JPH04226083A - 導電変調型mosfet - Google Patents
導電変調型mosfetInfo
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- JPH04226083A JPH04226083A JP3104241A JP10424191A JPH04226083A JP H04226083 A JPH04226083 A JP H04226083A JP 3104241 A JP3104241 A JP 3104241A JP 10424191 A JP10424191 A JP 10424191A JP H04226083 A JPH04226083 A JP H04226083A
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- JP
- Japan
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- base layer
- layer
- type
- conductivity type
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-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10D—INORGANIC ELECTRIC SEMICONDUCTOR DEVICES
- H10D12/00—Bipolar devices controlled by the field effect, e.g. insulated-gate bipolar transistors [IGBT]
- H10D12/411—Insulated-gate bipolar transistors [IGBT]
- H10D12/441—Vertical IGBTs
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10D—INORGANIC ELECTRIC SEMICONDUCTOR DEVICES
- H10D62/00—Semiconductor bodies, or regions thereof, of devices having potential barriers
- H10D62/10—Shapes, relative sizes or dispositions of the regions of the semiconductor bodies; Shapes of the semiconductor bodies
- H10D62/124—Shapes, relative sizes or dispositions of the regions of semiconductor bodies or of junctions between the regions
- H10D62/126—Top-view geometrical layouts of the regions or the junctions
- H10D62/127—Top-view geometrical layouts of the regions or the junctions of cellular field-effect devices, e.g. multicellular DMOS transistors or IGBTs
Landscapes
- Insulated Gate Type Field-Effect Transistor (AREA)
- Bipolar Transistors (AREA)
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。
め要約のデータは記録されません。
Description
[発明の目的]
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、導電変調型MOSFE
Tに関する。
Tに関する。
【0002】
【従来の技術】近年、電力用スイッチング素子として、
DSA(Diffusion Self Align
)法によりソースおよびチャネル領域を形成するパワー
MOSFETが市場に現れている。しかしこの素子は1
000V以上の高耐圧ではオン抵抗が高くなってしまい
、大電流を流すことができない。
DSA(Diffusion Self Align
)法によりソースおよびチャネル領域を形成するパワー
MOSFETが市場に現れている。しかしこの素子は1
000V以上の高耐圧ではオン抵抗が高くなってしまい
、大電流を流すことができない。
【0003】これに代わる有力な素子として、ドレイン
領域にソースとは逆の導電型層を設けることにより、高
抵抗層に導電変調を起こさせてオン抵抗を下げるように
した、いわゆる導電変調型MOSFETが知られている
。その基本構造を図1に示す。11はp+ 型Si基板
であって、この上に低不純物濃度の高抵抗n− 型ベー
ス層12が形成され、このn− 型ベース層12の表面
にDSA法によりp型ベース層13とn+ 型ソース層
14が形成されている。即ちp型ベース層13を拡散形
成した拡散窓をそのままn+ 型ソース層14の拡散窓
の一部として用いて二重拡散することにより、p型ベー
ス層13の端部に自己整合的にチャネル領域19を残し
た状態でn+ 型ソース層14が形成される。チャネル
領域19上にはゲート絶縁膜15を介してゲート電極1
6が形成され、ソース層14上にはp型ベース層13に
同時にオーミックコンタクトするソース電極17が形成
される。基板11の裏面にはドレイン電極18が形成さ
れている。
領域にソースとは逆の導電型層を設けることにより、高
抵抗層に導電変調を起こさせてオン抵抗を下げるように
した、いわゆる導電変調型MOSFETが知られている
。その基本構造を図1に示す。11はp+ 型Si基板
であって、この上に低不純物濃度の高抵抗n− 型ベー
ス層12が形成され、このn− 型ベース層12の表面
にDSA法によりp型ベース層13とn+ 型ソース層
14が形成されている。即ちp型ベース層13を拡散形
成した拡散窓をそのままn+ 型ソース層14の拡散窓
の一部として用いて二重拡散することにより、p型ベー
ス層13の端部に自己整合的にチャネル領域19を残し
た状態でn+ 型ソース層14が形成される。チャネル
領域19上にはゲート絶縁膜15を介してゲート電極1
6が形成され、ソース層14上にはp型ベース層13に
同時にオーミックコンタクトするソース電極17が形成
される。基板11の裏面にはドレイン電極18が形成さ
れている。
【0004】この導電変調型MOSFETでは、ソース
層14からチャネル領域19を通ってn− 型ベース層
12に注入される電子に対して、p+ 型基板11から
正孔注入が起こり、この結果n− 型ベース層12には
多量のキャリア蓄積による導電変調が起こる。n− 型
ベース層12に注入された正孔電流はp型ベース層13
のソース層14直下を通り、ソース電極17へ抜ける。
層14からチャネル領域19を通ってn− 型ベース層
12に注入される電子に対して、p+ 型基板11から
正孔注入が起こり、この結果n− 型ベース層12には
多量のキャリア蓄積による導電変調が起こる。n− 型
ベース層12に注入された正孔電流はp型ベース層13
のソース層14直下を通り、ソース電極17へ抜ける。
【0005】この構造は、サイリスタと似ているが、サ
イリスタ動作はしない。ソース電極17がp型ベース層
13とn+ 型ソース層14を短絡してサイリスタ動作
を阻止しており、ゲート・ソース間電圧を零にすれば素
子はターンオフする。またこの構造は従来のパワーMO
SFETとも似ているが、ドレイン領域にパワーMOS
FETと逆の導電型層を設けて、バイポーラ動作を行わ
せている点で異なる。この導電変調型MOSFETは、
高耐圧化した場合にも、従来のパワーMOSFETに比
べて導電変調の結果として十分低いオン抵抗が得られる
。
イリスタ動作はしない。ソース電極17がp型ベース層
13とn+ 型ソース層14を短絡してサイリスタ動作
を阻止しており、ゲート・ソース間電圧を零にすれば素
子はターンオフする。またこの構造は従来のパワーMO
SFETとも似ているが、ドレイン領域にパワーMOS
FETと逆の導電型層を設けて、バイポーラ動作を行わ
せている点で異なる。この導電変調型MOSFETは、
高耐圧化した場合にも、従来のパワーMOSFETに比
べて導電変調の結果として十分低いオン抵抗が得られる
。
【0006】しかしながらこの導電変調型MOSFET
にも未だ問題がある。即ち素子を流れる電流密度が大き
くなると、ソース層14下の横方向抵抗による電圧降下
が大きくなる。そしてp型ベース層とn+ 型ソース層
14の間が順バイアスされるようになると、サイリスタ
動作に入り、ゲート・ソース間バイアスを零にしても素
子がオフしない、いわゆるラッチアップ現象を生じる。 この問題を解決するために従来は、図2に示すように、
深いp+型層20を拡散形成して、p型ベース層13の
抵抗を下げることが行われている。しかしこの方法だけ
では、十分高い電流密度までラッチアップ現象を防ぐこ
とができない。
にも未だ問題がある。即ち素子を流れる電流密度が大き
くなると、ソース層14下の横方向抵抗による電圧降下
が大きくなる。そしてp型ベース層とn+ 型ソース層
14の間が順バイアスされるようになると、サイリスタ
動作に入り、ゲート・ソース間バイアスを零にしても素
子がオフしない、いわゆるラッチアップ現象を生じる。 この問題を解決するために従来は、図2に示すように、
深いp+型層20を拡散形成して、p型ベース層13の
抵抗を下げることが行われている。しかしこの方法だけ
では、十分高い電流密度までラッチアップ現象を防ぐこ
とができない。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】以上のように従来の導
電変調型MOSFETは、電流密度が大きくなるとラッ
チアップを生じるという問題があった。
電変調型MOSFETは、電流密度が大きくなるとラッ
チアップを生じるという問題があった。
【0008】本発明は上記の点に鑑みてなされたもので
、パターン設計により効果的に大電流領域までラッチア
ップ現象を生じないようにした導電変調型MOSFET
を提供することを目的とする。[発明の構成]
、パターン設計により効果的に大電流領域までラッチア
ップ現象を生じないようにした導電変調型MOSFET
を提供することを目的とする。[発明の構成]
【000
9】
9】
【課題を解決するための手段】本発明は、半導体基板に
高抵抗の第1導電型ベース層とこれとpn接合を構成す
る第2導電型ドレイン層が設けられ、第1導電型ベース
層の表面にDSA法により第2導電型ベース層と第1導
電型ソース層が形成され、第2導電型ベース層の第1導
電型ソース層と第1導電型ベース層により挟まれた領域
にゲート絶縁膜を介してゲート電極が形成される導電変
調型MOSFETにおいて、第2導電型ベース層が千鳥
状パターンをなして複数個配列形成されたことを特徴と
する。
高抵抗の第1導電型ベース層とこれとpn接合を構成す
る第2導電型ドレイン層が設けられ、第1導電型ベース
層の表面にDSA法により第2導電型ベース層と第1導
電型ソース層が形成され、第2導電型ベース層の第1導
電型ソース層と第1導電型ベース層により挟まれた領域
にゲート絶縁膜を介してゲート電極が形成される導電変
調型MOSFETにおいて、第2導電型ベース層が千鳥
状パターンをなして複数個配列形成されたことを特徴と
する。
【0010】
【作用】図1或いは図2に示した導電変調型MOSFE
Tにおいて、オン時にはn− 型ベース層の全体で導電
変調が起こり、一様に電流が流れる。この電流の内、ラ
ッチアップに寄与するのは、前述のようにゲート電極1
6下のp型ベース層13がない領域からp型ベース層1
3に注入されてn+ 型ソース層14下を流れる電流成
分である。そしてp型ベース層13には、コーナーがあ
ると電流が集中しやすい。本発明のように複数個配置す
るp型ベース層を千鳥状パターンにすると、p型ベース
層のコーナーに集中して流れ込む電流が少なくなり、ラ
ッチアップが効果的に防止されることになる。
Tにおいて、オン時にはn− 型ベース層の全体で導電
変調が起こり、一様に電流が流れる。この電流の内、ラ
ッチアップに寄与するのは、前述のようにゲート電極1
6下のp型ベース層13がない領域からp型ベース層1
3に注入されてn+ 型ソース層14下を流れる電流成
分である。そしてp型ベース層13には、コーナーがあ
ると電流が集中しやすい。本発明のように複数個配置す
るp型ベース層を千鳥状パターンにすると、p型ベース
層のコーナーに集中して流れ込む電流が少なくなり、ラ
ッチアップが効果的に防止されることになる。
【0011】
【実施例】本発明の実施例を以下に説明する。
【0012】図3は一実施例の導電変調型MOSFET
を示すもので、(a)は平面図(但し電極は省略)、(
b) は(a) のA−A′断面図である。図1,図2
と対応する部分にはそれらと同じ符号を付してある。こ
の実施例では、複数のp型ベース層13が、千鳥状パタ
ーンをなして配列形成されている。
を示すもので、(a)は平面図(但し電極は省略)、(
b) は(a) のA−A′断面図である。図1,図2
と対応する部分にはそれらと同じ符号を付してある。こ
の実施例では、複数のp型ベース層13が、千鳥状パタ
ーンをなして配列形成されている。
【0013】これを製造工程に従って説明する。p+
型Si基板11を用意し、これにエピタキシャル成長に
より低不純物濃度で比抵抗が50Ω・cm以上のn−
型ベース層12を100μm 程度形成する。次にこの
n− 型ベース層12の表面を酸化してゲート酸化膜1
5を形成し、その上に500nmのポリSiによるスト
ライプ状のゲート電極16を形成する。この後ゲート電
極16をマスクとしてボロンを8μm 程度拡散して複
数本のストライプ状p型ベース層13を形成する。次い
でゲート電極16による窓の中央部のみを酸化膜(図示
せず)で覆い、この酸化膜とゲート電極16をマスクと
してソース層形成のためにドーズ量5×1015/cm
2 のAsイオン注入を行い、熱処理してn+ 型ソー
ス層14を形成する。
型Si基板11を用意し、これにエピタキシャル成長に
より低不純物濃度で比抵抗が50Ω・cm以上のn−
型ベース層12を100μm 程度形成する。次にこの
n− 型ベース層12の表面を酸化してゲート酸化膜1
5を形成し、その上に500nmのポリSiによるスト
ライプ状のゲート電極16を形成する。この後ゲート電
極16をマスクとしてボロンを8μm 程度拡散して複
数本のストライプ状p型ベース層13を形成する。次い
でゲート電極16による窓の中央部のみを酸化膜(図示
せず)で覆い、この酸化膜とゲート電極16をマスクと
してソース層形成のためにドーズ量5×1015/cm
2 のAsイオン注入を行い、熱処理してn+ 型ソー
ス層14を形成する。
【0014】その後CVDにより全面に酸化膜(図示せ
ず)を形成し、これにコンタクトホールを開けてAl
膜の蒸着,パターニングによりソース電極17を形成す
る。最後に基板裏面にV−Ni −Au 膜の蒸着によ
りドレイン電極18を形成する。この実施例では、複数
個のp型ベース層13の間隔、即ちゲート電極16下で
のp型ベース層13の対向距離aは、20μm 以下と
小さく設定されている。
ず)を形成し、これにコンタクトホールを開けてAl
膜の蒸着,パターニングによりソース電極17を形成す
る。最後に基板裏面にV−Ni −Au 膜の蒸着によ
りドレイン電極18を形成する。この実施例では、複数
個のp型ベース層13の間隔、即ちゲート電極16下で
のp型ベース層13の対向距離aは、20μm 以下と
小さく設定されている。
【0015】この実施例によれば、複数個に分割配置さ
れたp型ベース層13が千鳥状パターンをなして配列さ
れているため、ゲート電極16下のn− 型ベース層1
2からp型ベース層13にコーナーに流れ込む電流が少
なくなり、従ってラッチアップ耐性が高くなる。
れたp型ベース層13が千鳥状パターンをなして配列さ
れているため、ゲート電極16下のn− 型ベース層1
2からp型ベース層13にコーナーに流れ込む電流が少
なくなり、従ってラッチアップ耐性が高くなる。
【0016】その理由を、図4と比較して説明する。図
4は、複数のp型ベース層13が縦方向,横方向共に整
列して、隣接する辺が相対向するようなパターン配置と
したものである。図4および図3には、矢印でp型ベー
ス層に電流が流れ込む様子を示しているが、図4の破線
で囲まれた領域に着目するとこの領域の電流は全て、p
型ベース層13のコーナーに流れ込む以外になく、従っ
て電流集中が大きい。電流集中が大きければ、それだけ
p型ベース層内での横方向電圧降下が大きくなるから、
ラッチアップが生じやすい。
4は、複数のp型ベース層13が縦方向,横方向共に整
列して、隣接する辺が相対向するようなパターン配置と
したものである。図4および図3には、矢印でp型ベー
ス層に電流が流れ込む様子を示しているが、図4の破線
で囲まれた領域に着目するとこの領域の電流は全て、p
型ベース層13のコーナーに流れ込む以外になく、従っ
て電流集中が大きい。電流集中が大きければ、それだけ
p型ベース層内での横方向電圧降下が大きくなるから、
ラッチアップが生じやすい。
【0017】これに対して図3に示す実施例では、破線
で囲んだ領域(図4の破線で囲んだ領域に対応する)の
電流は、左側の上下二つのp型層13に対してはコーナ
ーに集中するが、右側のp型ベース層13に対してはそ
の様な集中がなく辺に流れ込む。この場合破線で囲まれ
た領域内のp型ベース層への流経路の抵抗網を考えれる
と、コーナーに流れ込む経路は辺に流れ込む経路に比べ
て抵抗が大きいから、コーナーに流れるべき電流の一部
が辺に流れることになり、したがって図4のようにすべ
てコーナーに流れるしかない場合に比べてコーナーへの
電流集中が緩和されるから、ラッチアップが生じにくい
。
で囲んだ領域(図4の破線で囲んだ領域に対応する)の
電流は、左側の上下二つのp型層13に対してはコーナ
ーに集中するが、右側のp型ベース層13に対してはそ
の様な集中がなく辺に流れ込む。この場合破線で囲まれ
た領域内のp型ベース層への流経路の抵抗網を考えれる
と、コーナーに流れ込む経路は辺に流れ込む経路に比べ
て抵抗が大きいから、コーナーに流れるべき電流の一部
が辺に流れることになり、したがって図4のようにすべ
てコーナーに流れるしかない場合に比べてコーナーへの
電流集中が緩和されるから、ラッチアップが生じにくい
。
【0018】またこの実施例では、前述のようにゲート
電極16下のp型ベース層13の対向距離が20μm
以下と小さく設定されている。これも、ラッチアップ防
止に役立っている。このことは、図5のデータから明ら
かである。
電極16下のp型ベース層13の対向距離が20μm
以下と小さく設定されている。これも、ラッチアップ防
止に役立っている。このことは、図5のデータから明ら
かである。
【0019】図5は、p型ベース層13の対向距離a(
μm )とラッチアップを生じることなくターンオフす
る事ができる電流密度IL (A/cm2 )の関係を
測定した実験データである。この関係は、本発明者等が
初めて明らかにしたものであり、このデータから、a=
20μm 以下であれば、IL =750A/cm2
まで流してもラッチアップを生じない。
μm )とラッチアップを生じることなくターンオフす
る事ができる電流密度IL (A/cm2 )の関係を
測定した実験データである。この関係は、本発明者等が
初めて明らかにしたものであり、このデータから、a=
20μm 以下であれば、IL =750A/cm2
まで流してもラッチアップを生じない。
【0020】ここで、IL =750A/cm2 とい
う値には次のような意味がある。この種の導電変調型M
OSFETは通常、動作電流密度が100A/cm2
である。これに3倍の動作余裕を見込むと、300A/
cm2 まで流せることが必要となる。一方、周囲温度
が高くなるとラッチアップを生じ易くなり、125℃で
は、常温(25℃)での電流密度の1/2.5でラッチ
アップを生じる。従って125℃までラッチアップを生
じないで動作させるための最大定格電流として、300
×2.5=750(A/cm2 )が必要になるのであ
る。
う値には次のような意味がある。この種の導電変調型M
OSFETは通常、動作電流密度が100A/cm2
である。これに3倍の動作余裕を見込むと、300A/
cm2 まで流せることが必要となる。一方、周囲温度
が高くなるとラッチアップを生じ易くなり、125℃で
は、常温(25℃)での電流密度の1/2.5でラッチ
アップを生じる。従って125℃までラッチアップを生
じないで動作させるための最大定格電流として、300
×2.5=750(A/cm2 )が必要になるのであ
る。
【0021】なお上記実施例において、ゲート電極16
の幅を20μm に設定すれば、p型ベース層13間の
対向距離aは7〜10μm となり、図5から、約15
00A/cm2 まで流せる導電変調型MOSFETが
得られる。本発明は、図2の例のようにソース層下にp
+ 型層を拡散形成する技術を組み合わせた場合も有効
である。
の幅を20μm に設定すれば、p型ベース層13間の
対向距離aは7〜10μm となり、図5から、約15
00A/cm2 まで流せる導電変調型MOSFETが
得られる。本発明は、図2の例のようにソース層下にp
+ 型層を拡散形成する技術を組み合わせた場合も有効
である。
【0022】また以上では、p+ 型Si基板11を出
発基板とする場合を説明したが、n−型ベース層12を
出発基板としてドレインとなるp+ 型層を拡散により
形成してもよいし、n− 型ベース層12がドレイン側
にn型バッファ層を有する場合にも本発明は有効である
。
発基板とする場合を説明したが、n−型ベース層12を
出発基板としてドレインとなるp+ 型層を拡散により
形成してもよいし、n− 型ベース層12がドレイン側
にn型バッファ層を有する場合にも本発明は有効である
。
【0023】
【発明の効果】以上述べたように本発明によれば、大電
流領域までラッチアップ現象を生じないようにした導電
変調型MOSFETを提供することができる。
流領域までラッチアップ現象を生じないようにした導電
変調型MOSFETを提供することができる。
【図1】従来の導電変調型MOSFETの断面図。
【図2】従来の他の導電変調型MOSFETの断面図。
【図3】本発明の一実施例の導電変調型MOSFETを
示す平面図とそのA−A′断面図。
示す平面図とそのA−A′断面図。
【図4】本発明の効果を説明するための他の導電変調型
MOSFETのレイアウト図。
MOSFETのレイアウト図。
【図5】同じく本発明の効果を説明するための実験デー
タを示す図。
タを示す図。
11…p+ 型Si基板(ドレイン層)、12…n−型
ベース層、13…p型ベース層、14…n+ 型ソース
層、15…ゲート絶縁膜、16…ゲート電極、17…ソ
ース電極、18…ドレイン電極、19…チャネル領域。
ベース層、13…p型ベース層、14…n+ 型ソース
層、15…ゲート絶縁膜、16…ゲート電極、17…ソ
ース電極、18…ドレイン電極、19…チャネル領域。
Claims (2)
- 【請求項1】高抵抗の第1導電型ベース層と、前記第1
導電型ベース層との間でpn接合を構成する第2導電型
ドレイン層と、 前記第1導電型ベース層の表面に千鳥状に配列形成され
た複数の第2導電型ベース層と、 前記第2導電型ベース層内に形成された第1導電型ソー
ス層と、 前記第2導電型ベース層の前記第1導電型ソース層と第
1導電型ベース層により挟まれた領域をチャネル領域と
して、この上にゲート絶縁膜を介して形成されたゲート
電極と、 前記ソース層と第2導電型ベース層の双方にコンタクト
させて形成されたソース電極と、 前記ドレイン層に形成されたドレイン電極と、を備えた
ことを特徴とする導電変調型MOSFET。 - 【請求項2】前記複数の第2導電型ベース層の間隔が2
0μm 以下に設定されていることを特徴とする請求項
1記載の導電変調型MOSFET。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3104241A JPH0648730B2 (ja) | 1991-05-09 | 1991-05-09 | 導電変調型mosfet |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3104241A JPH0648730B2 (ja) | 1991-05-09 | 1991-05-09 | 導電変調型mosfet |
Related Parent Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP59092444A Division JP2644989B2 (ja) | 1984-05-09 | 1984-05-09 | 導電変調型mosfet |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04226083A true JPH04226083A (ja) | 1992-08-14 |
| JPH0648730B2 JPH0648730B2 (ja) | 1994-06-22 |
Family
ID=14375464
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3104241A Expired - Lifetime JPH0648730B2 (ja) | 1991-05-09 | 1991-05-09 | 導電変調型mosfet |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0648730B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH07226514A (ja) * | 1994-01-27 | 1995-08-22 | Consorzio Per La Ric Sulla Microelettronica Nel Mezzogiorno | 高導電率絶縁ゲートバイポーラトランジスタ集積構造 |
-
1991
- 1991-05-09 JP JP3104241A patent/JPH0648730B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH07226514A (ja) * | 1994-01-27 | 1995-08-22 | Consorzio Per La Ric Sulla Microelettronica Nel Mezzogiorno | 高導電率絶縁ゲートバイポーラトランジスタ集積構造 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0648730B2 (ja) | 1994-06-22 |
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| EXPY | Cancellation because of completion of term |