向寸法Ｘｔに対しての上限
規定は、新たに設けられた第五領域に対しても適用でき
るようにした本発明サージ防護デバイスは、’Ｓ−１第
二デバイス端子に印加されるサージの極性がいずれであ
っても、これを吸収可能となる。

そして、いずれかの極性のサージ印加時におけるこの双
極性サージ吸収用サージ防護デバイスのなす作用につい
ては、実質的に片極性の基本構造に従う本発明サージ防
護デバイスに関して施した説明を援用することができる
。サージの極性が異なるだけである。

つまり、構成要件■〜■を有して成る本発明サージ防護
デバイスの作用に関し、木項の最初で説明した所におい
て、サージの極性が反転した場合には、半導体領域に限
定された第四半導体領域が片極性デバイスの第二半導体
領域の果たす役割と同じ役割を演じ、同様に、新たに設
けられた第五領域が片極性デバイスの第三領域の果たす
作用を営む。当然、最初に降伏するｐｎ接合は、第四半
導体領域と第一半導体領域とで構成される第二のｐｎ接
合となる。

したがって、このような構成は、双極性のサージが吸収
可能で、要すればサージ防護デバイスとしての逆耐圧特
性を保ちながら、なおかつ、既述した“小さなサージ”
には応答しないという極めて効果的な作用を生ずる。

もちろん、このようにして構成される双極性サージ吸収
用の本発明サージ防護デバイスに対しては、既述した他
の限定的構成要件中、片極性サージ吸収用とする場合に
付加し得る構成要件■〜■は第五領域に対するものとし
てもそのまま適用可能であり、それら付加的構成要件の
営む作用を全く同様に享受することができる。

ただ、双極性サージ吸収用の基本構成のままにおいては
、上記各付加的限定構成要件を任意に組合せるにしても
、第三領域の数Ｎ（≧１）と第五領域の数Ｍ（≧１）と
は必ずしも同じでなくとも良く、また、第三領域Ｘ方向
寸法についても第五領域Ｘ方向寸法についても、それぞ
れ独立に各構成要件中の条件式を採用することかできる
ようになっている。

したがって、あえて第三領域の数と第五領域の数を変え
、また、第三領域のＸ方向寸法と第五領域のＸ方向寸法
等も互いに異ならせた場合（あるいは第二、第四半導体
領域の面積をも異ならせた場合）には、結果として、作
成された双極性サージ吸収用のサージ防護デバイスの特
性は、印加されるサージの極性に応じて非対称なものと
なる。

もちろん、使途に応じては、例えば第一デバイス端子側
が正となる極性における保持電流値に対し、第二デバイ
ス端子側が正となる極性のサージ印加時における保持電
流値は小さくても良いか、ないし小さい方が良い等とい
う特殊な要求も考えられるので、第三領域側と第五領域
側とで独立な設計ができることがむしろ望ましい場合も
ある。

が、その一方では、−数的な形態として、印加されるサ
ージの極性の如何には拘らず、対称的な電気的特性が要
求されることが多いのもまた事実である。

そこで、上記した構成要件＠は、それぞれ一つ以上の第
三領域と第五領域とが同じ数（Ｎ＝Ｍ）であり、かつ寸
法的にもそれぞれ同様であることを明示し、第二、第四
半導体領域の各面積同志も同様であることを明示するこ
とにより、そのような電気的特性の対称性を得るに好適
な構成を開示したものである。

なお、上記した構成要件■〜のは、逆に言えは第三領域
のＸ方向寸法Ｘ、によっての保持電流の制御性が良好な
ことも示しており、また、上記動作原理からしても明ら
かなように、保持電流とブレーク・オーバ電流とは極め
て相関が高いため、結局はブレーク・オーバ電流の制御
性も増すことになる。

もちろん、この双極性サージ吸収用とした本発明のサー
ジ防護デバイスに対しても、第三領域や第五領域が円形
またはほぼ円形、ないし正多角形またはほぼ正多角形の
場合につき、片極性サージ吸収用のサージ防護デバイス
と同様の取扱いをなすことができ、同様の作用を得るこ
とができる。

［実　施　例コ 以下、添付図面に示す本発明各実施例につ籾詳記するが
、予め述べて置くと、片極性サージ吸収用として構成さ
れた本発明サージ防護デバイスも、両極性ないし双極性
サージ吸収用として構成された本発明サージ防護デバイ
スも、それぞれに適当な幾つかづつの実施例を有するも
のの、すでに述べてきたように、両者の間には極めて密
接な関連があるので、互いに参考にすることができる。

まず、本発明のサージ防護デバイス２０として基本的な
片極性サージ吸収用のデバイスにつき、その原理構造に
近い構造を持つ第１図　（ａ）　、　（ｂ）の実施例か
ら説明する。

いずれの実施例でも、第一導電型の第一半導体領域２１
としては、限定的ではないが、−数的な場合として、い
わゆる半導体ウェハから供給された半導体基板を用いて
いる。

第一の半導体領域２１に対しては、その表裏両主面の中
、一方の主面側（表面側）に第一半導体領域の第一導電
型とは逆の導電型の、すなわち第一半導体領域２１とｐ
ｎ接合を形成する第二の半導体領域２２が形成され、こ
の第二半導体領域２２に対してはまた、第一半導体領域
２１とは対向する側から第三領域２３が接触している。

ただし、第１図（ａ）に示される構造においては第三領
域２３は単一の領域であるが、第１図（ｂ）においては
少なくとも図示の一断面において複数個（図示の場合、
四個）が並設されたものとなっている。また、ここで最
初に述べる本実施例の場合、各第三領域２３は長辺方向
と短辺方向を有する矩形の外形輪郭を持つ場合を想定し
ており、図示の断面はその短辺方向に沿う一断面である
。

もっとも、特に第１図（ｂ）　に示されている構造の場
合には、図示の一断面においては複数Ｎ個に分割されて
いる第三領域２３も、その長辺方向の端部においては互
いに接続されていて良い。ただ、当該数Ｎに関しては、
第１図　（ａ）　、　（ｂ）を共に取扱うときに便利な
ように、これを１以上の数とする。したがって、第１図
（ａ）　　に示されている構造はＮ＝１の場合に相当し
、第１図（ｂ）に示されている構造はＮ＝４の場合に相
当する。

このような表面側構造に対し、第一半導体領域２１の裏
面側には、第二半導体領域２２に対し厚味方向で対向す
る位置に第四領域２４が形成されている。

これら実施例に関する図面中では、半導体基板ないし第
一半導体領域２１の導電型はｎ型に想定されており、し
たがって第一半導体領域２１と共にｐｎ接合を形成する
第二半導体領域２２の導電型はｐ型となっている。

また、すでに述べた作用の項の説明や後述の説明からも
明らかなように、第三領域２３は第二半導体領域２２に
対し整流性の接合を形成し、第二半導体領域中に当該第
二半導体領域２２にとっての少数キャリアを注入できる
物質から構成されていれば良く、かつまたオンとなるべ
き電圧値としての順バイアス電圧（順方向電圧）Ｖｒが
規定できるものであれば良いし、同様に、第四領域２４
は第一半導体領域２１に対し当該第一半導体装置２１中
に少数キャリアを注入できる物質から構成されていれば
良いので、接触する相手方の導電型に応じてホール注入
可能なシリサイドや電子注入可能な金属等も選ぶことが
できるが、一般にはこれら第三、第四領域も半導体とす
るのが製作上も設計上も便利である。

図示実施例の場合もそうした考えに従い、第三領域２３
は第二半導体領域２２に対して整流性の接合を形成する
ｎ型領域として、また、第四領域２４は第一半導体領域
２１に対して整流性の接合を形成するｎ型領域として、
それぞれ不純物の二重拡散技術により形成されている。

ただし、第三半導体領域２３はブレーク・オーバ後の主
電流（デバイス電流）線路の一端部を形成するので望ま
しくは高導電率であることが良く、この実施例で言えば
高不純物濃度ｎ型、すなわちｎ十型領域であることが良
い（図中では濃度表記＋、−は省略する）。

もちろん、第一半導体領域２１に対してそれぞれ所定の
導電型、所定の厚味、所定の不純物濃度に各領域２２．
２３．２４を形成する技術自体には、例えば上記の通り
、選択的に硼素（ｐ型）やｇ４（ｎ型）を拡散する技術
その他、数多ある公知既存の技術の中から任意適当なる
ものを採用することができ、また、第一〜第四の全ての
半導体領域２１，２，２，２３．２４の導電型を反転し
ても、以下で説明する動作電流ないしデバイス電流の方
向が逆になるだけで、本書における他の説明はほぼその
ままに援用することができる。

なお、以上述べた諸点は、後述する他の実施例において
も、特に適用が不能である旨明記しない限り、通用する
ことができる。同様に、これも予め述べておくと、以降
のいずれの実施例においてもそうであるが、図中、他の
実施例と同一の符号で指摘される各構成要素は当該他の
実施例におけるそれら符号で指摘される構成要素と同一
ないし同様で良いものであり、したがフて説明の省略さ
れる場合もある。そして、どれかの実施例に関しそれら
各構成要素について説明された内容や改変例は、特に個
々の実施例で通用不能である旨を明記しない限り、同様
に援用することができる。

さて、本発明のサージ防護デバイス２０は、本質的に二
端子デバイスであるが、その中の一方の端子である第一
デバイス端子Ｔ、は第一のオーミック電極３２を介して
第四半導体領域２４に電気的に接続しており、他方の端
子である第二デバイス端子Ｔ２は後に詳しく説明する第
二のオーミック電極３３を介して第二半導体領域２２と
第三半導体領域２３とに共通に電気的に接続している。

このような第１図　（ａ）　、　（ｂ）　　に示された
サージ保護デバイス２０においては、すでに説明したよ
うに、サージの印加に伴う初期降伏メカニズムに第一半
導体領域２１と第二半導体領域２２間の雪崩降伏ないし
ツェナ降伏を利用することもできるが、ここではすでに
第８図から第１０図に即して説明した従来例との対比を
容易にするため、パンチ・スルー現象を利用する場合に
つき説明する。

まず、第一、第二デバイス端子Ｔ＋　、　７２間にサー
ジ電圧が印加され、それが第一半導体領域２１と第二半
導体領域２２との間のｐｎ接合に逆バイアスを印加する
位相（したがって図示の場合は第四半導体領域２４に接
続した第一デバイス端子Ｔ　ｌ　ｍ’）が正となる位相
）で、かつ、相当程度に大きいものであると、当該逆バ
イアスの印加により生じた第一、第二領域間ｐｎ接合に
おける空乏層は第一半導体領域２１の側へのみならず、
第三半導体領域２３の側に向けても伸びて行き、やがて
のことに当該空乏層の上方端部が第三半導体領域２３に
達することにより、第一半導体領域２１と第三半導体領
域２３とがパンチ・スルーする。このようにパンチ・ス
ルーを利用する場合には、第二半導体領域２２は少し低
濃度のｐ型、すなわちｐ−型（それでも基板２１よりは
濃くて良い）に設定した方が良いこともあるし、その厚
味に関しても適当な薄さに設定する。

いずれにしても第一半導体領域２１と第三半導体領域２
３とがパンチ・スルーすると、第四半導体領域２４から
第一半導体領域２１内に当該第一半導体領域２１にとっ
ての少数キャリアが注入され、これが第二半導体領域２
２で収集されて素子Ｎ’ａの流れ始めとなる。

こうしたパンチ・スルー動作の開始電圧が、従来のサー
ジ防護デバイス１０の動作特性を示す第９図中において
電圧軸上、降伏電圧Ｖ！ｌＲと示された点である。本発
明のサージ防護デバイス２０でも、その動作特性の傾向
は当該従来例の説明に用いた第９図を使うことができる
。

一方、例え第二半導体領域２２と第三半導体領域２３と
が第二デバイス端子Ｔ２に共通に接続されることでその
表面においては互いに電気的に短絡されていても、第二
半導体領域２２を介して流れ始めて以降、増加して行く
素子電流の電流値と、当該素子電流の第二半導体領域２
２内における電流経路に沿った抵抗値との積により求め
られる電圧値（電圧降下）が、第二半導体領域２２と第
三半導体領域２３とにより形成されている整流性接合（
図示の場合は第三半導体領域２３も半導体領域であるの
でｐｎ接合）の順方向電圧に等しくなると、以降、第三
半導体領域２３から第二半導体領域２２に対して第二半
導体領域２２にとっての少数キャリアの注入が起こる。

そして、この第二半導体領域２２への少数キャリアの注
入は、第９図中、電流軸方向に急に立ち上がって行く特
性曲線部分に示されるように、結果として第一、第二デ
バイス端子ＴＩ　、　７２間に流れる素子電流の更なる
増大を招くことになり、これがまた、第四半導体領域２
４から第一半導体領域２１への少数キャリアの注入を促
進するという正帰還現象を招く。

そのため、当該第９図に示されている電圧対電流（Ｖ−
１）特性図で見ると、第一、第二デバイス端子Ｔ、　、
　７２間を通してブレーク・オーバ電流ｒａｏとして示
された値以上の大きさの電流が流れた場合、正帰還現象
がデバイス内部で生じていることの表れとして、特性図
上に良く示されているように負性特性か生じ、第一、第
二デバイス端子下＋　、　７２間に表れるデバイス両端
電圧はブレーク・オーバを開始した時の電圧値であるブ
レーク・オーバ電圧ＶＢＯよりも低く、さらには最初に
パンチ・スルーを開始した時の降伏電圧ＶＢＲよりも低
いクランプ電圧ｖＰに移行することができ、これにより
、素子の発熱を抑えながら大きなサージ電流の吸収が可
能となる。

すでに述べたように−こうしたサージ防護デバイス２０
により’Ｓ−１第二デバイス端子ＴＩ、　Ｔ２を介して
吸収可能な最大電流値が一般に“サージ耐量”と呼ばれ
、また、−旦ターン・オンしたデバイスがそのオン状態
を維持し得る最小の素子電流値が保持電流■。と呼ばれ
る。

なお、クランプ電圧ＶＰは、原理的には保持電流とその
電流バスに沿った各部の直列抵抗との積に、第二半導体
領域２２と第三半導体領域２３によるｐｎ接合の順方向
電圧−つ分を加えた値にほぼ等しい。したがって、この
クランプ電圧■、はまた、第一半導体領域２１の抵抗率
ないし不純物濃度のみならず、第一半導体領域２１と第
三領域２３との間の離間距離で規定される第二半導体領
域２２の実効厚味の如何、及びあるいは不純物濃度の如
何によってパンチスルー電圧が制御できることで、かな
り広い設計幅内で任意に設定することができる。

逆に、第二半導体領域の厚味を厚目にしたり、その不純
物濃度を高目にする等を始め、各領域の幾何的寸法や不
純物濃度等、設計パラメータを適当に選定すれば、動作
特性図上、降伏電圧ＶＢＲで立ち上がり始めるときの初
期降伏現象には第一、第二半導体領域２１．２２間の雪
崩降伏やツェナ降伏をも利用することかでき、その後の
メカニズムは上記したと同様とすることもできる。

その場合にも、本発明のサージ保護デバイス２０は、ま
ずもってサージが印加されていないとぎには高い降伏電
圧を維持して素子内に流れる電流を最少限度に抑え、本
デバイスにより無駄に電力が消費されるのを妨げる一方
で、−旦、降伏電圧ＶＢＲ以上のサージが印加されると
、間もなく極めて低いクランプ電圧■、を呈し、もって
大電流のサージを吸収して後続の回路系を確実に保護し
得るようになる。

しかし実際上、降伏開始のメカニズムの如何にはかかわ
らず、上記のような構造だけでは、デバイス端子Ｔ、　
、　７２間に印加されたサージの電圧がブレーク・オー
バ電圧ＶＢＯより小ざい範囲内にあるにも拘らず、ター
ン・オン（ブレーク・オーバ）してしまう誤動作が生ず
る場合がある。

つまり、すでに述へた通り、第１図（ａ）　、　（ｂ）
に示されているサージ防護デバイス２０の構造では、第
二デバイス端子Ｔ２側が負、第一デバイス端子Ｔ１側が
正となる極性ないし位相のサージが印加されると、その
時に逆バイアスされるｐｎ接合が第一半導体領域２１と
第二半導体領域２２とにより形成されている。

このような接合には接合容量Ｃノが見込まれるので、第
一、第二デバイス端子Ｔ、　、　７２間に印加されたサ
ージの電圧の時間微分値（ｄＶ／ｄｔ）に応じ、この接
合容量ＣＪを充電する過渡的な電流として、先の０式で
表される変位電流ｉｔが流れる。

したがって、これも既述のように、当該接合容量Ｃ４の
値が大きいと、例えば電話通信線路への雷サージ印加時
等にあって回路系への誕導ノイズ電圧値の波高値こそ、
よしんば低く、本来ならば吸収する必要もない程の“小
さなサージ”であっても、そのスルー・レイト（ｄＶ／
ｄｔ）がかなり高かったがため、結構大きな値の変位電
流ｉｔが瞬時ではあるが流れることもあり、そうなると
、当該サージの尖頭電圧値は設計上のブレーク・オーバ
電圧ＶＢＯに至っていないのにも拘らず、デバイスがブ
レーク・オーバすることがある。換言すれば、印加され
るサージの速さないし鋭さに応じ、サージ防護デバイス
としてのブレーク・オーバ電圧ｖＩ、ｏが変動してしま
うことになる。

そこで、本発明のサージ防護デバイス２０においては、
次のような工夫により、そのように小さなサージには応
答することなく、デバイスとしてのブレーク・オーバ電
圧ＶＢＯを設計された一義的な値に安定化させるへく計
っている。

まず、構造的な工夫ないしは前提条件ではあるが、第一
デバイス端子Ｔ１に対して第四半導体領域２４の電気的
接続を採るために設けられるオーミック電極３２と、第
二、第三半導体領域２２．２３を第二デバイス端子Ｔ２
に対して電気的に接続を採るために設けられるオーミッ
ク電極３３の中、前者はともかく、後者のオーミック電
極３３に関しては、寸法部分ＰＯ、ＰＯで示されている
ように、第三半導体領域２３０表面に接する部分の両側
が共に、第二半導体領域２２の表面上にまで伸びている
ことが必要である。オーミックｉｉ′４！ｉ３３に関し
てのこのようなバタンの限定が何故有利なのかは、本発
明者の得た知見からして次のように説明することかでき
る。

本発明のサージ防護デバイスを縦型構造に作製した場合
、第２図に仮定のデバイス構造２０’　として示してい
るように、もし、第三半導体領域２３と第二半導体領域
２２に共にオーミック接触するべきオーミック電極３３
が、第三半導体領域２３から見てその片側部分Ｐ。でし
か、第二半導体領域２２に接触しておらず、これと横方
向に対向する側での接触最端部ＰＩは第三半導体領域２
３の表面上に留まっているとすると、’Ｓ−１第二デバ
イス端子Ｔ、　、　７２間に図示極性（＋、−）のサー
ジが印加され、それが所定の大ぎさ以上であって、第一
半導体領域２１と第二半導体領域２２との間の接合に直
接降伏が生ずるか、第一半導体領域２１と第三半導体領
域２３との間がパンチ・スルーするに伴い、直ちに第四
半導体領域２４から第一半導体領域２１に注入された少
数キャリア流（正孔流）ｆＨは、あるものは第一半導体
領域２１の厚味方向を最短距離で抜けてオーミック［極
３３の部分Ｐ。に達するが、例えば第２図中に点Ａで模
式的に示すように、部分Ｐ。から離れた側の点を通るよ
うな正孔流ｆ。は、第三半導体領域２３の下面に沿って
かなり長い距離を走行した後でなければ、オーミック電
極３３の当該部分Ｐ。に至らない。

ということは、この経路に沿っての正孔流ｆ□による電
圧降下が、相対的に短い他の経路に沿っての正孔流によ
る電圧降下よりも早く、第三半導体領域２３を順バイア
スする電圧に達してしまうことになり、当該Ａ点近傍の
端部からターン・オンが開始することになってしまうの
である。

こｘＥはもちろん、電流分布の均一性を大し１に阻害し
、第二半導体領域２２と第三半導体領域２３とを順バイ
アスするに至る過程を様々に変動させ、かつ設計性も悪
化させる。当然、ブレーク・オーバを流ＩＢＯや保持を
流Ｉ）１の制御性も良くはなくなり、サージ耐量につい
ても好ましし１結果が得られないし、このようなオーミ
ック電極構造はまた、ここで問題にしている小さなサー
ジに対しての誤応答も促進し兼ねない。

すなわち、小さなサージに伴う既述の０式に従う変位電
流ｉｔについても、結局の所、第２図中における正孔流
ｆｔ＋の集合として表すことができるので、同様に当該
変位電流ｉｔに基づく正孔流ｆ０が例えば第２図中のＡ
点を通った場合、このＡ点において第三半導体領域２３
を順バイアスするに要する電圧が簡単に発生してしまう
ことが考えられるのである。特に降伏メカニズムにパン
チ・スルーを利用した場合には、パンチ・スルーが発生
した直後の第二半導体領域の当該部分の抵抗は極めて高
くなるため、僅かの電流でも第三領域２３の順バイアス
電圧Ｖｆが生じてしまう。

これに対し、第１図示のように、第二、第三半導体領域
２２．２３を共通に第二デＲイス端子Ｔ。

に接続するオーミック電極３３が、当該第三半導体領域
２３の両側にて第二半導体領域２２に共に接触する部分
Ｐｏ　、　Ｐｏを有するように形成されてし１れば、第
三半導体領域２３が順バイアスされて第二半導体領域２
２へ当該第二半導体領域２２にとっての少数キャリアが
注入されるに至るまでの事前段階で、第四半導体領域２
４から第一半導体領域２１中に注入された正孔流ｆ、や
、上記した変位電流ｊ　ｔに件う正孔流ｆ）Ｉは、当該
第１図中に模式的に矢印で示すように、第三半導体類＠
２３の下部から側部を回り込むようにして流れるに際し
てもより均一な流れとなり、ブレーク・オーバ電流や保
持電流の制御性向上、サージ耐量の確保という効果に加
え、電流経路も短くなって、変位電流ｉｔに対するある
程度の耐性をも持つことができるのである。

さらに、このような電流経路の長さの故に、そこを流れ
る電流の値が小さくても第三半導体領域２３を不測にも
順バイアスする結果になることを考えると、小さなサー
ジに対する耐性を少しでも高め、また、後述するように
保持電流ＩＮの値もある程度大きく採ることが要求され
る事情等にも鑑みた場合、第三半導体領域２３の平面形
状が短辺と長辺のある矩形形状であるならば、その短辺
方向に沿ってのみ、図示のように第二半導体領域表面上
にまで伸び出したオーミック電極部分Ｐ。。

Ｐｏを設けることが望ましいし、逆に後述するように、
第三半導体領域２３の平面形状が円形またはほぼ円形で
あるか、あるいは正多角形またはほぼ正多角形である場
合には、面内方向のどの方向に沿う断面を採っても第１
図示のような構造となるように、当該第三半導体領域２
３の平面形状の全周またはほぼ全周に沿って第二半導体
領域２２の表面にも共に接触するオーミック電極部分Ｐ
ｏ、Ｐ。

があることが望ましい。

こうしたことから、図示されている実施例では、第三半
導体領域２３が矩形の場合にはこのような部分Ｐ。、Ｐ
Ｏが並置される方向をＸ方向とし、かつ、このＸ方向を
第三半導体領域２３の短辺方向としたのである。ただ、
予め述べて置くと、このＸ方向と、第１図（ｂ）に示さ
れているように複数の矩形第三領域部分を設ける場合の
当該並設方向とは直接の関係はなく、図示の場合は一致
しているが、一致しておらず、例えば直交していても良
い。

ただし、当該並設関係について言うならば、それら全部
でＮ個の第三半導体領域２３は、各々同じ幅寸法ないし
面積で、同じ間隔を置きながら並設されていることが望
ましい。幾何的な均一性は電流の均一性をも生み、図示
のように、複数の第三半導体領域２３の並設方向と第二
オーミック電極の部分Ｐ。、ＰＯが設けられる方向とが
一致している場合には特にそうである。円形や正多角形
の場合には、第三半導体領域平面形状の望ましくは全周
に沿って当該部分Ｐ。が形成されるので、第三半導体領
域並設方向に対しての部分Ｐｏの並び方向という概念は
なくなるが、それでももちろん、各第二手導体領域はそ
れぞれ同じ面積で同じ間隔を置きながら並設されている
ことが望ましい。

なお、複数の第三半導体領域の並設は、面内二次元方向
に行なうこともできる。

また、事実として、第１図（ａ）に示されるような単一
の第三半導体領域２３をのみ、有する場合よりも、第１
図（ｂ）に示されるように、第三半導体領域２３を少な
くともＸ方向に沿う一断面において複数個とし、これら
を均等に配置した方が、−層、均一な電流分布を得るこ
とができ、ブレーク・オーバ電流ＩＢＯや保持電流Ｉ）
１の制御性も高まることが確認されているし、サージ耐
量も概ね、素子面積に比例して増大する結果が得られた
。

さて、既述した通り、第一半導体領域２１と第二半導体
領域２２との間の接合容量Ｃ１の存在により、第１図示
の本発明サージ防護デバイス２゜の第一、第二デバイス
端子Ｔ、　、　丁２間に電圧の時間微分値（スルー・レ
イト）がｄＶ／ｄｔのサージが印加され、この接合容量
Ｃ」を充電する過渡的な電流として、 ｉｔ　＝　（ｄＶ／ｄｔ）　ＣＪ　　　　　　　　　　
　・”・■なる変位電流ｊ、が流れたとしても、もし、
この大きさが、第三半導体領域２３を順バイアスするに
要する電流値Ｉｆｆよりも小さければ、当該変位電流ｉ
ｔによってデバイスが誤応答することはない。

本発明はまさしく、このような発想に従っているので、
ここでそうなるための条件を求めてみる。ただし、第三
半導体領域２３は、すでに述へたように、この実施例で
はまずは矩形形状をしているものとする。

第１図（ｂ）　に示されるように、それぞれのＸ方向（
この場合、短辺方向）寸法がれである矩形の第三半導体
領域がＮ　（＝４）個ある場合、第二半導体領域２２を
その短辺方向にＮ分割し、一つ一つの分割された第二半
導体領域２２のＸ方向寸法がＸＢであるとしてみる。す
なわち、第二半導体領域２２の全Ｘ方向寸法Ｌアは、 ＬＴ＝Ｎ・×６　　　　　　　　　　・・・・・・■で
ある。

そして、このＸ方向寸法×、の第二半導体領域部分をそ
れぞれ第二半導体領域の単位領域と呼び、各第三半導体
領域２３は、それぞれこの第二半導体領域２２の単位領
域の横方向中央に位置しているものとし、そのようにし
た一つ一つの構造部分を単位構造と考えてみる。

こうすると、第１図ｆｂ）に図示された本発明のサージ
防護デバイスは、Ｘ方向寸法Ｘ、の第二半導体領域２２
中にＸ方向寸法Ｘｉの第三半導体領域２３を一つだけ横
方向中央に配置した単位構造を、隣接する第二半導体領
域部分同志を共通に連続させながら四つ、横方向に並設
したものと見ることができ、逆に、このような単位構造
という概念を導入すると、第１図（ａ）　に示される本
発明のサージ防護デバイス２０は、上記においてＮ＝１
の特殊な場合に相当することになる。

もちろん、第三半導体領域２３のＸ方向寸法資は、本発
明の限定に係る条件式に従って決定されるにしろ、絶対
値においては様々に異なることができるので、例えば第
１図　（ａ）　、　（ｂ）の図面スケールが互いに異な
るものと考えて、第１図（ｂ）に示される計画つの第三
半導体領域の各Ｘ方向寸法の総和４・Ｘ、が、第１図（
ａ）　に示される単一の第三半導体領域のＸ方向寸法×
５となっていると見ても良い。

換言すれば、トータルでのＸ方向寸法Ｘの第三半導体領
域２３は、単一の広い寸法Ｘの第三半導体領域２３のみ
で構成されていても良いし、これをＮ分割して、それら
Ｎ個の第三半導体領域の各々のＸ方向寸法×、がＸ／Ｎ
になフてぃても良い。

いずれにしても、上記の理由から、Ｎを１以上の整数と
した場合、デバイス２ｏとして第一、第二デバイス端子
間Ｔ＋　、　Ｔ２間に印加される“小さなサージ”に基
づく変位電流ｉｔは、Ｎ個の第三半導体領域２３の各々
に関しては、ｉｔ／Ｎとして考えるべきである。こｘＥ
は、第一半導体領域２１と第二半導体領域２２との全接
合容量ｃＪは、各隼位構造当たりにはＮ分割されること
から当然である。

また、Ｎ個の第三半導体領域を順バイアスするに必要な
電流Ｉｆｆも、一つ一つ当たりにはＮ分の−にして考え
るべきである。

ここで、上記で用いた記号の外、次の記号を定義する。

ｙｔ：第三半導体領域２３のＸ方向寸法。

ｙＩＳ：第二半導体領域２２のＸ方向寸法。

ρＩＩ：第Ｉ：第三半導体領域間の部分における第二半
導体領域のシート抵抗。

しかるに、Ｎ個の第三半導体領域２３を順バイアスする
に必要な電流Ｉｆｆの電流密度Ｊは、Ｊ＝Ｉｔｔ／Ｎ　
−Ｘａｌａ　　　　　　　　　”””■で表される。こ
の式■の右辺分母は、結局の所、第二半導体領域２２の
全面積Ｓａ　（”　Ｎ−Ｘａ　’　３’ａ）であり、後
に明らかなように、こｘＥはまた、第三半導体領域２３
の平面形状や数によらず、上記では便宜のために単位構
造として分割して考えた第二半導体領域２２については
、その全面積を考慮すれば良いことを意味している。

一方、第三半導体領域２３がオンとなるべきときの順方
向電圧Ｖ、は一般には０．５Ｖ程度であるが、同じｔ流
値ではあっても、当該ｔｆＬが第三半導体領域下面に沿
って長い経路に沿って走った結果、この順方向電圧Ｖ、
に相当する電圧降下が最も生じ易い点というのは、第１
図示の本発明デバイス構造の場合、既述した通り、オー
ミック電極３３がそのＸ方向両側部分Ｐａ　、　Ｐａに
おいて共に第二半導体領域２２に接触している結果、各
第三半導体領域２３の底面において横方向（Ｘ方向）中
央の点となる。こｘＥは丁度、第１図中において模式的
に矢印ｆ、で示した正孔流が同じく図面中にあって左右
に分岐する点として示された個所にほぼ相当する。

したがって、このように左右に均等に振り分けられる電
流によって第三半導体領域２３がオンとされてしまうこ
とを考える場合には、第三半導体領域２３のＸ方向寸法
の中央の点から左右いずれか半分の部分に関してのみ、
その下面における電圧降下を考えれば良い。

したがって、当該第三半導体領域２３の順バイアス電圧
Ｖ、は、上記の電流密度Ｊを用い、次式０式％ そこで、これを計算し、電流密度Ｊにつき解くと、次式
■が得られる。

そのため、上記０式とこの０式を電流密度Ｊに関し等し
いと置くと、Ｎ個の第三半導体領域２３を順方向にバイ
アスするに必要な全電流Ｉｆｆについて解くことかで静
、次式■のようになる。

その一方、第一半導体領域２１と第二半導体領域２２と
で形成される接合容量Ｃ４は、単位面積当たりの接合容
量を００とすると、 Ｃｊ＝ＣＯ・Ｓ６　　　　　　　　　　　　・・・・・
・■で表せるから、立ち上がりの速さないし鋭さがｄＶ
／ｄｔのサージが第一、第二デバイス端子Ｔ、　、　Ｔ
。

間に印加されたとき、これに伴う既述０式の変位電流ｉ
ｔは、 ｉ　ｔ　＝Ｃｏ−５ａ・（ｄＶ／ｄｔ）　　　　　　　
　”””■と書き直すことができる。

したがフて、こうした変位電流ｉｔにより、第三半導体
領域が順バイアスされないためには、ｉｔ＜Ｉｆｆ　　
　　　　　　　　　　　・・・・・・■が満たされれば
良いので、先の■式、■式とこの０式とから、全部でＮ
個ある各第三半導体領域２３の各Ｘ方向寸法れに関して
解くと、なる重要な結果が得られる。

つまり、被保護回路のインピーダンスの関係等もあって
、それ以上鋭い（速い）立ち上がりのサージは考えられ
ないか、または対象とする必要がないが、ここまでの鋭
さのサージに対しては誤応答を生じさせたくないとする
当該鋭さｔ！Ｖ／ｄｔを決定すれば、後のパラメータは
全て既知であるので、それらと共に当該決定したｄＶ／
ｄｔの値を［相］式に代入することにより、各第三半導
体領域２３を形成する際のＸ方向寸法×Ｅの上限を決定
することができる。

しかも、第三半導体領域２３のｙ方向の寸法ｙ。

や第二半導体領域２２の面積ＳＢ等は無関係となフてい
る。したがって、それら各領域の実際の作成に関し、製
造寸法パラメータに起因する誤差要因はその分、確実に
減らすことができる。

こｘＥは、第三半導体領域２３が円形かそれに近い形状
の場合、あるいは正多角形ないしはそれに近い形状の場
合にも、上記［相］式中、右辺平方根内の分子”８Ｖ、
”を“１６Ｖ、”に変更すれば同様のことが言える。

すなわち、第三半導体領域２３が直径×５の円形であっ
た場合、第二オーミックＮ極３３の部分Ｐ０はこの第三
半導体領域の全周またはほぼ全周に沿って設けられてい
るので、例えば第１図中においてその中心に向かって第
二半導体領域２２中を厚み方向（深さ方向）に流れてき
た正孔流ｆ、は、当該第三半導体類＠２３の底をなめな
がら放射状に均等に流れて行くと考えられる。

したがって、中心位置からの微小半径増分に伴う面積部
分に関する電流増分を求め、かつ中心位置から任意の位
置Ｘまでの当該面積部分に関する抵抗値を求める計算式
を立てて、中心位置における電位降下が上記順バイアス
電圧Ｖ、よりも小さくなる条件式を求めると、結果とし
ては上記の通り係数が変わるだけで、式［相］は、れを
第三半導体領域２３の直径として、 となる。

そして、この条件は、このようにして直径を求めた円に
近い正多角形でも近似することができるので、換言すれ
ば、第三半導体領域２３が正多角形またはほぼ正多角形
の場合、その面積と等しい円の直径ｘＥに関する式とし
て上記式０°を読み直せば良いことになる。

このようにして、本発明の最も基本的な目的の一つとし
て、第１０図に示された従来例のように、第四半導体領
域２４の側から別途第一半導体領域２１にオーミック接
触した電極を介し、第一半導体領域２１にとっての多数
キャリアを流し込むことによって第一、第二半導体領域
２１．２２間の接合容量ＣＪを充電してしまおうとする
手法に依らなくとも、高いｄＶ／ｄｔ値のサージに対す
る対策を立てることができる。

また、上記のような第四領域２４と第一半導体領域２１
とに共通接触するオーミック接触構造を必」としないの
であるから、第１図示のように、裏面側のオーミック電
極は第四半導体領域２４に対してのみ、導通を採るよう
に構成することで、サージ防護デバイス２ｏとしての逆
方向耐圧も確保することができる。

なお、降伏メカニズムが特にパンチ・スルーであるよう
な場合、変位電流ｉｔによって第一、第三領域間にパン
チ・スルーが生じた直後は、それらの間にある第二半導
体領域のシート抵抗も相当高くなる。しかし、この領域
中をｉｉ流が流れ出すと空乏層も縮小し、少なくとも第
三半導体領域をなめるような直近の部分ではそのシート
抵抗はそのときの電流値に見合っての第二半導体領域に
本来見込まれるシート抵抗値ないしはそれに近くなる。

したがって、上記したシート抵抗とは、そのような場合
の第二半導体領域のシート抵抗として設定すれば良い。

逆に、雪崩降伏による場合には、第三半導体領域近くの
第二半導体領域までには空乏層が伸びてきていないので
、そこの抵抗はそのときの電流値に応じた第二半導体領
域のシート抵抗に基づき、異常に高くなることはない。

また、上記０式やＱ′式に従う場合にも、第三半導体領
域２３のＸ方向寸法Ｘ。や直径Ｘ、には当該第三半導体
領域の厚味寸法り、を補正要因として加味することも考
えられるが、一般に第三半導体領域の厚味ｈＥは当該第
三半導体領域の短辺幅や直径を相当短くしてもそれに比
してさえ極めて薄く、代表的にはせいぜい１〜２μｍ程
度であるし、また、特に雪崩降伏型に認められるように
、寸法的には多少、厚くなったとしても（それでも数μ
ｍオーダには留まることが多い）、第二半導体領域２２
に対して第三半導体領域２３が拡散によって形成された
領域であるような場合には、第三半導体領域２３の断面
両側における横方向の拡散抵抗は第三半導体領域下の第
二半導体領域抵抗に比し極めて低いので、このような第
三半導体領域の厚味ｈ　ｔはその影響を無視することが
できる。

ただし、無視することが最も簡単ではあるが、無視せね
ばならないことはなく、上記［相］式や［相］゛式に基
づいている限り、第三領域に関する寸法Ｘ［：にそのよ
うな適当量の補正を施すことは当然に許容することがで
きる。しかし、本書では以降、便宜のため、当該第三半
導体領域２３の厚味り。は無視する。

しかるに、本発明では、さらに第二の目的として、保持
電流ＩＨについても配慮している。

要求される保持電流Ｉ□の値は、被保護回路のインピー
ダンスと、当該回路で定常的に使用される電流値とに鑑
み、サージ消失後、速やかに高絶縁オフ状態に戻る値と
して決定されるが、一般に通信回線の保護等においては
、この保持電流ＩＨは最低でも１００ｍＡ程度以上は要
求されることが多い。

その一方、高ければ高い程良いというものでもなく、も
ちろんのこと、サージ防護デバイス自体が自己破壊する
程の電流値となって良い訳がない。しかし、逆に言うな
ら、自己破壊しない範囲であれば、保持電流値は相当高
い値に設定した方が良いこともある。本出願人は先に挙
げた公報類にてすでに開示の発明に基づき、また、本願
開示の所に基づぎ、極めて多くの種類のパンチ・スルー
型サージ防護デバイスを製造し、あるいは試作してきた
が、保持電流■８の最大許容値は電流密度に直して１．
５Ａ／ｍｍ２程度、欲しいことも多かった。

そこで、この保持電流Ｉ）Ｉというものにつき考えるに
、ここでもまず便宜のため、第三半導体領域２３が矩形
の平面形状を持っている場合で代表して説明すると、こ
ｘＥは、面内一方向に沿う一断面において全部でＮ個の
第三半導体領域２３が少数キャリア注入を止めるときに
相当する先の電流値１ｔｒと、裏面側の第四半導体領域
２４からの少数キャリア注入が止まるときの電流値ＩＣ
との和（すなわち■。”Ｉｒｒ＋Ｉｃ）と考えることが
できる。

電流値Ｉｆｆについては、先に０式にて求めた通りなの
で、例え上記の電流値ＩＣが零の場合でも所望の保持電
流ＩＨを得るためには、結局、当該０式中のｘｔｒを保
持電流■。で置き換え、これを各第三半導体領域２３の
Ｘ方向寸法れについて解くことにより、次式■を得るこ
とができる。

・・・・・・０ したがって、この０式により求めた各第三半導体領域２
３のＸ方向寸法れが上記した当該Ｘ方向寸法上限式［相
］をも満たすようにしながら、保持電流■。を設計する
ことができるが、逆に考えると、必要な最小保持電流Ｉ
　Ｈｍｌｎの値（例えば上記のように１００ｍＡ）のと
きに必要となるＸ方向寸法Ｘ、が、上記［相］式にて規
定されるＸ方向寸法れの上限よりもさらに短くなる場合
には、上記０式を上限式に置ぎ換えて、 とし、上記［相］式と０°式のどちらか小さい方の価を
上限として、その寸法未満で各第三半導体領域２３のＸ
方向寸法ｘＥを設計することになる。

しかし実際には、上記［相］式の方が大きな値となる傾
向にあるので、応答させたくないとするサージのｄＶ／
ｄｔ値を決定し、これに基づいて上記［相］式の上限を
求めても、なお、必要な最小保持電流１　）ｌａｉｎは
十分に確保されることが多い。

逆に、上記０式を変形することで、各第三半導体領域２
３の下限値について考慮した方が遥かに有利である。言
い換えれば、サージ防護デバイスが自己破壊しないとい
う条件を満たす上で、どこまで、各第三半導体領域２３
のＸ方向寸法ｘＥを狭められるか、ということを考えた
方が実用的である。

そこで、上記０式を、許容し得る最大保持電流Ｉ）１．
、Ｘに関しての各第三半導体領域２３のＸ方向寸法れの
下限式に変形すると、 となる。

このようにして、本発明では、第三半導体領域２３の各
々のＸ方向寸法ｘＥに関し、その上限として上記［相］
式を、また下限として上記０式を提示するが、ここで具
体的な例を挙げてみる。

試作例は極めて多数に昇った力釈その中から第二半導体
領域２２が５００μｍ角、すなわち上記Ｘ方向寸法×６
もｙ方向寸法ｙａも共に等しく５０Ｃ１ｍであり、第一
半導体領域２１とによって見込まれる接合容量Ｃ」が２
３．Ｆ、第二半導体領域の第三半導体領域下面における
シート抵抗が動作電圧ほぼ１５０ｖで１４２００Ω／口
であフた素子を代表的に取り上げてみる。

この素子において、ｄＶ／ｄｔ値が１００Ｖ／μｓ以上
のサージには応答させないようにしたい場合、上記■、
■式に各値を代入、演算すると、そのときの電流値Ｉｆ
ｆは２．３　ｍＡ以上あれば良いと計算される。

そこで、当該Ｉｆｆ値や既掲の他の値を上記［相］式に
代入し、計算すると、第三半導体領域２３の短辺幅ｘＥ
は１７５μｍ以下ならば良いことになる。

また、この寸法範囲にあれば、上記０式を保持電流Ｉ）
１について解き、計算すると明らかなように、短辺幅Ｘ
、が上限寸法１７５μｍにあるときにも、その保持電流
ＩＨの値は、先に必要な最低保持電流Ｉ　Ｈｍｌｎの値
として仮定した例えば１００ｍＡを十分に越えた値とな
る。

逆に、自己破壊を考え、最大保持電流値Ｉ　Ｈｍａｘを
５００ｍＡに設定した場合、短くできる方の下限につき
、０式に基づいて計算すると、各第三半導体領域２３の
Ｘ方向寸法ｘ６はほぼ１２μｍと求められる。

したがフて、このようなデバイス・パラメータ例の場合
には、各第三半導体領域２３のＸ方向寸法ｘｔを最低１
２μのから最大１７５μｍの寸法範囲内で、必要な保持
電流値ＩＨの値を満たすように設計できることが分かる
。また、本発明デバイスの動作原理からして明らかなよ
うに、降伏メカニズムが何であっても、上記のようにし
て保持電流を制御できれば、これに連れてブレーク・オ
ーバ電流をも制御できる。

このようなことは、第三半導体領域２３が円形の場合に
も適用でき、寸法ｘＥをその直径とし、上記［相］式の
代わりに既述の［相］゛式に即するものとした上で、先
の■゛式を、 とし、上記［相］゛式と０１式のどちらか小さい方の値
を上限として、その寸法未満で各第三半導体領域２３の
直径ｘＥを設計すれば良い。

全く同様に、許容し得る最大保持電流Ｉ　）ｌ＋ｍａｘ
に関しての各第三半導体領域２３の直径ｘＥの下限式と
しては、上記０式の変形として、 なる式に従えば良い。

第三半導体領域２３の平面形状が正多角形の場合にも、
上記各式０°、■”、ｏ’　により求めた直径×、の円
の面積に等しい大ぎさに当該正多角形を形成すれば良い
。もちろん、円の場合にも正多角形の場合にも、さらに
は矩形の場合にも、ある程度の製作公差は許容できるし
、その意味で、あえて意図的に少し変形した部分を有す
るように形成する場合も含み、ほぼ円形やほぼ正多角形
・の場合も許容し得ることは明らかである。

なお、第三半導体領域２３が円形や正多角形等の場合に
は、複数を並設するに際しても、単に縦横に並べるだけ
ではなく、例えば蜂の巣状に並べること等も考えられる
。

いずれにしても上記のような条件により、本発明によれ
ばこの種のサージ防護デバイスに関し、極めて重要な設
計指針が与えられることが証明されるが、次に、サージ
耐量について考えてみる。

既述の動作メカニズムにより、この種のサージ防護デバ
イスでは、それがオンした後の主電流通路（デバイス！
流通路）は、第三半導体領域２３と第四半導体領域２４
とを主として通るものとなる。したがって、第三半導体
領域２３の面積が大館い程、サージ耐量は増すことが容
易に予想される。

そこで、第三半導体領域２３は複数個設けるという条件
の下で、第二半導体領域の面積ＳＢに対する第三半導体
領域２３の相対的な全面積（すなわちＮ−ｘ、・ｙｒ、
）の比を変化させ、サージ耐量の変化を見た。

その結果は第３図に示されているが、試作範囲は、当該
サージ耐量が飽和傾向を示し始める点に近い、第二半導
体領域面積ＳＢに対する第三半導体領域面積（Ｎ−×５
・ｙＥ）の比が６７％から、小さな方では２０％で終え
ており、面積比６０％以上では実際のサージ耐量はほぼ
８０Ａ／ｍｍ２以上が得られている。

面積比が２０％の場合にも、サージ耐量は面積比６０％
素子の半分程度になっているが、基本的に必要なブレー
ク・オーバ特性は示すことが確認されたので、第１図に
示されているような片極性サージ吸収用の本発明サージ
防護デバイス２０の場合には、当該第３図からして、第
二半導体領域に対する第三半導体領域の面積比が２０％
から８０％の範囲内にあれば良好なサージ耐量特性が得
られることになる。したがって、この範囲内で上記した
第三領域のＸ方向寸法資を設計することが実際には最も
望ましい。

ただ、トータルでの面積が同しであっても、第三半導体
領域２３を少なくとも面内一方向に沿う断面において複
数個、特に均等寸法の複数個から形成した場合（これと
直交する方向の端部相互では互いに接続されていても良
い）に比し、単一の第三半導体領域でその面積の全てを
占有した場合には、サージ耐量は減少傾向を示し、３０
％程度、落ち込むものもあった。ブレーク・オーバ電流
Ｉ１１゜や保持電流■□についても同様であり、第三半
導体領域２３のＸ方向寸法寸法Ｘ。が増すに連れて低下
し、単一の第三半導体領域２３となると、やはり最大３
０％程度の低下は覚悟せねばならなかった。

こｘＥは結局、先に第１図　（ａ）　、　（ｂ）の関係
でも述べたように、第三半導体領域２３を複数にするこ
とが有効で、より一層の電流の均一性が確保できること
を裏付けている。

なお、第四半導体領域２４から注入された少数キャリア
の中、第二半導体領域２２に対してはβだけしか到達し
ないことが分かっている場合には、上記した［相］式は
、 ・・・・・・υ と書き直して使用することもでき、当該βは実測ないし
は演算により求めることができる。もちろん、第三半導
体領域が円形や正多角形ないしはそれらに近い形状の場
合には、この式［相］“°は、右辺平方根内の係数項が
“８”から“１６”に変わる。

なお、繰返すが、第二オーミック電極を矩形の第三半導
体領域２３の長辺方向の両側に関して第二半導体領域２
２の表面に共に接触させるようにした場合、つまりは上
記Ｘ方向を第三半導体領域２３の長辺方向とした場合に
も、上記［相］式を始め、上記各式は有効に利用できる
。ただ、短辺方向とした方が、第三半導体領域の下面を
なめる電流経路がより短くなるので、電圧の時間微分値
ｄＶ／ｄｔの高い“小さなサージ”に対する耐性は構造
的にもより高まるということである。

さらに、こうしたことからすれば、既述した通り、面内
一方向の断面において複数個の矩形第三半導体領域２３
を設ける場合にも、それらの並設方向と第二オーミック
電極３３に設けられる部分Ｐ□、Ｐｏの並設方向とは直
交していなくても良いことが分かる。例えば第１図（ｂ
）において図面紙面と直交する方向に第二オーミック電
極３３の各第三半導体領域２３に関する部分ＰＯ１Ｐ０
が並設されている状態を考えれば良い。

以上、第１図示の実施例に基づき説明してきたが、本発
明のサージ防護デバイスは２０は、容易に双極性サージ
吸収用に改変することができる。

第４図（ａ）　、　（ｂ）はそのようにする場合の基本
的な構成例を示している。

しかし、構造上、第１図示実施例と相違する所は少なく
、第四半導体領域２４が第二半導体領域２２と同様の半
導体領域とされ、かつ、この第四半導体領域内に第三半
導体領域２３と同様の第五半導体領域２５が備えられて
いて、第一デバイス端子Ｔ１は、第二デバイス端子Ｔ２
が第二、第三半導体領域２２．２３に共通にオーミック
接触したオーミック電極３３に導通しているのと同様、
第四半導体領域２４のみならず、第五半導体領域２５に
もオーミック電極３２を介して接続している点位である
。

換言すれば、この双極性サージ吸収用の実施例でも、す
でに述べてきた片極性サージ吸収用として構成された本
発明サージ防護デバイスの持つ構成要件は全て有してい
るので、それらについては同一の符号を付すと共に、特
に通用できない旨を述べない限り、それら各構成要件に
関してのこれまでの説明は全て援用することができる。

しかるに、こうした第４図示のサージ防護デバイス２０
では、第四半導体領域２４がこれまで述べてきた片極性
サージ吸収用の本発明サージ防護デバイスにおける第１
図示構造中の第四半導体領域２４と全く同様の機能を呈
するように構成されているのみならず、印加されるサー
ジの極性が反転した場合には、上述した第二半導体領域
２２と等価な半導体領域として機能し、全く同様に、第
五領域２５は、これまでの説明におけるとは逆の極性の
サージが印加された場合、第三領域２３に代わフて当該
第三領域２３が果たしていたと同等の働きをなす。

もちろん、この新たに追加された第五半導体領域２５と
第四半導体領域２４とにオーミック接触する裏面側オー
ミック電極３２も、第五半導体領域２５が矩形の場合に
は、少なくともその面内一方向であるＸ方向断面におい
てその両側に部分Ｐｏ、Ｐａで示されているように、等
しく第四半導体領域２４に接触していることが前提であ
るし、第三半導体領域２３が円形や正多角形ないしはそ
れらに近い形状の場合には、当該第三半導体領域２３の
平面形状の周縁の全周またはほぼ全周に沿って第二オー
ミック電極３２が第二半導体領域２２の表面にも共に接
触していることが前提であり、その上で、第五半導体領
域２５に関する寸法×Ｅは、それぞれの形状に応じて先
に挙げた各式を満足しているものである。

第１図示の片極性サージ吸収用のデバイス２゜について
述べてきたように、このデバイスでも、第一デバイス端
子Ｔ１側が正、第二デバイス端子Ｔ２側が負となる極性
でのサージ印加時には、第１図示デバイスと全く同様の
動作をなす。パンチ・スルーや雪崩降伏、ツェナ降伏等
を起こすｐｎ接合は第一半導体領域２１と第二半導体領
域２２とで構成されるｐｎ接合であるし、新たに設けら
れた第五半導体領域２５は第四半導体領域２４との間で
逆バイアスとなって有意の働きをしない。

これに対し、第二デバイス端子Ｔ２側が正、’Ｓ　−デ
バイス端子Ｔ１側が負となる極性のサージが印加される
と、パンチ・スルーや雪崩降伏、ツェナ降伏等を起こす
ｐｎ接合は、第４図示のサージ防護デバイス２０では第
一半導体領域２１と第四半導体領域２２との間の第二の
ｐｎ接合となり、第二半導体領域２２との間で逆バイア
スとなる第三半導体領域２３の方が有意の機能をしない
状態（第１図示構造のデバイスでサージ吸収対象極性と
は逆極性印加時に相当）となる。

念のため、降伏現象にはこれまでの実施例と同様にパン
チ・スルーを利用するものとして、これまでとは逆極性
のサージ印加時について述べてみると、第一半導体領域
２１と第四半導体領域２４との間の第二のｐｎ接合が逆
バイアスされ、これにより生じた空乏層が第一半導体領
域２１の側へのみならず、第五半導体領域２５の側に向
けても伸び、やがてのことに当該空乏層の下方端部が第
五半導体領域２５に達すると、第一半導体領域２１と第
五半導体領域２５間がパンチ・スルーする。

こうなると、第二半導体領域２２の方から第一半導体領
域２１内に当該第一半導体領域２１にとっての少数キャ
リアが注入され、これが第四半導体領域２４で収集され
て素子電流の流れ始めとなる。

一方、例え第四半導体領域２４と第五半導体領域２５と
が第一デバイス端子Ｔ、に共通に接続されることでその
表面においては互いに電気的に短絡されていても、第四
半導体領域２４を介して流れ始めて以降、増加して行く
素子電流の電流値と、当該素子電流の第四半導体領域２
４内における電流経路に沿った抵抗値との積により求め
られる電圧値（電圧降下）が、第四半導体領域２４と第
五半導体領域２５とにより形成されている整流性接合（
図示の場合は第五半導体領域２５も半導体領域であるの
でｐｎ接合）の順方向電圧に等しくなると、以降、第五
半導体領域２５から第四半導体領域２４に対して第四半
導体領域２４にとっての少数キャリアの注入が起こる。

そして、この第四半導体領域２４への少数キャリアの注
入は、結果として第一、第二デバイス端子Ｔ＋　、　７
２間に流れる素子電流の更なる増大を招くことになり、
これがまた、第二半導体領域２２から第一半導体領域２
１への少数キャリアの注入を促進するという正帰還現象
を招く。

そのため、当該第９図に示されている電圧″Ａ電流（Ｖ
−Ｉ　）特性図に対し、原点対称な関係で第三象限に描
かれるが、やがてのことに既述した正帰還現象がデバイ
ス内部で生じていることの表れとして、第一、第二デバ
イス端子Ｔ＋　、　７２間に表れるデバイス両端電圧は
ブレーク・オーバを開始した時の電圧値であるブレーク
・オーバ電圧−ＶａＯよりも絶対値において低く、さら
には最初にパンチ・スルーを開始した時の降伏電圧−■
、Ｒよりも絶対値において低いクランプ電圧−ｖＰに８
行することができ、これにより、素子の発熱を抑えなが
ら大きなサージ電流の吸収が可能となる。

そしてまた、このように第一デバイス端子Ｔ１側が負と
なる極性のサージにおいても、当該印加されたサージの
電圧がブレーク・オーバ電圧−ＶＢＯより絶対値におい
て小さい範囲内にあるにも拘らず、その電圧の時間微分
値ｄＶ／ｄｔが大きかったがためにターン・オン（ブレ
ーク・オーバ）してしまう誤動作が生ずるおそｘＥは、
既述の第二半導体領域２２に関する寸法パラメータを第
四半導体領域２４のそれらとし、第三半導体領域２３に
対する各パラメータを新たに追加した第五半導体領域２
５のそれらとすることにより、第五半導体領域の形状に
応じて上記各式を満たすことで同様に低減することがで
きる。

保持電流、ブレーク・オーバ電流やサージ耐量について
の考察も然りであって、第１図示構造デバイスにおける
第二半導体領域２２、第三半導体領域２３、第四半導体
領域２４に関する各説明を、それぞれ１．第４図示構造
デバイスの第四半導体領域２４、第五半導体類＠、２５
、第二半導体領域２２に対するものと読み換えれば、は
とんどそのまま、通用することができる。

ただし、少し異なるのは、この第４図示構造デバイスの
ように、双極性サージ吸収用とすると、第１図示構造の
片極性サージ吸収用デバイスでは裏面側にあってデバイ
スがオンとなった後の主電流通路の一端側を形成する第
四半導体領域２４０面積が極めて広く採れたのに対し、
この中に新たに逆極性サージ時に有効に機能する第五半
導体領域２５を設けたことから、当該第四半導体領域２
４の面積が小さくなったことである。

したがって、第１図示の片極性サージ吸収用のサージ防
護デバイス２０におけると同一極性のサージ吸収時につ
いて考えると、サージ耐量は一応、低下することが予想
されたが、実際には片極性サージ吸収用のサージ防護デ
バイスに比し、極端な低下を起こさない設計範囲がある
ことが分かった。

第５図はこれを証明するもので、第４図示のように、全
Ｘ方向寸法がり。（第二半導体領域２２の全Ｘ方向寸法
ＬＴに等しい）、これに直交するｙ方向寸法がｙ！ｌの
第四半導体領域２４中にあって、全Ｘ方向寸法Ｎ−ｘ、
（同様に第三半導体領域２３の全Ｘ方向寸法に等しい）
、ｙ方向寸法ｙ、の矩形第五半導体領域２５の占める割
り合いが減り、つまりは残存する第四半導体領域２４の
有効面積が増す程、双極性デバイスでありても片極性サ
ージ吸収用デバイスのサージ耐量の８０％に向けて飽和
し、十分なサージ耐量が得られた。

逆に、第四半導体領域２４中において第五半導体領域２
５の占める面積が６７％程度まで増えても、片極性デバ
イスの場合の３０％以上のサージ耐量は確保できた。も
ちろん、必要なサージ耐量に応じ、第四、第五領域相互
の面積比は決定できるが、その範囲は種々多くの試作例
で０．１〜０．９の間まで、許容することができた。こ
のことはまた、逆極性についても言えるから、双極性サ
ージ吸収用とした本発明サージ防護デバイス２０では、
第二半導体領域２２中に占める第三半導体領域の全面積
比も上記の値範囲内となる。

以上、片極性サージ吸収用、双極性サージ吸収用のそれ
ぞれに対して本発明の詳細な説明したが、以下、本発明
のサージ防護デバイスに採用し得る他の構造的改変例等
につき説明する。

ただし、先の約束の通り、各実施例において採用した構
成要素は、他の実施例において特に適用できないことを
明言しない限り通用することができるし、もちろん、各
実施例において上記第１゜４図示実施例に関し説明した
各寸法条件は全て満たしているものである。また、以下
に説明する第６．７図示実施例は双極性サージ吸収用と
しての本発明デバイスの改変例であるが、第二半導体領
域中の第三半導体領域または第四半導体領域中の第五半
導体領域を除ぎ、かつ、それらがあるがために必要とな
った追加の構成要件等は除けば、容易に片極性サージ吸
収用としての第１図示す−ジ防護デバイスの他の改変実
施例となり得る。

まず第６図には、第４図（ａ）による本発明サージ防護
デバイス２０の改変例が示されている。

一つづつ改変点につき説明するが、これまでは最初の降
伏メカニズムにパンチ・スルーを予定してきたが、雪崩
降伏やツェナ降伏等、いわゆる“ポイント・フェノメノ
ン（局所現象）”と呼ばれる降伏現象を利用する場合に
は、第一半導体領域２１と第二半導体領域２２や、第一
半導体領域２１と第四半導体領域２４とで形成されるｐ
ｎ接合において降伏をし始める個所や、ないしは降伏後
においても電界の集中する個所は通常、局所的になり易
い。

そこで、意図的にこのような降伏原理を採用する場合に
は、電流の局所集中現象を低減するために、第６図中、
仮想線で示されるように、第二、第四半導体領域２２．
２４と第一半導体領域２１との接触面積領域に複数個所
、適当なるパタンで第一半導体領域と同一導電型の高濃
度不純物領域（したがってこの場合はｎ１領域）４１．
・・・・・を点々と形成すれば良い。

こうすると、雪崩降伏が各高濃度不純物領域４１、・・
・・・の一つ一つにおいてはそれらの角部ないし端部か
ら生じ始めたにしても、全体としては降伏を開始する部
分を当該領域４１．・・・・・の数に応じて増やすこと
ができ、それらから−斉に降伏に伴っての電流を流し始
めることができるので、総体的に見るとデバイス電流の
均一化、ひいてはサージ耐量等、電気的特性の安定化を
得ることができる。

逆に、本質的には最初の降伏メカニズムにパンチ・スル
ーを利用しようとした場合にも、第一半導体領域２１と
第二、第四半導体領域２２　、２４とて構成される第一
、第二ｐｎ接合部分の中、印加されるサージの極性に応
じてどちらか一方のｐｎ接合のいわゆる角部となる部分
で比較的早い時期に不測の雪崩降伏が生ずると、やはり
動作上、大いに不都合である。

したがって、これを防ぐか抑制するには、当該第６図中
、符号３４．３５でそれぞれ示したように、第二半導体
領域２２と第三半導体領域２３とに共通にオーミック接
触するオーミ、ツタ電極３３には第一半導体領域２１の
主面に表れている第二半導体領域２２とのｐｎ接合の境
界部分を越えて当該第二半導体領域２２から第一半導体
領域２１の上にまで張り出した部分３４を、また、第四
半導体領域２４と第五半導体領域２５とに共通にオーミ
ック接触するオーミック電極３２には第一半導体領域２
１の主面に表れている第四半導体領域２４とのｐｎ接合
の境界部分を越えて当該第四半導体領域２４から第一半
導体領域２１の上にまで張り出した部分３５を設けると
良い。

これらの張出し部分３４．３５と第一半導体領域２１の
主面との間にはそれぞれ絶縁膜５１が介在するが、この
ような張り出し部分３４．３５はいわゆるフィールド・
プレー）３４．３５となり、特に第一半導体領域２１と
第二、第四半導体領域２２．２４とで形成される第一、
第二ｐｎ接合のそれぞれの各角部における電界の集中を
緩和する作用を有する。

したがって、初期降伏現象にパンチ・スルーを利用する
場合に当該角部における不測の雪崩降伏等を避ける意味
から有効ではあるが、逆に、雪崩降伏原理等を利用する
場合にも電流の集中を低減する上では有効である。特に
、既述したように複数の高濃度不純物領域４１．・・・
・・（第６図仮想線）を設ける等、複数個所にての雪崩
降伏を意図した場合には、まさしく、他の降伏予定個所
と一緒にではなく、ｐｎ接合角部にてのみ、早目に降伏
が生じてしまうのを予防することができる。

同様の目的のためには、上記のようなフィールド・プレ
ート３４．３５に代えて、あるいはこれに加えて、第４
図中、仮想線の領域６１．６２で示されているように、
第二半導体領域２２と第四半導体領域２４の周囲にそれ
らと同一導電型であるがそれらには触れない状態でガー
ト・リング６１．６２を設けるのもまた良い配慮である
。こｘＥはもちろん、電界を緩和する働きを有し、各ｐ
ｎ接合角部近傍における局所的な降伏を抑制する効果を
持つ。

さらに、この第６図示の実施例では、表裏面の各オーミ
ック電極３３．３２は、それぞれ第二、第三半導体領域
２２．２３と第四、第五半導体領域２４．２５とに共通
にオーミック接触する必要があり、特に、第三、第五半
導体領域２３．２５のＸ方向両側の部分、またはその全
周ないしほぼ全周に沿う部分Ｐ。、ＰＯで第二、第四半
導体領域２２．２４にそれぞれ接触する必要があるが、
部材としては必ずしも一連の平面的な電極部材でなくと
も良く、第三半導体領域２３と第二半導体領域２２との
接合が表面に表れている部分や、第四半導体領域２４と
第五半導体領域２５との接合が裏面に表れている部分は
、それら接合の表れている部分との間に介在する絶縁＠
５２，５２の上を渡し越していても良い。

次に、第７図を見ると、やはりどの実施例にも適用可能
な改変例のまた別な一例が示されている。

先にも少し述べたように、特に最初の降伏メカニズムに
雪崩降伏を利用する場合、例えば第７図中、第一半導体
領域２１と第二、第四半導体領域２２．２４との第一、
第二ｐｎ接合のどちらかの角部８点で最初に降伏が始ま
ったとすると、ここを介する電流は第三半導体領域２３
または第五半導体領域２５の周囲を通過することなく、
直ちに、かつ直接に、直近のオーミック電極３３または
３２の端の部分に流れ込んでしまうことも考えられる。

そこで、そうした望ましくない電流の集中を避けるため
には、第７図中、仮想線で示したような補助領域２３’
、２５°を設けると良い。

すなわち、この補助領域２３’、２５°は、第三半導体
領域２３や第五半導体領域２５と同一の導電型であって
同一のオーミック電極３３．３２にオーミック接触して
いるが、その幅が各第三半導体領域２３．２５の幅より
も十分短く、望ましくは四分の一程度以下の幅であり、
かつ、オーミック電極３３．３２の両端接触部分ｐ、’
、ｐ、“は、この補助領域２３°、２５゛の表面部分て
留まっている。

こうなっていると、最初の降伏メカニズムに雪崩降伏等
、局所現象を利用した結果、例え第６図中に点々と模式
的に示したような高不純物濃度領域４１．・・・・・を
用いて降伏部分を複数個所に意図的に分散させようとし
た場合にあってさえ、どうしてもＢ点で示されるような
ｐｎ接合端部ないし角部の部分から降伏を開始し易いよ
うな場合にも、仮想線の矢印ｆＨ’　で示すように、少
数キャリア流を直ちに最短距離で各オーミック電極に至
らせることがなく、当該補助類＠２３°、２５゛の周り
を回らせるようにすることで電流経路を長く採ることが
で包、総体的に見た電流分布の均一化に継がる。

また、双極性サージ吸収用の本発明実施例デバイスにお
いては、第三領域の数Ｎ（≧１）と第五領域の数Ｍ（≧
１）とは必ずしも同じでなくとも良く、また、第三領域
断面寸法と第五領域断面寸法についても、それぞれ独立
に各構成要件中の条件式を採用しても構わない。

したがって、あえて第三領域の数と第五領域の数を変え
たり、あるいはまた第三領域のＸ方向寸法と第五領域の
Ｘ方向寸法等も互いに異ならせた場合には、結果として
、作成された双極性サージ吸収用のサージ防護デバイス
の特性は、印加されるサージの極性に応じて非対称なも
のが得られる。使途によっては、例えば第一デバイス端
子側が正となる極性における保持電流値に対し、第二デ
バイス端子側が正となる極性のサージ印加時における保
持電流値は小さくても良いか、ないし小さい方が良い等
という特殊な要求も考えられるので、第三領域側と第五
領域側とで独立な設計ができることがむしろ望ましい場
合もある。

しかし、より一般的な形態としては、印加されるサージ
の極性の如何には拘らず、対称的な電気的特性が要求さ
れることが多いのもまた事実であるので、そのような場
合には、面内一方向に沿う断面においてはそれぞれ一つ
以上の第三領域と第五領域とを同じ数（Ｎ＝Ｍ）とし、
かつ寸法的にもそれぞれ均等寸法とし、互いの間隔も等
しくするのが望ましい。

以上、各実施例に即して詳記したが、本発明のサージ防
護デバイス２０は、各実施例中には一つづつしか示され
ていないサージ防護デバイス構造を、第一半導体領域２
１を全てに共通の第一半導体領域として、複数個集積で
きることはもちろんである。

また、集積した各サージ防護デバイスを並列接続すれば
大電流吸収可能なサージ防護デバイスが構築できるし、
結果として共通の一枚の基板上に個々に独立に動作し得
る複数個のサージ防護デバイスを構築することもできる
。その場合、必要に応じ、隣接するデバイス構造間には
素子間分離領域（機械的に溝掘りされること等も含む）
を形成すれば良い。

さらに、第三半導体領域２３と第五半導体領域２５とを
少なくとも面内一方向に沿う断面においてはそれぞれ複
数個から構成する場合に有効であるが、それら各複数個
の第三半導体領域２３と第五半導体領域２５とが平面投
影的に見ると互いに直交するか斜めに交差する方向に伸
びるように設けられていると、これによっても電流の均
一化を計ることができる。

［効　　果］ 本発明によれば、片極性サージ吸収用としても双極性サ
ージ吸収用としても、共に適当なるサージ防護デバイス
を提供することがで診、特に、電圧の尖頭値は小さくて
もその電圧の時間微分値が大きかったがために従来構造
ではブレーク・オーバしてしまっていたような誤応答を
効果的に防ぐことができる。

また、従来構造においてそうした“小さなサージ”に対
する対策として示された中に肥められるような、降伏動
作側とは厚味方向で対向する面側にあって第一半導体領
域に対してオーミック接触する電極構造も本発明では必
須とはしないから、吸収対象のサージとは逆極性の電圧
に関してデバイスとしての逆耐圧を確保することもでき
る。

さらに、ブレーク・オーバ電流や保持電流の制御が可能
であるか、または設計仕様に良く従っての安定な値の確
保ができ、サージ耐量についても新たなる設計基準を与
えたり、あるいはその値を大きくすることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に従って構成された片極性サージ吸収用
としてのサージ防護デバイスの原理構造ないしは基本的
実施例の概略構成図。 第２図は本発明に従わず、第二半導体領域と第三領域と
に対するオーミック電極を意図的に非対称に作成した仮
定素子のデバイス構造の説明図。 第３図は第二半導体領域中に占める第三半導体領域の面
積比とサージ耐量との関係の傾向を示す説明図。 第４図は本発明に従って構成された双極性サージ吸収用
としてのサージ防護デバイスの原理構造ないしは基本的
実施例の概略構成図。 第５図は第五半導体領域の占める面積に応じて代わる第
四半導体領域の残存面積比とサージ耐量との関係、及び
片極性サージ吸収用のサージ防護デバイスにおけるサー
ジ耐量との関係の傾向を示す説明図。 第６図及び第７図は、それぞれ、本発明のさらに他の構
造的改変例を示した概略構成図。 第８図は片極性サージ吸収用として構成された従来のサ
ージ防護デバイスの原理的な構成図。 第９図は第８図示デバイスのサージ吸収に関する特性図
。 第１０図は従来において小さなサージに対する誤応答を
防ぐための工夫を有するサージ防護デバイスの概略構成
図。 である。 図中、２０は全体としての本発明サージ防護デバイス、
２１は第一半導体領域ないし半導体基板、２２は第二半
導体領域、２３は第三領域、２４は第四領域ないし第四
半導体領域、２５は第五領域、３２．３３は第一、第二
オーミック電極、３４．３５はフィールド・プレート、
４１は高濃度領域、ｆｌｕ、８２はガード・リング、丁
、は第一デバイス端子、Ｔ２は第二デバイス端子、であ
る。 １　　　　　　　第９図

Claims (22)

【特許請求の範囲】
1. （１）第一半導体領域の表裏両主面の中、一方の主面側
   に設けられ、該第一半導体領域の導電型とは逆導電型で
   該第一半導体領域との間でｐｎ接合を形成する第二の半
   導体領域と、 上記第一半導体領域とは対向する側から上記第二半導体
   領域に接触し、該第二半導体領域に対し該第二半導体領
   域にとっての少数キャリアを注入することができ、少な
   くともその面内一方向に沿う一断面においては一つ以上
   の数Ｎ個から成る第三領域と、 上記第一半導体領域の上記表裏両主面の中、上記一方に
   対向する他方の主面側に設けられ、該第一半導体領域に
   対し該第一半導体領域にとっての少数キャリアを注入し
   得る第四領域とを有し、 上記第四領域にオーミック接触し、第一デバイス端子に
   接続した第一のオーミック電極と、上記第二、第三領域
   に共にオーミック接触し、第二デバイス端子に接続した
   第二のオーミック電極との間に、上記第一、第二半導体
   領域による上記ｐｎ接合を逆バイアスする極性で降伏電
   圧以上の電圧のサージが印加されると降伏し、上記第一
   、第二のデバイス端子間にてサージ電流を吸収し始める
   と共に、 該降伏後、上記第四領域から上記第一半導体領域への上
   記少数キャリアの注入と、上記第三領域から上記第二半
   導体領域に対する上記少数キャリアの注入との相乗効果
   により、上記吸収し始めたサージ電流の大きさがブレー
   ク・オーバ電流以上になると正帰還現象を介してブレー
   ク・オーバし、上記第一、第二デバイス端子間を絶対値
   において相対的に低電圧のクランプ電圧に移行させなが
   らサージ電流を吸収し続ける二端子ブレーク・オーバ型
   のサージ防護デバイスであつて； 上記第二のオーミック電極は、面内において互いに直交
   するｘ、ｙ両方向の中、ｘ方向に沿う方向において、上
   記第三領域の表面と、該第三領域の両側の上記第二半導
   体領域の表面とに共に接触する部分を有し； かつ、 ρ＿Ｂを上記第一、第三領域間の部分における第二半導
   体領域のシート抵抗、 Ｖ＿ｆを上記第三領域を順バイアスする電圧、Ｃ＿Ｏを
   上記ｐｎ接合の単位面積当たりの接合容量。 ｄＶ／ｄｔをそれ以上には応答させたくないサージの立
   ち上がりの鋭さ、 として、上記第三領域の上記ｘ方向寸法ｘ＿Ｅが、ｘ＿
   Ｅ＜■｛８Ｖ＿ｆ／［ρ＿Ｂ・Ｃ＿Ｏ・（ｄＶ／ｄｔ）
   ］｝に基づいて規定されていること； を特徴とするサージ防護デバイス。
2. （２）第三領域の上記ｘ方向寸法ｘ＿Ｅは、上記ブレー
   ク・オーバした状態を維持し得る範囲で許容し得る最大
   保持電流値Ｉ＿Ｈ＿ｍ＿ａ＿ｘに対し、Ｓ＿Ｂを上記第
   二半導体領域の面積として、 ｘ＿Ｅ＞■［（８Ｖ＿ｆ・Ｓ＿Ｂ）／（ρ＿Ｂ・Ｉ＿Ｈ
   ＿ｍ＿ａ＿ｘ）］なる関係も満たしていること； を特徴とする請求項１に記載のサージ防護デバイス。
3. （３）第三領域の上記ｘ方向寸法ｘ＿Ｅは、上記ブレー
   ク・オーバした状態を維持するに必要な最小の保持電流
   値Ｉ＿Ｈ＿ｍ＿ｉ＿ｎに対し、Ｓ＿Ｂを上記第二半導体
   領域の面積として、 ｘ＿Ｅ＜√［（８Ｖ＿ｆ・Ｓ＿Ｂ）／（ρ＿Ｂ・Ｉ＿Ｈ
   ＿ｍ＿ｉ＿ｎ）］なる関係も満たしていること； を特徴とする請求項１または２に記載のサージ防護デバ
   イス。
4. （４）第四領域から注入された少数キャリアの中、第二
   半導体領域に到達する量比βに応じ、上記式 ｘ＿Ｚ＜√｛８Ｖ＿ｆ／［ρ＿Ｂ・Ｃ＿Ｏ・（ｄＶ／ｄ
   ｔ）］｝に代えて、上記第三領域ｘ方向寸法ｘ＿Ｅが、
   ▲数式、化学式、表等があります▼ に基づいて規定されていること： を特徴とする請求項１、２または３に記載のサージ防護
   デバイス。
5. （５）第三領域は短辺と長辺を有する矩形またはほぼ矩
   形の平面形状を有し； 上記ｘ方向寸法ｘ＿Ｅは上記短辺方向の寸法であること
   ； を特徴とする請求項１、２、３または４に記載のサージ
   防護デバイス。
6. （６）第一半導体領域の表裏両主面の中、一方の主面側
   に設けられ、該第一半導体領域の導電型とは逆導電型で
   該第一半導体領域との間でｐｎ接合を形成する第二の半
   導体領域と、 上記第一半導体領域とは対向する側から上記第二半導体
   領域に接触し、該第二半導体領域に対し該第二半導体領
   域にとっての少数キャリアを注入することができ、それ
   ぞれの平面形状が円形またはほぼ円形である一つ以上の
   数Ｎ個から成る第三領域と、 上記第一半導体領域の上記表裏両主面の中、上記一方に
   対向する他方の主面側に設けられ、該第一半導体領域に
   対し該第一半導体領域にとっての少数キャリアを注入し
   得る第四領域とを有し、 上記第四領域にオーミック接触し、第一デバイス端子に
   接続した第一のオーミック電極と、上記第二、第三領域
   に共にオーミック接触し、第二デバイス端子に接続した
   第二のオーミック電極との間に、上記第一、第二半導体
   領域による上記ｐｎ接合を逆バイアスする極性で降伏電
   圧以上の電圧のサージが印加されると降伏し、上記第一
   、第二のデバイス端子間にてサージ電流を吸収し始める
   と共に、 該降伏後、上記第四領域から上記第一半導体領域への上
   記少数キャリアの注入と、上記第三領域から上記第二半
   導体領域に対する上記少数キャリアの注入との相乗効果
   により、上記吸収し始めたサージ電流の大きさがブレー
   ク・オーバ電流以上になると正帰還現象を介してブレー
   ク・オーバし、上記第一、第二デバイス端子間を絶対値
   において相対的に低電圧のクランプ電圧に移行させなが
   らサージ電流を吸収し続ける二端子ブレーク・オーバ型
   のサージ防護デバイスであって； 上記第二のオーミック電極は、上記円形またはほぼ円形
   の第三領域の周縁の全周またはほぼ全周に沿って該第三
   領域の表面と上記第二半導体領域の表面とに共に接触す
   る部分を有し；かつ、 ρ＿Ｂを上記第一、第三領域間の部分における第二半導
   体領域のシート抵抗、 Ｖ＿ｆを上記第三領域を順バイアスする電圧、Ｃ＿Ｏを
   上記ｐｎ接合の単位面積当たりの接合容量、 ｄＶ／ｄｔをそれ以上には応答させたくないサージの立
   ち上がりの鋭さ、 として、上記第三領域の直径ｘ＿Ｅが、 ｘ＿Ｅ＜√｛１６Ｖ＿ｆ／［ρ＿Ｂ・Ｃ＿Ｏ・（ｄＶ／
   ｄｔ）］｝に基づいて規定されていること； を特徴とするサージ防護デバイス。
7. （７）第三領域の直径ｘ＿Ｅは、上記ブレーク・オーバ
   した状態を維持し得る範囲で許容し得る最大保持電流値
   Ｉ＿Ｈ＿ｍ＿ａ＿ｘに対し、Ｓ＿Ｂを上記第二半導体領
   域の面積として、 ｘ＿Ｅ＞√［（１６Ｖ＿ｆ・Ｓ＿Ｂ）／（ρ＿Ｂ・Ｉ＿
   Ｈ＿ｍ＿ａ＿ｘ）なる関係も満たしていること； を特徴とする請求項６に記載のサージ防護デバイス。
8. （８）第三領域の直径ｘ＿Ｅは、上記ブレーク・オーバ
   した状態を維持するに必要な最小の保持電流値Ｉ＿Ｈ＿
   ｍ＿ｉ＿ｎに対し、Ｓ＿Ｂを上記第二半導体領域の面積
   として、 ｘ＿Ｅ＜√［（Ｖ＿ｆ・Ｓ＿Ｂ）／（ρ＿Ｂ・Ｉ＿Ｈ＿
   ｍ＿ｉ＿ｎ）］なる関係も満たしていること； を特徴とする請求項６または７に記載のサージ防護デバ
   イス。
9. （９）第四領域から注入された少数キャリアの中、第二
   半導体領域に到達する量比βに応じ、上記式 ｘ＿Ｅ＜√｛１６Ｖ＿ｆ／［ρ＿Ｂ・Ｃ＿Ｏ・（ｄＶ／
   ｄｔ）］｝に代えて、上記第三領域の直径ｘ＿Ｅが、 ▲数式、化学式、表等があります▼ に基づいて規定されていること； を特徴とする請求項６、７または８に記載のサージ防護
   デバイス。
10. （１０）上記第三領域の平面形状が上記円形またはほぼ
    円形に代えて正多角形またはほぼ正多角形であり； 上記第二オーミック電極は該正多角形またはほぼ正多角
    形の第三領域の周縁の全周またはほぼ全周に沿って該第
    三領域の表面と上記第二半導体領域の表面とに共に接触
    する部分を有し；かつ、上記寸法ｘ＿Ｅは、上記第三領
    域の直径に代え、該正多角形またはほぼ正多角形の第三
    領域の面積に等しいか、ほぼ等しい円の直径であること
    ： を特徴とする請求項６、７、８または９に記載のサージ
    防護デバイス。
11. （１１）第一半導体領域の表裏両主面の中、一方の主面
    側に設けられ、該第一半導体領域の導電型とは逆導電型
    で該第一半導体領域との間で第一のｐｎ接合を形成する
    第二の半導体領域と、 上記第一半導体領域とは対向する側から上記第二半導体
    領域に接触し、該第二半導体領域に対し該第二半導体領
    域にとっての少数キャリアを注入することができ、少な
    くともその面内一方向に沿う一断面においては一つ以上
    の数Ｎ個から成る第三領域と、 上記第一半導体領域の上記表裏両主面の中、上記一方に
    対向する他方の主面側に設けられ、該第一半導体領域の
    導電型とは逆導電型で該第一半導体領域との間で第二の
    ｐｎ接合を形成する第四の半導体領域と、 上記第一半導体領域とは対向する側から上記第四半導体
    領域に接触し、該第四半導体領域に対し該第四半導体領
    域にとっての少数キャリアを注入することができ、少な
    くともその面内一方向に沿う一断面においては一つ以上
    の数Ｍ個から成る第五領域とを有し、 上記第四、第五領域に共にオーミック接触 し、第一デバイス端子に接続した第一のオーミック電極
    と、上記第二、第三領域に共にオーミック接触し、第二
    デバイス端子に接続した第二のオーミック電極との間に
    、上記第一ｐｎ接合または上記第二ｐｎ接合を逆バイア
    スする極性で降伏電圧以上の電圧のサージが印加される
    と降伏し、上記第一、第二のデバイス端子間にてサージ
    電流を吸収し始め、 該降伏後、上記第四半導体領域から上記第一半導体領域
    への上記少数キャリアの注入と、上記第三領域から上記
    第二半導体領域に対する上記少数キャリアの注入との相
    乗効果、または上記第二半導体領域から上記第一半導体
    領域への上記少数キャリアの注入と、上記第五領域から
    上記第四半導体領域に対する上記少数キャリアの注入と
    の相乗効果により、上記吸収し始めたサージ電流の大き
    さがブレーク・オーバ電流以上になると正帰還現象を介
    してブレーク・オーバし、上記一対のデバイス端子間を
    絶対値において相対的に低電圧のクランプ電圧に移行さ
    せながらサージ電流を吸収し続ける双極性サージ吸収用
    二端子ブレーク・オーバ型のサージ防護デバイスであっ
    て： 上記第二のオーミック電極は、面内において互いに直交
    するｘ、ｙ両方向の中、ｘ方向に沿う方向において、上
    記第三領域の表面と、該第三領域の両側の上記第二半導
    体領域の表面とに共に接触する部分を有し： 上記第一のオーミック電極は、面内において互いに直交
    するｘ、ｙ両方向の中、ｘ方向に沿う方向において、上
    記第五領域の表面と、該第五領域の両側の上記第四半導
    体領域の表面に共に接触する部分を有しており； かつ、 ρ＿Ｂを上記第一、第三領域間の部分における第二半導
    体領域または上記第一、第五領域間 の部分における第四半導体領域のシート抵 抗、 Ｖ＿ｆを上記第三領域または上記第五領域を順バイアス
    する電圧、 Ｃ＿Ｏを上記第一のｐｎ接合または上記第二のｐｎ接合
    の単位面積当たりの接合容量、 ｄＶ／ｄｔをそれ以上には応答させたくないサージの立
    ち上がりの鋭さ、 として、上記第三領域または上記第五領域の上記ｘ方向
    寸法ｘ＿Ｅが、 ｘ＿Ｅ＜√｛８Ｖ＿ｆ／［ρ＿Ｂ・Ｃ＿Ｏ・（ｄＶ／ｄ
    ｔ）］｝に基づいて規定されていること； を特徴とするサージ防護デバイス。
12. （１２）上記第三領域または上記第五領域の上記ｘ方向
    寸法ｘ＿Ｅは、上記第一、第二デバイス端子間に印加さ
    れるサージの極性にかかわらず、上記ブレーク・オーバ
    した状態を維持し得る範囲で許容し得る最大保持電流値
    の絶対値Ｉ＿ｍ＿ａ＿ｘに対し、Ｓ＿Ｂを上記第二半導
    体領域または上記第四半導体領域の面積として、 ｘ＿Ｅ＞√［（８Ｖ＿ｆ／Ｓ＿Ｂ）／（ρ＿Ｂ・Ｉ＿Ｈ
    ＿ｍ＿ａ＿ｘ）］なる関係も満たしていること； を特徴とする請求項１１に記載のサージ防護デバイス。
13. （１３）上記第三領域または上記第五領域の上記ｘ方向
    寸法ｘ＿Ｅは、上記第一、第二デバイス端子間に印加さ
    れるサージの極性にかかわらず、上記ブレーク・オーバ
    した状態を維持するに必要な最小の保持電流値の絶対値
    Ｉ＿Ｈ＿ｍ＿ｉ＿ｎに対し、Ｓ＿Ｂを上記第二半導体領
    域または上記第四半導体領域の面積として、 ｘ＿Ｅ＜√［（８Ｖ＿ｆ・Ｓ＿Ｂ）／（ρ＿Ｂ・Ｉ＿Ｈ
    ＿ｍ＿ｉ＿ｎ）］なる関係も満たしていること； を特徴とする請求項１１または１２に記載のサージ防護
    デバイス。
14. （１４）上記第四半導体領域から注入された少数キャリ
    アの中、第二半導体領域に到達する量比β、または上記
    第二半導体領域から注入された少数キャリアの中、上記
    第四半導体領域に到達する量比βに応じ、上記式 ｘ＿Ｅ＜√｛８Ｖ＿ｆ／［ρ＿Ｂ・Ｃ＿Ｏ・（ｄＶ／ｄ
    ｔ）］｝に代えて、上記第三領域または上記第五領域の
    上記ｘ方向寸法ｘ＿Ｅが、 ▲数式、化学式、表等があります▼ に基づいて規定されていること； を特徴とする請求項１１、１２または１３に記載のサー
    ジ防護デバイス。
15. （１５）上記数Ｎと数Ｍは共に等しく、上記第二半導体
    領域と上記第四半導体領域の各形状及び上記面積Ｓ＿Ｂ
    も共に同じであって、上記第三領域と上記第五領域の上
    記ｘ方向寸法ｘ＿Ｅ同志及び上記ｙ方向寸法ｙ＿Ｅ同志
    も共に同じ寸法であること；を特徴とする請求項１１、
    １２、１３または１４に記載のサージ防護デバイス。
16. （１６）上記第三領域及び上記第五領域はそれぞれ短辺
    と長辺を有する矩形またはほぼ矩形の平面形状を有し； 該第三領域または該第五領域に関する上記 ｘ方向寸法ｘ＿Ｅは上記それぞれの短辺方向寸法である
    こと； を特徴とする請求項１１、１２、１３、１４または１５
    に記載のサージ防護デバイス。
17. （１７）第一半導体領域の表裏両主面の中、一方の主面
    側に設けられ、該第一半導体領域の導電型とは逆導電型
    で該第一半導体領域との間で第一のｐｎ接合を形成する
    第二の半導体領域と、 上記第一半導体領域とは対向する側から上記第二半導体
    領域に接触し、該第二半導体領域に対し該第二半導体領
    域にとっての少数キャリアを注入することができ、それ
    ぞれの平面形状が円形またはほぼ円形である一つ以上の
    数Ｎ個から成る第三領域と、 上記第一半導体領域の上記表裏両主面の中、上記一方に
    対向する他方の主面側に設けられ、該第一半導体領域の
    導電型とは逆導電型で該第一半導体領域との間で第二の
    ｐｎ接合を形成する第四の半導体領域と、 上記第一半導体領域とは対向する側から上記第四半導体
    領域に接触し、該第四半導体領域に対し該第四半導体領
    域にとっての少数キャリアを注入することができ、それ
    ぞれの平面形状が円形またはほぼ円形である一つ以上の
    数Ｍ個から成る第五領域とを有し、 上記第四、第五領域に共にオーミック接触 し、第一デバイス端子に接続した第一のオーミック電極
    と、上記第二、第三領域に共にオーミック接触し、第二
    デバイス端子に接続した第二のオーミック電極との間に
    、上記第一ｐｎ接合または上記第二ｐｎ接合を逆バイア
    スする極性で降伏電圧以上の電圧のサージが印加される
    と降伏し、上記第一、第二のデバイス端子間にてサージ
    電流を吸収し始め、 該降伏後、上記第四半導体領域から上記第一半導体領域
    への上記少数キャリアの注入と、上記第三領域から上記
    第二半導体領域に対する上記少数キャリアの注入との相
    乗効果、または上記第二半導体領域から上記第一半導体
    領域への上記少数キャリアの注入と、上記第五領域から
    上記第四半導体領域に対する上記少数キャリアの注入と
    の相乗効果により、上記吸収し始めたサージ電流の大き
    さがブレーク・オーバ電流以上になると正帰還現象を介
    してブレーク・オーバし、上記一対のデバイス端子間を
    絶対値において相対的に低電圧のクランプ電圧に移行さ
    せながらサージ電流を吸収し続ける双極性サージ吸収用
    二端子ブレーク・オーバ型のサージ防護デバイスであつ
    て； 上記第二のオーミック電極は、上記円形またはほぼ円形
    の第三領域の周縁の全周またはほぼ全周に沿って該第三
    領域の表面と上記第二半導体領域の表面とに共に接触す
    る部分を有し；上記第一のオーミック電極は、上記円形
    またはほぼ円形の第五領域の周縁の全周またはほぼ全周
    に沿って該第五領域の表面と上記第四半導体領域の表面
    とに共に接触する部分を有しており； かつ、 ρ＿Ｂを上記第一、第三領域間の部分における第二半導
    体領域または上記第一、第五領域間 の部分における第四半導体領域のシート抵 抗、 Ｖ＿ｆを上記第三領域または上記第五領域を順バイアス
    する電圧、 Ｃ＿Ｏを上記第一のｐｎ接合または上記第二のｐｎ接合
    の単位面積当たりの接合容量、 ｄＶ／ｄｔをそれ以上には応答させたくないサージの立
    ち上がりの鋭さ、 として、上記第三または第五領域の直径ｘ＿Ｅが、ｘ＿
    Ｅ＜√｛１６Ｖ＿ｆ／［ρ＿Ｂ・Ｃ＿Ｏ・（ｄＶ／ｄｔ
    ）］｝に基づいて規定されていること； を特徴とするサージ防護デバイス。
18. （１８）上記第三領域または上記第五領域の上記の直径
    ｘ＿Ｅは、上記第一、第二デバイス端子間に印加される
    サージの極性にかかわらず、上記ブレーク・オーバした
    状態を維持し得る範囲で許容し得る最大保持電流値の絶
    対値Ｉ＿Ｈ＿ｍ＿ａ＿ｘに対し、Ｓ＿Ｂを上記第二半導
    体領域または上記第四半導体領域の面積として、 ｘ＿Ｅ＞√［（１６Ｖ＿ｆ・Ｓ＿Ｂ）／（ρ＿Ｂ・Ｉ＿
    ／Ｈ＿ｍ＿ａ＿ｘ）］なる関係も満たしていること； を特徴とする請求項１７に記載のサージ防護デバイス。
19. （１９）上記第三領域または上記第五領域の上記の直径
    ｘ＿Ｅは、上記第一、第二デバイス端子間に印加される
    サージの極性にかかわらず、上記ブレーク・オーバした
    状態を維持するに必要な最小の保持電流値の絶対値Ｉ＿
    Ｈ＿ｍ＿ｉ＿ｎに対し、Ｓ＿Ｂを上記第二半導体領域ま
    たは上記第四半導体領域の面積として、 ｘ＿Ｅ＜√［（１６Ｖ・Ｓ＿Ｂ）／（ρ＿Ｂ・Ｉ＿Ｈ＿
    ｍ＿ｉ＿ｎ）］なる関係も満たしていること； を特徴とする請求項１７または１８に記載のサージ防護
    デバイス。
20. （２０）上記第四半導体領域から注入された少数キャリ
    アの中、第二半導体領域に到達する量比β、または上記
    第二半導体領域から注入された少数キャリアの中、上記
    第四半導体領域に到達する量比βに応じ、上記式 ｘ＿Ｅ＜√｛１６Ｖ＿ｆ／［ρ＿Ｂ・Ｃ＿Ｏ・（ｄＶ／
    ｄｔ）｝に代えて、上記第三領域または上記第五領域の
    上記直径ｘ＿Ｅが、 ▲数式、化学式、表等があります▼ に基づいて規定されていること； を特徴とする請求項１７、１８または１９に記載のサー
    ジ防護デバイス。
21. （２１）上記数Ｎと数Ｍは共に等しく、上記第二半導体
    領域と上記第四半導体領域の各形状及び上記面積Ｓ＿Ｂ
    も共に同じであって、上記第三領域と上記第五領域の上
    記直径同志も共に同じ寸法であること； を特徴とする請求項１７、１８、１９または２０に記載
    のサージ防護デバイス。
22. （２２）上記第三領域及び上記第五領域の平面形状が上
    記円形またはほぼ円形に代えて正多角形またはほぼ正多
    角形であり； 上記第二オーミック電極は該正多角形またはほぼ正多角
    形の第三領域の周縁の全周またはほぼ全周に沿って該第
    三領域の表面と上記第二半導体領域の表面とに共に接触
    する部分を有し； 上記第一オーミック電極は該正多角形またはほぼ正多角
    形の第五領域の周縁の全周またはほぼ全周に沿って該第
    五領域の表面と上記第四半導体領域の表面とに共に接触
    する部分を有しており； かつ、上記寸法ｘ＿Ｅは、上記第三領域または上記第五
    領域の直径に代え、該正多角形またはほぼ正多角形の第
    三領域または第五領域の面積に等しいか、ほぼ等しい円
    の直径であること；を特徴とする請求項１７、１８、１
    ９、２０または２１に記載のサージ防護デバイス。