JPH04320067A - サージ防護デバイスにおけるブレーク・オーバ電流または保持電流に関する設計仕様値からの誤差低減方法 - 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】 【０００１】 【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
常大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。 【０００２】 【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が、
中でも好ましくは、サージの印加によって降伏したとき
、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
ではなくて）、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遷移させること
で大電流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６２−６５３８３号公報；特開昭６２−１５４７
７６号公報；特公平１−３３９５１号公報（特開昭６２
−６５３８２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、後述のように、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
あっても適用の対象とすることができるが、本項ではま
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二端子型サージ防護デバイスの
一例を挙げ、その動作共々、図１２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、一般に半導
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。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、一方の主面には、順次、
二重拡散技術で形成された第二半導体領域２と第三領域
３とがある。第三領域３は、図示の場合、第一半導体領
域１の主面に平行な面内の少なくとも一方向に沿った断
面で見ると、互いに横方向に適宜等しい間隔を置いた複
数個の領域３−１，３−２，・・・・　，　３−Ｍから
構成されているが、これは後述のように、素子電流を均
一化し、サージ耐量を増すための工夫であって、原理的
には単一領域であって良い。本書の全体を通じ、特に断
らない限り、単に第三領域３と言った場合には、それが
単一領域である場合も、図１２に示されるように複数の
領域から構成されている場合も、それらを共に含む。第
一半導体領域１の表裏両主面の中、他方の主面には、こ
れも図示の場合、少なくとも上記面内一方向に沿った断
面で見ると、互いに適宜横方向に間隔を置いた複数個の
領域４−１，４−２，・・・・　，　４−Ｎから構成さ
れた第四領域４が形成されている。同様に、この第四領
域４も原理的には単一の領域であって良く、したがって
本書を通じ、単に第四領域４と言った場合には、それが
単一の領域である場合も、複数の領域から構成されてい
る場合も、共に含む。 【０００３】このような構造のサージ防護デバイス１０
は、構造的にも第二、第三領域２，３と第四領域４が第
一半導体領域１を挟んで厚味方向に積層関係となり、ま
た、後述するように、動作上も素子電流が主として第一
半導体領域１の厚味方向に流れるため、ヴァーティカル
型ないし縦型と呼ばれる（以下では縦型と呼ぶ）。これ
に対し、第一半導体領域１の同じ一主面側に、第二半導
体領域２、第三領域３に対して第四領域４が適宜横方向
に離間して設けられ、素子電流も概ね第一半導体領域１
の面内方向に沿った方向に流れるため、ラテラル型ない
し横型と呼ばれるサージ防護デバイスもある。しかし、
本発明は特に縦型構造に関して限定的に考えられる改良
に関するものなので、同じ従来例ではあっても、こうし
た横型構造には触れないものとする。なお、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、したがって図示のように、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。ただし、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。 【０００４】また、第三領域３は図示の場合、半導体領
域とされ、図中において第三半導体領域３と記載されて
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
で、その場合には第三領域３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、これも必ずしも
半導体領域ではなくて良く、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れば良い。したがって、
例えばシリサイド等も用いることもできるし、第一半導
体領域１が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。 【０００５】さらに、この図１２中では単に電気的接続
記号でしか示していないが、第四半導体領域４にはオー
ミック電極３２を介して第一デバイス端子Ｔ１　が接続
されており、かつ、この第一デバイス端子Ｔ１　にはま
た、同様に電気的接続記号でしか示していないが、第四
半導体領域４の横で第一半導体領域１にオーミック接触
するオーミック電極３１も接続している。一方、第二半
導体領域２と第三半導体領域３とにも、それらの表面に
それぞれオーミック接触する共通のオーミック電極３３
（同様に電気的接続記号で例示）を介し、第二のデバイ
ス端子Ｔ２　が接続している。この第二デバイス端子Ｔ
２　側のオーミック電極３３に関しては、第二半導体領
域２と第三半導体領域３とにそれぞれ接触する部分を特
に弁別して符号付けするようなことはしていないが、こ
れは、直ぐに明らかになるように、本発明が着目する構
造部分が第四領域４の側でのオーミック接触にあるがた
めである。なお、便宜上、第一デバイス端子Ｔ１　に接
続し、第四半導体領域４にオーミック接触するオーミッ
ク電極３２を第一オーミック電極３２、第二、第三半導
体領域２，３にオーミック接触し、第二デバイス端子Ｔ
２　に接続するオーミック電極３３を第二オーミック電
極３３と呼び、第四半導体領域４の横で第一半導体領域
１にオーミック接触し、第一オーミック電極３２と同様
に第一デバイス端子Ｔ１に接続したオーミック電極３１
は第三オーミック電極３１と呼ぶ。 【０００６】こうした構造の従来デバイス１０において
、まずはその動作原理を理解するため、今仮に、第四半
導体領域４の側で第一半導体領域１にオーミック接触す
る第三オーミック電極３１がなく、第一オーミック電極
３２だけしかない（つまり、第一デバイス端子Ｔ１　は
第四半導体領域４にのみ、接続している）とすると、当
該第一、第二のデバイス端子Ｔ１　，Ｔ２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で、
かつ、相当程度大きければ、当該逆バイアスの印加によ
り生じた第一、第二領域間のｐｎ接合における空乏層は
、第一半導体領域１の側へのみならず、第三半導体領域
３の側に向けても伸びて行き、やがて当該空乏層の上方
端部が第三半導体領域３に達することにより、第一半導
体領域１と第三半導体領域３とがパンチ・スルーする。 こうなると、第四半導体領域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で収集されて素子電流の
流れ始めとなる。こうしたパンチ・スルー動作の開始電
圧が、これらサージ防護デバイスの動作特性を示す図１
３中において、降伏電圧ＶＢＲと示されたものである。 一方、例え第二半導体領域２と第三半導体領域３とが第
二オーミック電極３３を介し、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
と第三半導体領域３とにより形成されている整流性接合
（図示の場合は第三半導体領域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、第三半導体領域３から第二半導体
領域２に対し、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、図１３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Ｔ１　，Ｔ２　間に流れる
素子電流のさらなる増大を招くことになり、これがまた
、第四半導体領域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。 【０００７】そのため、図１３の電圧対電流（Ｖ−Ｉ）
特性図で見ると、第一、第二デバイス端子Ｔ１　，Ｔ２
　間を通じてブレーク・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、正帰還現象がデ
バイス内部で生じていることの表れとして、当該図１３
の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Ｔ１　，Ｔ２　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ＶＢ
Ｒ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。なお、これ
によっ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、一旦ターン・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ＩＨ
　と呼ばれる。 これに対し、先に少し述べたように、本書で着目してい
るブレーク・オーバ型ではなく、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、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
・タイプの優れている点はこの一事からしても証明され
る。 【０００８】以上の原理動作に対し、次に、図１２に示
される従来デバイス１０において、第一デバイス端子Ｔ
１　が単に第四半導体領域４にのみオーミック接触する
のではなく、この第四半導体領域４の横で第一半導体領
域１にも第三のオーミック電極３１を介して接触してい
る理由を説明する。この種の縦型サージ防護デバイス１
０では、それが正しい動作をしているときには、既述し
たブレーク・オーバ電圧ＶＢＯ以下の絶対値電圧を持つ
サージには応答しない筈である。ところが、第四半導体
領域４の側で第一半導体領域１にオーミック接触する第
三オーミック電極３１のないデバイス構造では、第一、
第二デバイス端子Ｔ１　，Ｔ２　間に印加されたサージ
の電圧がブレーク・オーバ電圧ＶＢＯよりも絶対値で小
さい範囲内にあるにもかかわらず、時としてターン・オ
ン（ブレーク・オーバ）してしまう誤動作を起こすこと
があった。 これは次のように説明できる。 【０００９】まず、第一半導体領域１と第二半導体領域
２とにより形成され、サージが印加された時に逆バイア
スされるｐｎ接合には、通常、接合容量Ｃｊ　が見込ま
れるので、第一、第二デバイス端子Ｔ１　，Ｔ２間にス
ルー・レイトがｄＶ／ｄｔのサージが印加されると、こ
の接合容量Ｃｊ　を充電する過渡的な電流として、次式
（１）　で表される変位電流ｉｔ　が流れる。 【００１０】 ｉｔ　＝（ｄＶ／ｄｔ）Ｃｊ　　　　　　　　　　　　
　・・・・・・・・・　（１）【００１１】しかるに、
当該式（１）　における接合容量Ｃｊ　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大きくすると
、それに連れてかなり大きくなる場合が多く、例えば１
００ｐＦ程度からそれ以上の値も普通に考えられる。一
方、種々のサージの性質や振舞いについては、すでに従
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、回路系への誘導ノイズ電圧値の
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程度位までの値が十分
に考えられる。そのため、これらの値を上記（１）　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
な電流の値ｉｔ　は１０ｍＡ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。さらに、図１２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、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
バイスではブレーク・オーバ電流ＩＢＯの値を余り大き
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、他の構成のサージ防護デバイ
スに比せば良いとは言え、絶対的な意味では製造パラメ
ータによるばらつきも決して小さくはなかったこと等か
ら、場合にもよるが、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ｉｔ　と対して変わらない程度に、
ないしはそれ以下にさえなることがあった。こうしたこ
とが複合的な要因となって、サージの尖頭電圧値こそ、
設計上のブレーク・オーバ電圧ＶＢＯには至らない、し
たがって特に吸収する必要もない「小さなサージ」であ
るにもかかわらず、その立ち上がりが極めて急峻で、電
圧の時間微分値ｄＶ／ｄｔ（スルー・レイトと呼ぶ）が
かなり高いサージであると、デバイスをブレーク・オー
バさせる現象を生じることがあったのである。図１３の
特性図上で言えば、そのような誤動作が起きているとき
の実効的なブレーク・オーバ電圧ＶＢＯは、当該特性図
上に示されている値よりかなり小さい方（左側）に移行
したに等価となる。これに対し、図１２に示されている
ように、第四半導体領域４に電気的に接続している第一
デバイス端子Ｔ１　が、同時にまた、第四半導体領域４
の近傍においてオーミック電極３１を介し、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、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、第一デバイス
端子Ｔ１　が第一半導体領域１の主面に接触しているオ
ーミック電極３１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と第二半導体領
域２とで構成されるｐｎ接合の接合容量Ｃｊ　を速やか
に充電することができるようになる。事実、この手法に
より、一応は「小さなサージ」に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と第三半
導体領域３とがパンチ・スルーした後に上記した多数キ
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
４と第一半導体領域１との間の接合の順方向電圧に等し
くなると、そのときから第一半導体領域１にとっての少
数キャリアが第四半導体領域４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Ｔ１　，Ｔ２　間のデバイス電流の主電流通路は、第
一デバイス端子Ｔ１　と第一半導体領域１とのオーミッ
ク接触部分ではなく、第三半導体領域３と第四半導体領
域４を介する経路となり、これは第一半導体領域１に対
するオーミック電極３１を有さないデバイスにおける状
態とほぼ等価となる。 【００１２】なお、これまではパンチ・スルー型の従来
デバイスについて述べてきたが、模式的に示される断面
構造上は図１２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、第二半導体領域２や
第三半導体領域３の厚さを厚くする等の外、各領域の幾
何的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、あるいはまた、さらに他
の公知のサージ防護デバイスでも、それが少数キャリア
の注入に伴う正帰還現象を介してブレーク・オーバする
タイプのものである場合には、上記した「小さなサージ
」に対する応答の問題が同様に起こることがあり、した
がって、それに対する上記の対策は、やはりそれらにも
適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
）」と呼ばれている通り、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、ここで問題にした「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適用するこ
とができる。 【００１３】 【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図ることにより、
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、解消することができた。 しかし、今度はまた、新たに解決せねばならない課題が
残った。すなわち、図１２に示される構造に準じて作製
されたブレーク・オーバ・タイプのサージ防護デバイス
１０は、先の公報群中にても述べられている通り、原理
構造上からすると、本質的にブレーク・オーバ電流や保
持電流の制御性も良く、サージ耐量の確保も比較的容易
な筈である。が、第四半導体領域４にオーミック接触す
る第一オーミック電極３３のみならず、第一半導体領域
１にもオーミック接触する第三オーミック電極３１を設
けた所、その僅かな寸法差でもブレーク・オーバ電流Ｉ
ＢＯや保持電流ＩＨ　に設計値からのずれを招くことが
あった。これはもちろん望ましくない。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、方法論として単純ではあるが、ブレーク・
オーバ電流ＩＢＯそれ自体を大きくすれば良いと言う考
え方もある。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Ｉ
ＢＯや保持電流ＩＨ　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きく、
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ＩＢＯや保持電流ＩＨ　
の値がかなり依存することも多かった。にもかかわらず
、これまでの所は、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しある一定の設計基準を与え
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ＩＨ　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図ることが望ま
しい。本発明は、これらの目的をそれぞれの態様で満足
するサージ防護デバイスを提供せんとするものである。 【００１４】 【課題を解決するための手段】本発明は上記課題の解決
のため、すでに従来例に即して詳しく述べた二端子ブレ
ーク・オーバ型で、かつ縦型構造を採るサージ防護デバ
イスであって、特に、 （ａ）　　　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、第一半導体領域の導電型とは逆導電
型で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，この第一半導体領域とは対向する側から
第二半導体領域に接触し、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を注入することができ
、少なくとも上記主面に関する面内一方向に沿う一断面
においては一つ以上の数Ｍ個から成る第三領域（したが
ってこの第三領域も、第一半導体領域から見れば第二半
導体領域が設けられているのと同じ主面側に位置する）
と，第一半導体領域の上記一方の主面に対向する他方の
主面側に設けられ、第一半導体領域に対し第一半導体領
域にとっての少数キャリアを注入し得る一つ以上の数Ｎ
個から成る第四領域と，を有していて、当該各第四領域
にオーミック接触し、かつ第一のデバイス端子に接続し
た第一のオーミック電極と、第二半導体領域と各第三領
域とに共通にオーミック接触し、かつ第二のデバイス端
子に接続した第二のオーミック電極との間に、上記のｐ
ｎ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、第一、第二デバイス端子間
にてサージ電流を吸収し始めると共に、降伏後、各第四
領域から第一半導体領域への少数キャリアの注入と、第
三領域から第二半導体領域に対する少数キャリアの注入
との相乗効果により、上記において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、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；において、さ
らに下記の構成要件（ｂ）　，（ｃ）　，（ｄ）　を付
加したデバイスを提案する。 （ｂ）　　　第一半導体領域の表裏両主面の中、上記の
各第四領域の設けられていると同じ主面側で第一半導体
領域にオーミック接触し、かつ、第一のデバイス端子に
接続する一つ以上の数Ｌ個の第三のオーミック電極を有
すること； （ｃ）　　　それらＬ個の第三オーミック電極の各々が
上記のようにそれぞれ第一半導体領域にオーミック接触
することで形成される全部でＬ個のオーミック接触領域
の各々の少なくとも一側縁部は、それぞれ、上記Ｎ個の
第四領域のどれか一つの周縁部の少なくとも一部に対し
、上記主面に関する面内方向に並設の関係で直接に接触
するか、または近接して位置すること； （ｄ）　　　第三のオーミック電極によって形成される
各オーミック接触領域の上記少なくとも一側縁部から計
って、当該各一側縁部が上記のように直接に接触するか
、または近接して位置する第四領域の上記どれか一つの
周縁部の少なくとも一部から離れて行く方向に採った当
該各オーミック接触領域の面内方向に沿う断面寸法は、
それら各オーミック接触領域を介し第一半導体領域に第
一半導体領域にとっての多数キャリアに基づく電流が各
第四領域に沿って流れるとき、当該電流がそれら各オー
ミック接触領域に対して集中的に流れ込むか流れ出る寸
法よりも大きくなっていること． 【００１５】こうした構成要件（ａ）　，（ｂ）　，（
ｃ）　，（ｄ）　の全ての組合せから成るサージ防護デ
バイスが、本発明により提案される最も基本的な態様の
二端子ブレーク・オーバ型（そして特に縦型）のサージ
防護デバイスであるが、本発明ではまた、 （ｅ）　　　各第三オーミック電極による第一半導体領
域に対する各オーミック接触領域は、上記面内方向の少
なくとも一断面に沿い、その両側縁部が一対の第四領域
によって挟まれている部分を有し，この部分の各部にお
いて、当該挟まれている方向に沿う両側縁部間の断面寸
法は、各オーミック接触領域を介し第一半導体領域に第
一半導体領域にとっての多数キャリアに基づく電流が当
該一対の第四領域の各々に沿って流れるとき、それら各
電流の各々がそれぞれ各オーミック接触領域に集中的に
流れ込むか流れ出る寸法の二倍よりも大きくなっている
こと；という構成要件（ｅ）　を加味したサージ防護デ
バイスも提案する。 【００１６】さらに、上記構成要件（ａ）　〜（ｅ）　
の全てを有する本発明サージ防護デバイスに対してはま
た、（ｆ）　　　各オーミック接触領域は、平面的に見
て、第四領域の少なくとも一つにより取囲まれるか、少
なくとも二つ以上の第四領域によりほぼ取囲まれている
こと；という構成要件（ｆ）　を付加したサージ防護デ
バイスも提案する。 【００１７】さに本発明によると、上記構成（ａ）　〜
（ｄ）　、またはこれに構成要件（ｅ）　を付加するか
、構成要件（ｅ）　，（ｆ）を付加した構成のサージ防
護デバイスに対して、 （ｇ）　各オーミック接触領域の断面寸法は、第一半導
体領域の厚味方向に沿う第四領域と第二半導体領域との
離間距離以下であること；という構成要件（ｇ）　か、
あるいはまた、 （ｈ）　各オーミック接触領域の断面寸法は、第一半導
体領域の厚味以下であること；という構成要件（ｈ）　
を加えて成るサージ防護デバイスも提案する。 【００１８】また、本発明の各態様として上記で定義さ
れた各サージ防護デバイスのいずれに対しても、第一オ
ーミック電極と第三オーミック電極とは、第一半導体領
域の主面に沿い、一連に形成されていても良いし、第四
領域と第一半導体領域との境界部分の上に形成された絶
縁膜部分の上を渡し越しながら互いに電気的に接続して
いても良い。 【００１９】一方で、本発明においては、これも既述の
本発明の全ての態様によるサージ防護デバイスにおいて
、 （ｉ）　得るべきサージ耐量に応じ、各第四領域の各面
積の和と各オーミック接触領域の各面積の和との比が設
定されていること；という発明も開示し、さらに、この
構成要件（ｉ）　に代えて、あるいはこれに加えて、（
ｊ）　得るべきブレーク・オーバ電流または保持電流に
応じ、各第四領域と当該各第四領域に関して上記のよう
に並設関係にある各オーミック接触領域との当該並設方
向に沿う各第四領域の寸法が設定されていること；とい
う発明も開示する。 【００２０】上記した本発明の各態様におけるサージ防
護デバイスの集積化に関しても本発明では鑑みており、
（ｋ）　上記した第二半導体領域、Ｍ個の第三領域、Ｎ
個の第四領域、そしてＬ個のオーミック接触領域を単位
のデバイス要素構造とし，これら単位のデバイス要素構
造を複数個、同一の第一半導体領域に集積すると共に，
各単位デバイス要素構造中の全部でＮ個の第四領域にオ
ーミック接触する第一オーミック電極と、全部でＬ個の
オーミック接触領域にオーミック接触する第三オーミッ
ク電極は、それらを全て、単一の第一デバイス端子に共
通に接続する一方で，当該各単位デバイス要素構造中の
全部でＭ個の第三領域と第二半導体領域とに共通にオー
ミック接触する第二のオーミック電極は全て、単一の第
二デバイス端子に共通に接続したこと；を特徴とするサ
ージ防護デバイスも提案する。 【００２１】また、単位デバイス要素構造を一つしか有
さない場合も、上記のように共通、同一の第一半導体領
域に複数個を有する場合も、上記してきた本発明による
サージ防護デバイスを二つ用い、 （ｌ）　　　当該二つのデバイスの第一デバイス端子同
志または第二デバイス端子同志を直列に接続し，接続し
なかった一対の第二デバイス端子または一対の第一デバ
イス端子を新たな第一、第一デバイス端子としたこと；
というサージ防護デバイスも提案する。本発明のこの態
様によるサージ防護デバイスは、基本構造自体は片極性
サージ吸収用の構造を持つが、結果として双極性のサー
ジを吸収し得るものとなる。 【００２２】 【実施例】以下、添付図面に即し本発明の各実施例につ
き詳記するが、図１（Ａ）　，（Ｂ）　には、本発明に
よって構成される二端子ブレーク・オーバ型で縦型、そ
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これを吸収するためのサージ防護
デバイス２０の基本的な構造が簡明に示され、同図（Ｃ
）　には本発明の構成の及ぼす作用ないしは本発明の原
理が説明されている。しかし、理解の便宜のため、図１
（Ａ）　，（Ｂ）　に示されている基本構造を、もう少
し断面構造的に詳しく示した実施例として、図２，図３
に示された構造の実施例についての説明から入る。なお
、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、したがって説明の
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適用不能である旨を明記しない限り
、同様に適用することができる。 【００２３】図２，図３において第一領域２１は第一導
電型の半導体領域であって、いわゆる半導体ウエハから
供給された半導体基板であって良い。この第一の半導体
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ｐｎ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。現実的には、第一半導体
領域の一主面に形成されている第二半導体領域２２の中
にさらに第三領域２３が形成されていると見て良い。ま
た、これら第二、第三半導体領域２２，２３の表面に対
しては、第一半導体領域２１の主面上に形成された絶縁
層５１に所定パタンのコンタクト開口を開けることによ
り、オーミック電極３３が共通にオーミック接触してい
る。これに対し、第二、第三半導体領域２２，２３のあ
る側とは対向する第一半導体領域２１の他方の主面側に
は第四領域２４が形成されており、この第四領域２４に
も、第一半導体領域主面上に形成された絶縁層５１に所
定パタンのコンタクト開口を開けることにより、オーミ
ック電極３２がその表面においてオーミック接触してい
る。そしてさらに、本発明のサージ防護デバイス２０で
は、第四半導体領域２４と並設の関係で、当該第四半導
体領域２４の周縁部の少なくとも一側縁部に接して（図
２の場合）、または近接して（図３の場合）、第一半導
体領域２１の表面に対してオーミック接触するオーミッ
ク電極３１も所定パタンで設けられていて、このオーミ
ック電極３１の下の面積領域が実質的に第一半導体領域
２１との間でのオーミック接触領域３０となっている。 以下、単にオーミック接触領域３０と言った場合には、
このオーミック電極３１と第一半導体領域２１とがオー
ミック接触している二次元平面の面積領域を指す。 【００２４】しかるに、第四半導体領域２４にオーミッ
ク接触したオーミック電極３２は第一のデバイス端子Ｔ
１　に接続するものであり、第二、第三半導体領域２２
，２３の各表面に共通にオーミック接触したオーミック
電極３３は第二のデバイス端子Ｔ２　に接続するもので
ある。便宜上、第四半導体領域２４にオーミック接触し
、第一デバイス端子Ｔ１　に接続されるオーミック電極
３２を第一のオーミック電極と呼び、第二、第三半導体
領域２２，２３にオーミック接触し、第二デバイス端子
Ｔ２　に接続されるオーミック電極３３を第二のオーミ
ック電極３３と呼ぶ。したがって、第一デバイス端子Ｔ
１　に対して第一オーミック電極３２と同様に接続され
、第四半導体領域２４と並設の関係で第一半導体領域２
１にオーミック接触するオーミック電極３１は第三のオ
ーミック電極３１と呼ぶ。なお、図２の場合は、この第
一、第三オーミック電極３２，３１が実質的には第一半
導体領域２１の主面に沿って一連に形成されている。そ
こで図２中では、領域２４，３０とこれに対応する各オ
ーミック電極部分３２，３１を観念的には分けて考える
都合上、あえて仮想線の分離線を付している。しかし実
際の構造上は、上記の通り、そして見た目の通り、一体
であって良い。これに対し、図３に示される構造の場合
には、第四半導体領域２４と第一半導体領域２１との境
界部分の上にそれら両領域の並設方向に沿って少しの寸
法を有する絶縁膜５２が残存するようにコンタクト開口
が開けられており、その結果、第四半導体領域２４にオ
ーミック接触するオーミック電極３２と、その一側方で
第一半導体領域２１にオーミック接触するオーミック電
極３１とは、この絶縁膜５２の上を渡し越すようにして
互いに電気的に接続している。もちろん、図２の構造の
方が製作が簡単であって一般的である。それでもあえて
図３の構造による場合には、第三オーミック電極３１に
より形成される第一半導体領域２１に対してのオーミッ
ク接触領域３０と第四半導体領域２４との面内方向の距
離ｄＤ　が、第四半導体領域２４と第一半導体領域２１
との接合により形成される空乏層の横方向伸展距離より
も短ければ、図２におけると同様、実質的に第四半導体
領域２４とオーミック接触領域３０とが横方向に直接に
接触している構造と変わりなくなる。それ以上離れてい
ても、以降に述べる本発明の原理はこれを全うできるこ
とが多いが、余りに離れ過ぎると、図１（Ｃ）　に即し
て後述するように、第四半導体領域２４の周りを流れる
第一半導体領域２１にとっての多数キャリア流の集中効
果を得る上で問題が生ずることもあるし、デバイス自体
の占有面積を大きくすることでも望ましくない。 【００２５】次に、各領域の導電型例につき述べるに、
本実施例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、したがってこの第一半導
体領域２１と共にｐｎ接合を形成する第二半導体領域２
２の導電型はｐ型となっている。また、先に従来例の説
明の項中でも述べたように、第三領域２３は第二半導体
領域２２に対して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
、同様に第四領域２４は第一半導体領域２１に対し当該
第一半導体領域２１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いので、接触する相手方
の導電型に応じては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、第四領域も半導体製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ｐ
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、後述の
通り、本サージ防護デバイス２０のブレーク・オーバ動
作後の主電流（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＋　型領域で
あることが良い。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）や燐（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２１，２２，２３，２４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。さらに、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、適用することがで
きる。 【００２６】以上のような構造によるサージ保護デバイ
ス２０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、ここではすでに図１２，図１３に即して説
明した従来例との対比を容易にするため、第一半導体領
域２１と第三半導体領域２３間のパンチ・スルーを利用
する場合につき説明する。ただし、ここでの動作説明に
おける最初の中は、本発明で必須の構成要件の一つとす
るオーミック接触領域３０はないもの、ないしは機能し
ないものと仮定する。まず、第一、第二デバイス端子Ｔ
１　，Ｔ２　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（したがって本実施例の場合
は第一デバイス端子Ｔ１　側が正、第二デバイス端子Ｔ
２　側が負となる位相）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、
第二半導体領域２１，２２間の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２３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に対し、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２２で収集
されて素子電流の流れ始めとなる。こうしたパンチ・ス
ルー動作の開始電圧が、従来のサージ防護デバイスの動
作特性を示す図１３中において電圧軸上、降伏電圧ＶＢ
Ｒと示された点である。ここでは本発明デバイス２０に
おけるオーミック接触領域３０がないものとしているか
ら、従来例の説明で用いた図１３を利用することができ
る。 【００２７】一方、例え第二半導体領域２２と第三半導
体領域２３とが第二のオーミック電極３３により共通に
接続され、それら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値と、当該素子電流の第
二半導体領域２２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。この第二半導体領域２２への少
数キャリアの注入は、図１３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Ｔ１　，Ｔ２　間に流れる素
子電流のさらなる増大を招くことになり、これがまた、
第四半導体領域２４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、図１３に示されている電圧対電流（Ｖ−Ｉ）特性
図で見ると、第一、第二デバイス端子Ｔ１　，Ｔ２　間
を通じてブレーク・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、正帰還現象がデバイ
ス内部で生じていることの表れとして、当該特性図上に
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Ｔ１　，Ｔ２　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。 【００２８】すでに述べたように、こうしたサージ防護
デバイス２０により第一、第二デバイス端子Ｔ１　，Ｔ
２　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、一旦ターン・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
ＩＨ　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パ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接合の順方向電圧一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ＶＰ　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２２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、以上で述べてき
たパンチ・スルーの外、第一、第二半導体領域２１，２
２間の雪崩降伏やツェナ降伏をも利用することができ、
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きには高い降
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、一旦、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ＶＰ　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。 【００２９】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、すでに
従来例の説明の項中でも述べたように、デバイス端子Ｔ
１　，Ｔ２　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
生ずることがある。すなわち、第三オーミック電極３１
がないと、図２、図３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
ージが印加されたとき、当該サージのスルー・レイト（
ｄＶ／ｄｔ）に応じ、その時に逆バイアスされる第一、
第二半導体領域間ｐｎ接合の接合容量Ｃｊ　を充電する
過渡的な電流として、先の式（１）　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Ｃｊ　の値が大きいと、被保護回路系への
誘導ノイズ電圧値の波高値が低く、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に結
構大きな値の変位電流ｉｔが流れ、その結果、当該サー
ジの尖頭電圧値は設計仕様値のブレーク・オーバ電圧Ｖ
ＢＯに至っていないのにデバイスがブレーク・オーバす
る場合がある。換言すれば、印加されるサージの鋭さに
応じ、サージ防護デバイスとしてのブレーク・オーバ電
圧ＶＢＯが変動してしまうことになる。 【００３０】しかし、図２、図３に示される構造のサー
ジ防護デバイス２０においては、第四半導体領域２４の
ある側と同じ主面側で第一半導体領域２１の当該主面な
いし表面にオーミック接触する第三オーミック電極３１
があり、この第三オーミック電極３１も第一のデバイス
端子Ｔ１　に対して電気的に接続しているので、そのよ
うな「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
的な値に安定化することができる。その理由は、すでに
図１２に示される従来デバイスに即して説明したと全く
同一である。第一半導体領域２１と第二半導体領域２２
とのｐｎ接合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２１と第四半導体領域２４
とのｐｎ接合が順バイアスされる関係となる時には、第
三オーミック電極３１によって形成されるオーミック接
触領域３０を介し、当該第一半導体領域２１に多数キャ
リア電流を流すことができ、これによって第一半導体領
域２１と第二半導体領域２２とで構成されるｐｎ接合の
接合容量Ｃｊ　を速やかに充電し得るからである。 【００３１】以上のように、まずは従来のサージ防護デ
バイスの動作に準ずる本発明のサージ防護デバイス２０
の基本的な動作を説明した所で、次に、本発明による改
良に係る部分につき、説明する。これまで述べてきたよ
うな各実施例に関して示されている各図中の断面構造を
得る場合、第四半導体領域２４も、また第一半導体領域
２１へのオーミック接触領域３０も、共にそれぞれ平面
的には矩形形状とするのが最も一般的で、説明するにも
適している。そこで、まずはそうした場合を想定した上
で、図２，３に示された本発明サージ防護デバイス２０
の構造を改めて図１に簡易化して示し、かつ、各部の寸
法に記号付けをして見る。ただし、オーミック接触領域
３０を形成する第三のオーミック電極３１と、第四半導
体領域２４にオーミック接触する第一のオーミック電極
３２とを弁別し易いように、図１中では第三オーミック
電極３１をのみ、厚味のある金属部材として描画し、第
四半導体領域２４に接する第一オーミック電極３２の方
は、単なる通常の電気的接続記号（塗り潰した半丸）で
示している。 【００３２】図１（Ａ）　に示されるように、基本的な
モデルとして、第一デバイス端子Ｔ１　に接続される第
四半導体領域２４とオーミック接触領域３０とがそれぞ
れ一つだけ設けられているとし、当該オーミック接触領
域３０の面内の一方向（仮にこれをｘ方向とする）に沿
う幅をｘＳ，第四半導体領域２４のｘ方向の幅をｘＣ　
として、オーミック接触領域３０の一側縁は第四半導体
領域２４の臨向する一側縁に直接に接触しているものと
し、それら両者の幅の和（ｘＳ＋ｘＣ）を有効幅ＬＥ　
と定義してみる。 一方、図示されている断面と直交するｙ方向となるオー
ミック接触領域３０及び第四半導体領域２４の各寸法は
Ｗとし、オーミック接触領域３０の厚味はほぼ零と看做
して、第四半導体領域２４の厚味をｈｃ　とし、さらに
第一半導体領域ないし半導体基板２１の抵抗率をρとす
る。その上で、第四半導体領域２４と第一半導体領域２
１とが形成するｐｎ接合を順バイアスするに必要な電圧
降下をＶｆ（一般に０．５〜０．６Ｖ程度である）とす
ると、すでに述べた本発明サージ防護デバイス２０の動
作上、最初にオーミック接触領域３０を介して流れる電
流の大きさが漸増し、やがて第四半導体領域２４を含む
ｐｎ接合をターン・オンさせるに必要となる当該電流値
Ｉｆ　は、本来、次式（２）　で表せる。 【００３３】 　　　　　　　　Ｉｆ　≒Ｖｆ・ｘＳ・Ｗ／ｈｃ・ρ　
　　　　　　　　　　　　　　　　　・・・・・・・・
・　（２）　【００３４】これは、図１（Ｂ）　に示さ
れるように、第四半導体領域２４やオーミック接触領域
３０の数を少なくとも面内一方向に沿う断面において複
数個に増やした場合にも言えることである。例えば簡単
のため、本発明要旨構成中にも言うように、一般的には
Ｌ個とし得るオーミック接触領域３０の数を、これも一
般的にはＮ個とし得る第四半導体領域２４の当該数Ｎと
同じ（Ｌ＝Ｎ）とすると、そうしたＮ個のオーミック接
触領域３０とＮ個の第四半導体領域２４とを一つの構造
体と考えて、その全体のｘ方向幅を先の有効幅ＬＥ　と
し、各オーミック接触領域３０のｘ方向幅はｘＳ　／Ｎ
、各第四半導体領域２４のｘ方向幅はｘＣ　／Ｎである
と考えれば、上記　（２）式は図１（Ｂ）　に示される
ような構造にもそのまま適用することができる。言い換
えれば、オーミック接触領域３０のｘ方向幅ｘＳ　とは
、この場合、それらＮ個のオーミック接触領域の各ｘ方
向幅の全ての和として捕え、同様に第四半導体領域のｘ
方向幅ｘＣ　とは、それらＮ個の第四半導体領域の各ｘ
方向幅の全ての和と考える。ただし、図１（Ｂ）　中の
左端にあってその一部を仮想線２４で示したように、ど
のオーミック接触領域３０も、必ずその両側が一対の第
四半導体領域２４，２４で挟まれる構造を採った場合に
は、第四半導体領域２４の数の方が一つ多くなるが、こ
こでの議論上、両端の二つの第四半導体領域２４，２４
の中、一方は考慮の外として良い。すなわち、第四半導
体領域２４の数Ｎもオーミック接触領域３０の数Ｌも、
これらを共に等しくＮとし、かつ、各オーミック接触領
域３０は全て同じｘ方向幅ｘＳ　／Ｎを持ち、各第四半
導体領域２４も全て同じｘ方向幅ｘＣ　／Ｎを持つとい
う基本モデルとすれば良い。実際にも、電流の均一化を
計るには、このような幾何的構造上の均一化も有効であ
る。 【００３５】上掲の　（２）式の説明に戻ると、この　
（２）式は、オーミック接触領域３０のｘ方向幅ｘＳ　
の比例関数であるから、当該オーミック接触領域３０の
ｘ方向幅ないしは有効幅ＬＥ　中に占めるオーミック接
触領域３０のｘ方向幅ｘＳ　の割合； 　　　　　　　　　　　ｘＳ　／　ＬＥ（＝ｘＳ　＋ｘ
Ｃ　）　　　　　　　　　　　　　　　　・・・・・・
・・・　（３）　に応じ、あるいはまた有効幅ＬＥ　内
に占める第四半導体領域２４のｘ方向幅ｘＣの比； 　　　　　　　　　　　ｘＣ　／　ＬＥ（＝ｘＳ　＋ｘ
Ｃ　）　　　　　　　　　　　　　　　　・・・・・・
・・・　（３）’に応じ、電流値Ｉｆ　を制御でき、ひ
いてはブレーク・オーバ電流ＩＢＯや保持電流ＩＨ　を
制御できる筈である。事実、本発明者のこうした知見に
基づく実験では、確かに、オーミック接触領域３０のｘ
方向幅（以下、単に幅）ｘＳ　ないしは第四半導体領域
２４の幅ｘＣ　に関する上記　（３）式または（３）’
式に従った比に応じ、ほぼリニアな関係でブレーク・オ
ーバ電流ＩＢＯや保持電流ＩＨ　が制御可能なこともあ
った。 【００３６】しかしこのことは、逆に言うと、そのよう
な寸法に関する製造パラメータの変動が、ブレーク・オ
ーバ電流ＩＢＯや保持電流ＩＨ　に影響することを意味
する。そのため、当該各寸法精度を高く保てる場合には
、この事実を有効に利用し、当該オーミック接触領域３
０や第四半導体領域２４に関する面内一方向の寸法ｘＳ
　，ｘＣ　の選択、決定によってのみでも（換言すれば
他のパラメータや、当該両領域２４，３０のｙ方向寸法
とは独立に）、作成すべきデバイスのブレーク・オーバ
電流ＩＢＯや保持電流ＩＨ　を決めることができるが、
そうでない場合には、それらブレーク・オーバ電流ＩＢ
Ｏや保持電流ＩＨ　に関する特性の変動要因となる。 【００３７】ところが、本発明者のさらなる研究による
と、ある程度以上の幅範囲を越えてオーミック接触領域
３０の幅ｘＳ　をさらに広げて行った場合、ブレーク・
オーバ電流ＩＢＯや保持電流ＩＨ　はある値に飽和傾向
を示すことが分かった。数多くの実験結果に基づき、大
体どれにも共通する傾向を特性図的な表現で図４に示し
てみると、上記（３）’式の値が１に近い範囲内にある
とき、すなわち、既述した有効幅ＬＥ（＝ｘＳ＋ｘＣ）
中に占める第四半導体領域２４の幅ｘＣ　が比較的に大
きく、オーミック接触領域３０の幅ｘＳ　が比較的小さ
な範囲内にあるときには、同図中に矢印にて「非飽和」
領域と示したように、最終的に得られた本発明サージ防
護デバイスのブレーク・オーバ電流ＩＢＯも保持電流Ｉ
Ｈ　も、概ね既掲の　（２）式に従い制御可能であった
。これに対して、図４中、左手側に「飽和」領域と示さ
れているように、有効幅ＬＥ　中に占めるオーミック接
触領域３０の幅ｘＳ　がある程度以上の寸法になってく
ると、それからさらに当該オーミック接触領域の幅ｘＳ
　を増しても、デバイスとしてのブレーク・オーバ電流
ＩＢＯや保持電流ＩＨ　は余り変わらず、ほぼ飽和する
傾向となった。 【００３８】この原因を追及した所、理解のためには次
のような定性的な説明が可能なことが分かった。すなわ
ち、図１（Ｃ）　に示すように、オーミック接触領域３
０を介して流れる電流（図中では逆方向の電子流ｆｅ　
で示している）は、第四半導体領域２４が順バイアスさ
れる以前の段階では、当該第四半導体領域２４に沿った
部分に集中的に流れる。その結果、この電流（電子流ｆ
ｅ）の集中部分となる幅ｘＦ　に対し、実際のオーミッ
ク接触領域３０の幅ｘＳ　が短ければ、その範囲内で当
該幅ｘＳ　が変化すると、対応的に先の電流値Ｉｆ　も
変化し、これが図４中の非飽和領域に示されているよう
に、当該オーミック接触領域３０の幅ｘＳ　ないしは第
四半導体領域の幅ｘＣ　の変化、あるいはそれらの比の
変化により、ブレーク・オーバ電流ＩＢＯや保持電流Ｉ
Ｈ　が制御されることに対応している。そして、このよ
うな非飽和領域が表れる場合に関してのオーミック接触
領域３０の幅の最大値（最長値）ｘＦ　は、第四半導体
領域の厚味ｈｃ　に対し、αを１以下の数として、 　　　　　　　　　　ｘＦ　＝α・ｈｃ　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　・・・・・
・・・・　（４）　なる関係にあることも分かった。α
の下限は、場合にもよるが、概ね０．５程度の所にあっ
た。 【００３９】したがって、上記をまとめると、　　　　
　　　　　　ｘＳ　＜α・ｈｃ　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　・・・・・・・・・
　（４）’なる範囲にては、当該オーミック接触領域の
幅ｘＳ　に応じてブレーク・オーバ電流ＩＢＯや保持電
流ＩＨ　の値が変わり、逆に、図４に示される飽和傾向
は、　　　　　　　　　　ｘＳ　＞ｘＦ　＝α・ｈｃ　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　・・・・・
・・・・　（５）　なる範囲では、当該オーミック接触
領域の幅ｘＳ　が変動しても、デバイスとしてのブレー
ク・オーバ電流ＩＢＯや保持電流ＩＨ　には余り大きな
変動を生まないことを意味している。そこで、これを有
利に活用すれば、製造現場の現実として、当該オーミッ
ク接触領域３０の部分の幾何的製造パラメータが変動し
易いような場合にも、そうした製造誤差がデバイスとし
て市場に提供される本発明サージ防護デバイス２０のブ
レーク・オーバ電流ＩＢＯや保持電流ＩＨ　に関しての
変動要因にならないようにすることができる。これはか
なり大きな効果である。ただし、この場合には、オーミ
ック接触領域３０の当該幅ｘＳ　に関し、その上限とい
うものも考えられるが、概ね第一半導体領域２１中をそ
の厚味方向に流れる動作電流を考えた場合、その横方向
への拡散の程度を一般的に見積ると、これは広くても第
四半導体領域２４と第二半導体領域２２の第一半導体領
域厚味方向に沿う離間距離以下とするか、あるいは、少
なくとも第一半導体領域２１の厚味以下とするのが良く
、こうすれば、第一半導体領域２１内における多数キャ
リアと少数キャリアの混在環境を均質化でき、結局は安
定なデバイス動作を期待することができるし、サージ耐
量も低減させないで済む。 【００４０】さらに、少なくとも面内ｘ方向断面におい
てはオーミック接触領域３０の両側に第四半導体領域２
４，２４が位置する場合には、（４）’式をさらに変形
して、 　　　　　　　　　　ｘＳ　＜２α・ｈｃ　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　・・・・・・
・・・　（４）’’　とすることもできる。これはもち
ろん、当該オーミック接触領域３０と一対の第四半導体
領域２４，２４の並設方向における当該オーミック接触
領域３０の幅部分が、その両側において各第四半導体領
域２４，２４の個々に専用の領域を構成していると考え
れば容易に理解できる。また、オーミック接触領域３０
は、全体形状としては矩形ではない場合でも、第四半導
体領域との並設方向で見ると、その方向に幅を持つ矩形
ないしほぼ矩形の形状部分を有している限り、上記の考
察は等しく適用することができる。これは例えば、それ
ぞれ長方形または正方形、平行四辺形等の形状をした第
四半導体領域２４が二次元平面内で互いに一定の規則を
持って並設されているとき、それらの中で互いに隣接す
る第四半導体領域のそれぞれの臨向する辺部の間に挟ま
れた部分を有するオーミック接触領域とか、各第四半導
体領域が六角形をしていて、それらがあいまって蜂の巣
状に配されている場合にあって、隣接するそれら第四半
導体領域の臨向辺部相互の間に挟まれた部分を有するオ
ーミック接触領域等に見ることができる。 【００４１】上記に加え、図４はまた、有効幅ＬＥ　に
対する第四半導体領域２４の幅の比、ないしはオーミッ
ク接触領域３０の幅の比こそ同じであっても、絶対寸法
としての第四半導体領域２４の幅ｘＣ　が模式的に（大
）、（中）、（小）と示したように異なると（したがっ
て当然、有効幅ＬＥ　も異なると）、これによってもブ
レーク・オーバ電流ＩＢＯや保持電流ＩＨ　が変化する
ことを示している。これも本発明者の多々なる実験の結
果、導出された事実であるが、これについてもまずは定
性的な説明をして解釈することができる。つまり、オー
ミック接触領域３０を介して流れ始めた電流は、図１（
Ｃ）　中の電流集中部分ｘＦ　に模式的に示されている
ように、未だ順バイアスされていない第四半導体領域２
４の周囲をなめるようにして流れる。したがって、その
距離が長い程、つまりは第四半導体領域２４の当該幅ｘ
Ｃ　が大きい程、第一半導体領域２１の抵抗率に局所的
な変動がなく、一定値ρであっても、当該オーミック接
触領域３０を介する電流の電流経路に沿った抵抗値は高
くなるから、より低い電流値Ｉｆ　で第四半導体領域２
４を含むｐｎ接合を順バイアスするに必要な電圧降下Ｖ
ｆ　を得ることができる。そのため、図４中に示されて
いる通り、第四半導体領域２４の幅ｘＣ　が大きくなる
程、ターン・オンは早まり、デバイスとしてのブレーク
・オーバ電流ＩＢＯや保持電流ＩＨ　は低下傾向を示す
。そして、この関係は制御可能な法則に即しているため
、結局、第四半導体領域２４とオーミック接触領域３０
との単なる幅の比だけではなく、第四半導体領域２４の
絶対幅によっても、そうしたデバイス特性を設計可能と
なるのである。これはまた、単にオーミック接触領域に
対して第四半導体領域の並設方向の長さ（この場合は既
述のようにｘ方向幅ｘＣ　）のみを変えるだけでも、同
様な結果となる。 【００４２】念のため、第四半導体領域２４の形状が単
に矩形の場合に限らず、一般化して考え、その面積がＳ
Ｃ　であるとし、その周辺長をＲＣ　とすると、上記し
た電流値Ｉｆ　は、初期降伏現象に雪崩降伏を利用する
場合には第二半導体領域２２にあって当該雪崩降伏が生
じている部分の面積をＳＯ　とし、パンチ・スルーによ
る場合であって第三半導体領域断面幅が第二半導体領域
と第四半導体領域との間隔よりも大きい場合には当該第
三半導体領域２３の面積をＳＯ　、小さい場合には第二
半導体領域２２の面積をＳＯ　として、既述の　（２）
式は次のように書き直すことができる。 　　　　Ｉｆ　≒Ｖｆ　・ＳＯ　／ｈｃ・ρ（１＋ＳＣ
　／ｘＦ　ＲＣ）　　・・・・・・・・・　（６）　一
方、ブレーク・オーバ電流ＩＢＯは、　　　　　　　　
　　ＩＢＯ＝Ｉｆ　＋Ｉｆｆ　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　・・・・・・・・・　（７）
　で表すことができ、右辺第２項Ｉｆｆは小さく、特に
パンチ・スルー利用型の場合には極めて小さいため、上
記　（５）式中の各寸法によってほぼブレーク・オーバ
電流ＩＢＯを設計できる。そして、第四半導体領域２４
が矩形であって、その周辺長ＲＣ　に対し、奥行寸法Ｗ
が半分程度と看做せるならば、上記　（６）式はさらに
、　　　　Ｉｆ　≒Ｖｆ　・　ＳＯ　／ｈｃ・ρ（１＋
ｘＣ　／２ｘＦ）　　　　・・・・・・・・・　（６）
’となるので、当該第四半導体領域２４の短辺幅ｘＣ　
によってだけでもブレーク・オーバ電流ＩＢＯが制御可
能となる。第四半導体領域２４が例えば円形の場合には
、その直径を上記で短辺幅として用いてきた符号ｘＣ　
を用いて表せば、上記　（６）式は、 　　　　Ｉｆ　≒Ｖｆ　・　ＳＯ　／ｈｃ・ρ（１＋ｘ
Ｃ　／２ｘＦ）　　　　・・・・・・・・・　（６）’
’　となり、結局、ブレーク・オーバ電流ＩＢＯは第四
半導体領域２４の直径ｘＣ　により設計し得るものとな
る。同様に、第四半導体領域２４が正多角形形状の場合
には、当該正多角形の面積に等しい円の直径をｘＣ　と
置くことにより、上記　（６）’’式を利用することが
できる。 【００４３】さらに、本発明者の実験によれば、まず第
四半導体領域２４が矩形の場合で代表させると、有効幅
ＬＥ　内における第四半導体領域２４の幅ｘＣ　の占め
る割り合いが大きくなる程、図５に示したようにサージ
耐量ＩＰＰも増加し、オーミック接触領域３０がなく、
第四半導体領域２４しか設けられていなかった従来構造
のそれに近付いてくることも分かったし、かつ、当該サ
ージ耐量ＩＰＰと有効幅ＬＥ　内における第四半導体領
域２４の幅ｘＣ　の占める割り合いとの間にも比例的な
関係が成立し、したがってそうした比の設定如何によっ
てデバイスとしてのサージ耐量ＩＰＰを設計可能なこと
も分かった。 ただし、このサージ耐量ＩＰＰに関しては、本質的には
オーミック接触領域３０と第四半導体領域２４との「面
積比」が直接に関与する。ただ、それらが矩形であって
、図示されている断面に対し、直交するｙ方向寸法を一
定にしたとするならば、上記した通り、有効幅ＬＥ　内
における第四半導体領域２４の幅ｘＣ　の占める割り合
いという一次元方向の寸法によってのみ、サージ耐量Ｉ
ＰＰを規定できるということである。したがって、図５
中の横軸は、面積比と読み換えても差支えない。もちろ
ん、一般的に考えても、任意平面形状の第四半導体領域
２４の当該面積比が増えて行く程、サージ耐量ＩＰＰが
増加傾向となる理由は定性的に簡単に説明することがで
きる。本発明のサージ防護デバイス２０では、既に説明
した動作メカニズムに明らかなように、正帰還現象を介
してブレーク・オーバした後の主たるデバイス電流の通
路は、第三半導体領域２３と第四半導体領域２４とを結
ぶ経路となるため、第四半導体領域２４の面積が広い程
、大きなサージ電流を吸収できるのである。いずれにし
ても、このようにして、本発明のデバイス構造では、サ
ージ耐量ＩＰＰの設定ないし設計にも十分使用可能な新
たなる自由度を与え得ることになる。 【００４４】また、上記図４，図５に関しての説明は、
第三半導体領域２３が主として単一の連続領域として形
成されている断面構造を例に採って説明したが、既に述
べたように、この第三半導体領域２３が、少なくとも面
内一方向に沿う断面においては複数個の領域から形成さ
れているような場合にも同様となり、むしろ、その方が
、先に述べた理由から、均一なデバイス電流を得ること
により、一層の特性向上と安定性を得る意味で望ましい
。 【００４５】さて、ここで、図２，３に示された本発明
サージ防護デバイス２０の比較的基本的な実施例に対し
、種々構造的な改変例につき、触れておく。図１，２，
３に示される本発明サージ防護デバイス２０においては
、第三半導体領域２３と第四半導体領域２４とが最短距
離で対向し合うように形成されていて、確かにこれによ
り高速な動作が得られたり、均一なデバイス電流が得ら
れたりするが、限定的なことではなく、互いに横方向に
ずれた関係にあっても良い。 【００４６】さらに、最初の降伏メカニズムに雪崩降伏
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した場合には、
第一半導体領域２１と第二半導体領域２２とで形成され
るｐｎ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が局所的になり易い
がため、一般的に言えば、既述してきたパンチ・スルー
・タイプに比すとサージ耐量を大きく取るのが難しい外
、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、本書で問題にしているブレーク・
オーバ電流ＩＢＯや保持電流ＩＨ　の制御について考え
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
のまま適用することができる。逆に、意図的にそれら雪
崩降伏原理等を採用したい場合に、電流の局所集中現象
を低減しようとするならば、基本的には図２，３に示さ
れた本発明の実施例デバイス２０と同様の構成を含んで
いるが、若干の変更を受けたさらに他の実施例デバイス
として図６に示されている本発明サージ防護デバイス２
０に見られるように、第二半導体領域２２との接触面積
領域にあって第一半導体領域２１の側に複数個所、適当
なるパタンで第一半導体領域２１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ｎ＋　領域）４１，
・・・・・（仮想線で図示）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、それらから一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。 なお、他の実施例中でも、主としてパンチ・スルーによ
る降伏メカニズムを想定するので、図面を簡明にするた
めにも、上記のように必要に応じて形成することができ
る高濃度不純物領域４１，・・・・・については図示を
省略する。もちろん、こうした高濃度不純物領域４１，
・・・・・は、既存のイオン選択注入技術等によって比
較的容易に、かつ精度良く作製することができる。 【００４７】図６にはまた、本発明のサージ防護デバイ
ス２０にとって採用すると好ましい他の構成要素も示さ
れている。本発明のサージ防護デバイス２０では、上記
の通り、本質的には最初の降伏メカニズムには限定はな
いが、特にパンチ・スルーを利用する場合に顕著なよう
に、第一半導体領域２１と第二半導体領域２２とで構成
するｐｎ接合部分の中、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ことも考えられ、
それでは動作上、不都合である。したがって、これを防
ぐか抑制するには、当該図６中、符号３４で示したよう
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第二オーミック電極３３に、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絶縁層５１の上に沿い
、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を設けると良い。このような
張り出し部分３４はいわゆるフィールド・プレート３４
となり、特に第一半導体領域２１と第二半導体領域２２
とで形成されるｐｎ接合の角部における電界の集中を緩
和する作用を有する。もっとも、このようなフィールド
・プレート３４は、パンチ・スルーではなく雪崩降伏原
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、既述した複数の高濃度不純物領域４
１，・・・・・（図６中、仮想線）を設ける等して複数
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不具合を予防することが
できる。 【００４８】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に代え、あるいはこれに加えて、
同じく図６中に仮想線の領域６１，・・・・・で示すよ
うに、少なくとも第二半導体領域２２の周囲に第二半導
体領域と同一導電型であるが第二半導体領域には触れな
い状態でガード・リング６１を設けるのもまた良い配慮
である。この実施例では、第四半導体領域２４とオーミ
ック接触領域３０の周りにも同様のガード・リング６２
を設けているが、これはあってもなくても良い。少なく
とも降伏に関与して電界ないし電流の集中する部分に対
し、これを緩和し得る状態でガード・リング６１が設け
られていれば良い。もちろん、こうしたフィールド・プ
レート３４やガード・リング６１は、本発明の他の実施
例でも任意に採用することができる。 【００４９】また、先に第四半導体領域２４の平面形状
に関し説明したが、オーミック接触領域３０の平面形状
としても種々考えられ、正方形や長方形等が一般的では
あるが、同様に一般的な形状として、正多角形、円形、
平行四辺形や三角形等であっても良い。そうした場合に
あっても、本発明要旨構成中に記載のように、各オーミ
ック接触領域の少なくとも一側縁部であって、少なくと
も一つの第四半導体領域の一側縁部に直接に接するか、
あるいは近接する側縁部から計測して、当該第四半導体
領域の一側縁部から離れる方向に採った当該オーミック
接触領域の断面寸法が、第一半導体領域２１に対して第
一半導体領域２１にとっての多数キャリアに基づく電流
が当該第四半導体領域に沿って流れるとき、その電流が
集中的に流れ込むか流れ出る寸法よりも大きくなってい
れば良い。そのような組合せは種々あり、例えば一つの
オーミック接触領域３０の周囲を第四半導体領域が取囲
んでいる場合（矩形の場合の組箱状とか円形の場合の同
心円状等）には、上記において「離れる方向」とは、当
該オーミック接触領域の外側輪郭を形成している周縁部
から当該オーミック接触領域の内部に向かう方向となる
。そして、このような場合にも本発明の最も基本的な要
旨構成を満たすためには、第四領域の少なくとも一側縁
部に対して直接するか近接するオーミック接触領域の一
側縁部という表現は、結局は第四領域に取囲まれている
オーミック接触領域の全周縁部に置き換えることになる
から、本発明の他の態様として明確に掲げてもいるよう
に、そのオーミック接触領域の中心を通る断面寸法の全
幅は、上記第一半導体領域にとっての多数キャリア電流
が集中的に流れ込むか流れ出る寸法の二倍よりも大きく
なっていなけれならないことになる。 【００５０】こうした場合にも関連するが、上記におい
て複数個の第四半導体領域とは、少なくとも面内一方向
に沿う断面においてそうであれば良く、例えば当該断面
と直交する方向の端部同志は互いに接続されていても良
い。換言すれば、ある場合には、平面的に大きな第四半
導体領域２４中に、その周縁のどこにも触れないように
第三領域２３が埋め込まれているような場合も、そうで
はなく、離間した一対の第四半導体領域２４，２４の間
にオーミック接触領域３０が形成されている場合にも、
その面内一方向の適当な断面を採ると、共に図７に示さ
れるような断面構造のサージ防護デバイス２０が得られ
る。これからして、逆に図１（Ｂ）　に示されているよ
うに、さらに多数個の第四半導体領域２４とオーミック
接触領域３０とを有する本発明デバイス２０の場合にも
、少なくともどこか一つの面内方向断面において当該図
１（Ｂ）　の構造が得られれば良く、同図断面と直交す
る方向の端部においては全ての、あるいは幾つかづつの
第四半導体領域２４同志が互いに接続していても良いし
、オーミック接触領域３０の方がそのようになっていて
も良い。 【００５１】図２，３や図６，７に示される実施例デバ
イスには、第二半導体領域２２と第三半導体領域２３と
をそれらの表面で短絡する第二オーミック電極３３に関
し、符号ＰＯ　，ＰＯ　で特定された部分が示されてい
るが、この部分ＰＯ　，ＰＯ　は、当該第二オーミック
電極３３が、第三半導体領域２３の両側にて、共に第二
半導体領域２２の表面上にまで伸びる部分を有している
ことを示している。オーミック電極３３に関してのこの
ようなパタンが有利なのは、本発明者の得た知見からし
て、図８，９を用い、次のように説明することができる
。 【００５２】もし、図８に示されている仮定のデバイス
構造２０’に認められるように、第三半導体領域２３と
第二半導体領域２２にオーミック接触すべき第二オーミ
ック電極３３が、第三半導体領域２３から見てその片側
部分ＰＯ　（図中、左側）のみでしか、第二半導体領域
２２に接触しておらず、これに対向する側は第三半導体
領域２３に接する部分Ｐｉ　で留まっており、第二半導
体領域２２の表面上には接触していないとすると、第一
、第二デバイス端子Ｔ１　，Ｔ２　間に図示極性のサー
ジが印加され、それが所定の大きさ以上であって、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、オーミック電
極３３の第二半導体領域２２に対する一方でのみの接触
部分ＰＯ　に達するが、例えば点Ａを通るような正孔流
ｆＨ　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、当該オーミック電極３
３の部分ＰＯ　に至らない。このような電流分布の不均
一性は、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
性も悪化させることがある。そうであれば当然、ブレー
ク・オーバ電流ＩＢＯや保持電流ＩＨ　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い結果が得ら
れない。 【００５３】これに対し、図２，３及び図６，７にそれ
ぞれ示されている通り、そして図９（Ａ）　にて説明さ
れている通り、第二のオーミック電極３３が、当該第三
半導体領域２３の当該断面における両側にて、等しく第
二半導体領域２２に接触する部分ＰＯ　，ＰＯ　を有す
るように形成されていれば、第三半導体領域２３が順バ
イアスされて第二半導体領域２２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
前段階で、第四半導体領域２４から第一半導体領域２１
中に注入された正孔流ｆＨ　は、第三半導体領域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余
り経路差のない、より均一な流れとなり、やはりこのこ
とも、ブレーク・オーバ電流ＩＢＯや保持電流ＩＨ　の
制御性向上、サージ耐量ＩＰＰの確保という効果を生む
ことができる。 【００５４】さらに、すでに述べもしたが、図９（Ｂ）
　に示されているように、第三半導体領域２３を少なく
とも面内の一方向に沿う一断面では二つ以上、もっと多
い数として、それら一つづつにはその両側にそれぞれ、
第二半導体領域２２にオーミック接触する一対のオーミ
ック電極部分ＰＯ　，ＰＯ　があるようにすると、より
一層、均一な電流分布を得ることができ、事実、本出願
人の実験によっても、この方がブレーク・オーバ電流Ｉ
ＢＯや保持電流ＩＨ　の制御性は高まっている。サージ
耐量ＩＰＰも概ね、素子面積に比例して増大する結果が
得られる。ただし、各第三半導体領域２３は、それぞれ
同じ幅寸法で、同じ間隔を置きながら並設されているこ
とが望ましい。 また、最初の降伏メカニズムに雪崩降伏を利用する場合
には、例え複数個の第三領域構成を採用しても、例えば
第一半導体領域２１と第二半導体領域２２とのｐｎ接合
のある特定の角部（例えば図中の点Ｂ）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の端の部分ＰＯ　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、同様に図９（Ｂ）　
中、仮想線で示したような補助領域２３’，２３’　を
設けると良い。すなわち、この補助領域２３’，２３’
　は、第三半導体領域２３と同一の導電型であって同一
の第二オーミック電極３３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，・・・・・の幅より
も十分短く、望ましくは四分の一程度以下の幅となって
いて、かつ、オーミック電極３３の表面接触最端部分Ｐ
ｉ’，　Ｐｉ’はこの補助領域２３’，２３’　の表面
部分で留まり、この領域を越えてさらに外方に伸び，再
び第二半導体領域２２の表面部分に接触することはない
ようになっている。こうなっていると、本発明のサージ
防護デバイス２０において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、例え図６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、図９中の仮想線の矢印ｆＨ’で示さ
れるように、少数キャリア流を当該補助領域２３’，２
３’　の周りを回らせるようにすることで電流経路を長
く採ることができ、総体的に見た電流分布の均一化を得
ることができる。 【００５５】次いで集積構造につき、考察する。本発明
のサージ防護デバイス２０は、第二半導体領域２２、第
三半導体領域２３、第四半導体領域２４、そしてオーミ
ック接触領域３０（ないし当該オーミック接触領域３０
を形成する第三オーミック電極３１）をひとまとめにし
て単位のデバイス要素構造として定義すると、これら単
位のデバイス要素構造を同一の第一半導体領域２１に複
数個、集積するのも容易な本質的構造を有している。図
１０にはそうした場合の一例が示されていて、第一半導
体領域２１の表面側に形成されている複数個（図示の場
合は三つ）の第二、第三半導体領域２２−１，・・・・
・，２３−１，・・・・・は、それぞれの第二デバイス
端子Ｔ２−１，・・・・・　に電気的に接続されている
。第一半導体領域２１の裏面側に形成される第四半導体
領域２４−１，・・・・・と、これに対して電気的導通
の採られるオーミック接触領域３０−１，・・・・・も
、本来はもちろん、それぞれ専用の各第一デバイス端子
Ｔ１−１，・・・・・　に電気的に接続して良いが、縦
型構造の特徴の故、これら端子Ｔ１−１，・・・・は、
第一半導体領域２１の裏面に広く形成された第一オーミ
ック電極３２ないしは第三オーミック電極３１の共通電
極構造により、共通の第一デバイス端子Ｔ１に接続され
ている。 【００５６】このような構造でも、少なくとも各第二デ
バイス端子Ｔ２−１，・・・・を個別に引き出せば、多
回路用で各個独立に働き、それぞれが本発明に従って構
成されたサージ防護デバイス２０−１，・・・・・が同
一の半導体基板２１上に複数個集積された結果を得るこ
とができるし、図中の仮想線で示される短絡線路により
、第二デバイス端子Ｔ２−１，・・・・の全てを共通に
電気的に接続すれば、複数個のサージ防護デバイス部分
２０−１，・・・・・が電気的に並列動作することで全
体としては大電流のサージを吸収可能なサージ防護デバ
イス２０を得ることができる。 【００５７】また、このような集積構造の本発明サージ
防護デバイスにおいて、個々のサージ防護デバイス部分
２０−１，２０−２；・・・・・　間の横方向絶縁分離
を必要とする場合には、適当なる絶縁分離領域５３を挟
んで良いし、あるいはこの分離領域５３に相当する部分
を機械的に切断することで分離しても良い。 【００５８】さらに、こうした単位のデバイス要素構造
という考え方に基づくと、図１１に示されるように、機
械的にも分離する等して互いに電気的に絶縁された関係
の二つの第一半導体領域２１−１，２１−２を用い、各
第一半導体領域２１−１，２１−２に上記した単位のデ
バイス要素構造を少なくとも一つづつ設けた上で、それ
ぞれ各単位デバイス要素構造の各々の第四半導体領域２
４−１，２４−２にオーミック接触する第一オーミック
電極３２−１，３２−２と、各々のオーミック接触領域
３０−１，３０−２を形成する第三オーミック電極３１
−１，３１−２とにそれぞれ接続している第一デバイス
端子Ｔ１−１，Ｔ１−２　同志を接続し、それぞれの他
のデバイス端子である第二デバイス端子Ｔ２−２，Ｔ２
−１　を新たな一対のデバイス端子とすると、いわゆる
逆方向直列接続構成が得られ、一対の端子Ｔ２−２，Ｔ
２−１　間に印加されるサージがいずれの極性であって
も、当該逆方向直列接続されたそれら一対のサージ防護
デバイス部分２０−１，２０−２の中、いずれか一方が
必ずこれに応答する（他方は単なる順方向動作となる）
ので、両極性ないし双極性のサージを吸収可能なサージ
防護デバイスを得ることができる。なお、互いに直列に
接続する端子は、上記とは逆に、第二デバイス端子Ｔ２
−２，Ｔ２−１　同志とし、新たなデバイス端子とすべ
き端子を第一デバイス端子Ｔ１−１，Ｔ１−２　として
も良いことは明らかであるし、また、図１０の構造に即
し、一対のサージ防護デバイス部分２０−１，２０−２
を並設した上で、図１０中の端子Ｔ１　を省略し、第二
デバイス端子Ｔ２−２，Ｔ２−１　を新たな一対のデバ
イス端子とすると、図１１と実質的に同一の動作をなす
サージ防護デバイスを構築できる。 【００５９】ただし、少し見方を変えると、図１０まで
に示された各実施例における片極性サージ吸収用サージ
防護デバイス２０に比し、図１１に示される実施例とし
ての双極性サージ吸収用サージ防護デバイス（２０−１
，２０−２）では、降伏動作を起こさず、単に第一半導
体領域２１と第二半導体領域２２とで作るｐｎ接合に関
しての順方向動作となる側のサージ防護デバイスでは、
第四半導体領域２４がなくて、全てオーミック接触領域
３０となっている仮定のデバイスに比せば、当該順方向
の電流に関しての耐量（順方向サージ耐量と呼ぶ）は低
下する。ある決まった面積の下では、第四半導体領域２
４の面積が増加し、オーミック接触領域３０の面積が減
少するに伴い、順方向サージ耐量が減少するのは当然で
ある。そこで本発明者は、この点についても確認を取る
実験を種々行なったが、面積比にしておおよそ８５％位
まで、第四半導体領域２４の面積が増えても、順方向サ
ージ耐量の低下の程度は、第四半導体領域２４がなく、
全てオーミック接触領域３０となっているデバイスに比
し６０％程度以上を得ることができたし、第四半導体領
域２４の面積比が５０％以上では、第四半導体領域のな
いデバイスの順方向サージ耐量に対し、全く変わりのな
い値が得られた。こうしたことから、特殊な工夫を施さ
ずとも、サージ耐量の低下の程度は十分許容可能な範囲
内に収めることができた。 【００６０】 【発明の効果】本発明によれば、片極性サージ吸収用と
して適当なサージ防護デバイスを提供することができる
。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ブレーク・オーバしてしまうよ
うな誤応答を効果的に防ぐ機能を持つサージ防護デバイ
スとして、さらに、ブレーク・オーバ電流や保持電流の
値を設計仕様値に即して良く制御し、設計パラメータの
変動によらず、安定化することができる。サージ耐量に
ついても新たなる設計パラメータを与えることができ、
あるいはその値を大きくし得る。加えて、単位デバイス
要素構造という概念を導入した本発明のまた別な態様に
よれば、本発明に従って本来は片極性サージ吸収用とし
て構成されたサージ防護デバイスを一対、逆直列接続す
ることにより、双極性のサージを吸収可能なサージ防護
デバイスを構成することも簡単に行なえるし、同一基板
上への集積化も容易である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に従って構成された二端子ブレーク・オ
ーバ型で縦型のサージ防護デバイスの基本的一実施例に
おいて、第一半導体領域にオーミック接触する第三オー
ミック電極の配置関係、各領域の寸法関係、及び第三オ
ーミック電極に関する電流ないし電子流の態様に関して
の説明図である。

【図２】本発明の基本的実施例の一つを具体的な断面構
造によって示した概略構成図である。

【図３】本発明の基本的実施例の他の一つを具体的な断
面構造によって示した概略構成図である。

【図４】本発明によるサージ防護デバイスの一実施例に
おいて、第四半導体領域と第三オーミック電極の並設方
向に沿うそれぞれの幅の比とブレーク・オーバ電流ない
しは保持電流との関係を一つの傾向として示す説明図で
ある。

【図５】本発明によるサージ防護デバイスの一実施例に
おいて、第四半導体領域と第三オーミック電極の寸法が
、それらの並設方向に直交する方向には等しいとしたと
きのそれらの並設方向に沿う幅の比とサージ耐量との関
係、または一般的にそれらの面積比とサージ耐量との関
係を一つの傾向として示す説明図である。

【図６】種々の改変例と共に示す、本発明サージ防護デ
バイスの他の実施例の概略構成図である。

【図７】少なくとも面内一方向に沿う断面において、第
三オーミック電極の両側に第四半導体領域がある本発明
サージ防護デバイスのさらに他の実施例の概略構成図で
ある。

【図８】第四半導体領域から第一半導体領域に注入され
た少数キャリア流が望ましくない経路を通る構造を有す
る仮定のサージ防護デバイスの説明図である。

【図９】本発明のサージ防護デバイスの一実施例として
、第四半導体領域から第一半導体領域に注入された少数
キャリア流が望ましい経路を通るように構成されたサー
ジ防護デバイスの構造及び作用の説明図である。

【図１０】本発明に従う単位のデバイス要素構造を複数
個使用して構成されたサージ防護デバイスの一実施例で
ある。

【図１１】本発明に従い片極性のサージ吸収用として構
成されたサージ防護デバイスを一対、逆方向直列接続し
て新たに双極性サージ吸収用のサージ防護デバイスを構
成した場合の概略構成図である。

【図１２】本発明者が従来提案したサージ防護デバイス
の概略構成図である。

【図１３】従来のサージ防護デバイスの動作を電圧対電
流特性図に即して説明する説明図である。

【符号の説明】

２０　　　　全体としての本発明サージ防護デバイス，
２０’　　説明の便宜上から想定された仮定のサージ防
護デバイス， ２１　　　　第一半導体領域または半導体基板，２２　
　　　第二半導体領域， ２３　　　　第三領域または第三半導体領域，２４　　
　　第四領域または第四半導体領域，３０　　　　オー
ミック接触領域， ３１　　　　第三オーミック電極， ３２　　　　第一オーミック電極， ３３　　　　第二オーミック電極， ４１　　　　高濃度不純物領域， ６１　　　　ガード・リング， ６２　　　　ガード・リング， Ｔ１　　　　　第一のデバイス端子， Ｔ２　　　　　第二のデバイス端子， ＰＯ　　　　　第二オーミック電極の第二半導体領域へ
の接触部分， ｆＨ　　　　　正孔流， ｆｅ　　　　　電子流．

Claims (11)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項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、少なくとも上記主面に関する面内一
   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
   第三領域と，上記第一半導体領域の上記一方の主面に対
   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
   る一つ以上の数Ｎ個から成る第四領域とを有し，該各第
   四領域にオーミック接触し、かつ第一のデバイス端子に
   接続した第一のオーミック電極と、上記第二半導体領域
   と上記各第三領域とに共通にオーミック接触し、かつ第
   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、該第一、第二
   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、該各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；上記第一半導体領域の
   表裏両主面の中、上記各第四領域の設けられていると同
   じ主面側で該第一半導体領域にオーミック接触し、かつ
   、上記第一のデバイス端子に接続する一つ以上の数Ｌ個
   の第三のオーミック電極を有し；該Ｌ個の第三オーミッ
   ク電極の各々が該第一半導体領域にオーミック接触する
   ことで形成されるＬ個のオーミック接触領域の各々の少
   なくとも一側縁部は、それぞれ、上記Ｎ個の第四領域の
   どれか一つの周縁部の少なくとも一部に対し、上記主面
   に関する面内方向に並設の関係で直接に接触するか、ま
   たは近接して位置し；かつ、上記各オーミック接触領域
   の上記少なくとも一側縁部から計って、該各一側縁部が
   上記直接に接触するか、または上記近接して位置する上
   記第四領域の上記どれか一つの上記周縁部の少なくとも
   一部から離れて行く方向に採った該各オーミック接触領
   域の面内方向に沿う断面寸法は、該各オーミック接触領
   域を介し上記第一半導体領域に該第一半導体領域にとっ
   ての多数キャリアに基づく電流が該各第四領域に沿って
   流れるとき、該電流が該各オーミック接触領域に集中的
   に流れ込むか流れ出る寸法よりも大きくなっていること
   ；を特徴とするサージ防護デバイス。
2. 【請求項２】　　請求項１記載のデバイスであって；上
   記各第三オーミック電極による第一半導体領域に対する
   各オーミック接触領域は、上記面内方向の少なくとも一
   断面に沿いその両側縁部が一対の第四領域によって挟ま
   れている部分を有し；これにより、該各オーミック接触
   領域の該挟まれている部分の各部における該挟まれてい
   る方向に沿う両側縁部間の断面寸法は、該各オーミック
   接触領域を介し上記第一半導体領域に該第一半導体領域
   にとっての多数キャリアに基づく電流が該一対の第四領
   域の各々に沿って流れるとき、該各々に沿って流れる該
   電流の各々がそれぞれ該各オーミック接触領域に集中的
   に流れ込むか流れ出る寸法の二倍よりも大きくなってい
   ること；を特徴とするデバイス。
3. 【請求項３】　　請求項２記載のデバイスであって；上
   記各オーミック接触領域は、平面的に見て上記第四領域
   の少なくとも一つにより取囲まれるか、少なくとも二つ
   以上の第四領域によりほぼ取囲まれていること；を特徴
   とするデバイス。
4. 【請求項４】　　請求項１，２または３記載のデバイス
   であって；上記各オーミック接触領域の上記断面寸法は
   、上記第一半導体領域の上記厚味方向に沿う上記第四領
   域と上記第二半導体領域との離間距離以下であること；
   を特徴とするデバイス。
5. 【請求項５】　　請求項１，２または３記載のデバイス
   であって；上記各オーミック接触領域の上記断面寸法は
   、上記第一半導体領域の厚味以下であること；を特徴と
   するデバイス。
6. 【請求項６】　　請求項１，２，３，４または５記載の
   デバイスであって；上記第一オーミック電極と上記第三
   オーミック電極とは、上記第一半導体領域の上記主面に
   沿い、一連に形成されていること；を特徴とするデバイ
   ス。
7. 【請求項７】　　請求項１，２，３，４または５記載の
   デバイスであって；上記第一オーミック電極と上記第三
   オーミック電極とは、上記第四領域と上記第一半導体領
   域との境界部分の上に形成された絶縁膜部分の上を渡し
   越しながら互いに電気的に接続していること；を特徴と
   するデバイス。
8. 【請求項８】　　請求項１，２，３，４，５，６または
   ７記載のデバイスであって；得るべきサージ耐量に応じ
   、上記各第四領域の各面積の和と上記各オーミック接触
   領域の各面積の和との比が設定されていること；を特徴
   とするデバイス。
9. 【請求項９】　　請求項１，２，３，４，５，６，７ま
   たは８記載のデバイスであって；得るべきブレーク・オ
   ーバ電流または保持電流に応じ、上記各第四領域と該各
   第四領域に関して上記並設の関係にある上記各オーミッ
   ク接触領域との該並設方向に沿う該各第四領域の寸法が
   設定されていること；を特徴とするデバイス。
10. 【請求項１０】　　請求項１，２，３，４，５，６，７
    ，８または９記載のデバイスであって；上記第二半導体
    領域、上記Ｍ個の第三領域、上記Ｎ個の第四領域、そし
    て上記Ｌ個のオーミック接触領域を単位のデバイス要素
    構造とし；該単位のデバイス要素構造を複数個、同一の
    上記第一半導体領域に集積すると共に；上記各単位デバ
    イス要素構造中の上記Ｎ個の第四領域にオーミック接触
    する第一オーミック電極と、上記Ｌ個のオーミック接触
    領域にオーミック接触する第三オーミック電極は全て、
    単一の上記第一デバイス端子に共通に接続する一方；上
    記各単位デバイス要素構造中の上記Ｍ個の第三領域と上
    記第二半導体領域とに共通にオーミック接触する上記第
    二のオーミック電極は全て、単一の上記第二デバイス端
    子に共通に接続したこと；を特徴とするデバイス。
11. 【請求項１１】　　請求項１，２，３，４，５，６，７
    ，８，９または１０記載のデバイスを二つ用い；該二つ
    の該デバイスの上記第一デバイス端子同志または該第二
    デバイス端子同志を直列に接続し；該接続しなかった一
    対の第二デバイス端子または一対の第一デバイス端子を
    新たな第一、第一デバイス端子としたこと；を特徴とす
    るサージ防護デバイス。