JPH0469434B2 - - Google Patents

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JPH0469434B2
JPH0469434B2 JP59181534A JP18153484A JPH0469434B2 JP H0469434 B2 JPH0469434 B2 JP H0469434B2 JP 59181534 A JP59181534 A JP 59181534A JP 18153484 A JP18153484 A JP 18153484A JP H0469434 B2 JPH0469434 B2 JP H0469434B2
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thyristor
gate
electrostatic induction
cathode
main
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Junichi Nishizawa
Naoshige Tamamushi
Kenichi Nonaka
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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]
    • H10D12/211—Gated diodes
    • H10D12/212—Gated diodes having PN junction gates, e.g. field controlled diodes
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10F—INORGANIC SEMICONDUCTOR DEVICES SENSITIVE TO INFRARED RADIATION, LIGHT, ELECTROMAGNETIC RADIATION OF SHORTER WAVELENGTH OR CORPUSCULAR RADIATION
    • H10F30/00—Individual radiation-sensitive semiconductor devices in which radiation controls the flow of current through the devices, e.g. photodetectors
    • H10F30/20—Individual radiation-sensitive semiconductor devices in which radiation controls the flow of current through the devices, e.g. photodetectors the devices having potential barriers, e.g. phototransistors
    • H10F30/21—Individual radiation-sensitive semiconductor devices in which radiation controls the flow of current through the devices, e.g. photodetectors the devices having potential barriers, e.g. phototransistors the devices being sensitive to infrared, visible or ultraviolet radiation
    • H10F30/26—Individual radiation-sensitive semiconductor devices in which radiation controls the flow of current through the devices, e.g. photodetectors the devices having potential barriers, e.g. phototransistors the devices being sensitive to infrared, visible or ultraviolet radiation the devices having three or more potential barriers, e.g. photothyristors
    • H10F30/263—Photothyristors

Landscapes

  • Light Receiving Elements (AREA)
  • Thyristors (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、従来型光トリガサイリスタの増幅ゲ
ート構造に改良を加え、従来形光トリガサイリス
タの光トリガ感度を飛躍的に増大した光トリガサ
イリスタに関し、中小電力の変換装置のみならず
大電力の変換装置内のスイツチング素子として利
用されるものである。
〔従来の技術〕
従来、サイリスタを光でトリガすることは広く
行われており、LASCR、Light Activated
Thyristor、ホトサイリスタ等の名称で実施され
ていることは周知の事実である。
第９図は、従来形光トリガサイリスタの構造例
である。増幅用サイリスタを集積化した構造であ
る。光がベース内部まで侵入するように、また、
増幅用サイリスタの光感度を上げるために、光が
照射される部分のｐベース層が掘り込まれて薄く
なつている。また、dv／dt耐量を向上させるた
めに増幅用サイリスタ及び主サイリスタのカソー
ド・ベース間は短絡されている構造が一般的であ
る。ｎカソード領域８１１、ｐベース層８０３、
ｎベース層８０２及びｐアノード層８０１によつ
てnpnp四層構造の増幅ゲート用補助サイリスタ
が形成され、同時にｎカソード層８０４、ｐベー
ス層８０３、ｎベース層８０２及びｐアノード層
８０１によつて主サイリスタが形成されている。
補助サイリスタのｎカソード８１１とｐベース層
８０３は電極８３３によつて短絡され、主サイリ
スタのｎカソード８０４とｐベース層８０３は電
極８３２によつて短絡されている。光フアイバ等
で導入された入射光８６１、薄くなされたｎカソ
ード層８１１を透過してｐベース８０３とｎベー
ス８０２の接合に形成された空乏層内において電
子正孔対を生成する。発生した正孔は薄くなされ
たｐベース層内のベース抵抗分８５０を流れ、一
方発生した電子はｎベース８０２とｐアノード８
０１の接合界面に蓄積し、ｐアノード８０１から
の正孔注入を引き起こす。この注入された正孔と
光によつて発生した正孔による電流は薄くなされ
たｐベース層内のベース抵抗分８５０を流れると
ともに、補助サイリスタのベース電位が上昇し、
ターン・オンしきい値になると補助サイリスタは
オンする。オン状態では、正孔電流はｎカソード
８１１内を流れ電極８３３を通つて今度は主サイ
リスタのｐベース層８０３内のベース抵抗分８５
４を流れるようになる。電子電流はｎカソード８
１１から薄くなされたｐベース内を拡散で流れて
ｐベース８０３とｎベース８０２強電界部分を流
れ、ｎベース８０２とｐアノード８０１接合部分
に蓄積し、さらにｐアノード８０１からの正孔注
入を促進するとともにｐアノード電極８３１へ流
出する。補助サイリスタがターン・オンした状態
では圧倒的な数の正孔電流がｐアノード８０１か
らｐベース８０３に向けて注入されるようになる
ため主サイリスタのベース層８０３内のベース抵
抗分８５４を多くの正孔電流が流れて主サイリス
タのベース電位はターン・オンしきい値の値をこ
えると主サイリスタがオンすることになる。主サ
イリスタのオン状態では正孔電流はｎカソード内
８０４を流れてカソード電極８３２に吸収され続
け、また電子電流はｎカソード８０４からｐベー
ス８０３内を拡散で流れ、ｎベース層８０２をド
リフト走行してｐアノード８０１内を流れてアノ
ード電極８３１に吸収される。８５１はアノード
端子、８５２は主サイリスタのカソード端子を表
わす。
〔発明が解決しようとする課題〕
前述したように従来形光トリガサイリスタは、
トリガ機構として増幅用補助サイリスタを用いて
いるが、増幅用補助サイリスタはバイポーラベー
ス構造である。均一ベースのバイポーラベース構
造の直流的光増幅度（電流増幅率）は、入射光強
度が小さいという近似で次式を表わせる。
β＝DoLpne／DpWbPb ……(1) (1)式においてDo、Dpはそれぞれ電子、正孔の
拡散定数、Lpは正孔の拡散距離、Wbはベース幅、
neはエミツタの不純物密度、pbはベースの不純物
密度である。実際にはβの値は高々102〜103程度
である。このため増幅用のサイリスタを光でトリ
ガするにはかなり強い光電力を必要とする。以上
述べたように従来形光トリガサイリスタでは、増
幅ゲートの光感度が小さいために、トリガ用光源
として非常に高出力のものが必要であるという問
題点があつた。そのため、第９図に示すような増
幅用補助サイリスタのベース層を薄くする方法、
あるいはこのようなベース層に工夫を凝らした補
助サイリスタを複数段接続することで光増幅度を
増大させる試みがなされていたが構造的に複雑な
ものとなつていた。
〔課題を解決するための手段〕
本発明は、従来形光トリガサイリスタの光感度
を向上させるために、増幅ゲートとして静電誘導
トランジスタ（SIT）ゲート構造を応用する光ト
リガサイリスタを提供するものである。
SITゲート構造では、ソース側の電子がドレイ
ンに流れる時に越える電位障壁と比較してゲート
中の正孔がソース側にぬけるときの電位障壁の方
が大きいために、正孔はゲート領域に蓄積されや
すく、電流増幅率βは、非常に大きくなる。しか
も入力光強度が小さければ小さいほど大きいとい
う特徴があり、SITゲート構造の直流的な光増幅
度の最大値は入射光強度が暗電流正孔電流と同等
となる極限に相当し、 Gnax＝nS（Do／WG）／PG（DP／LP）・expｇ／KT（＋Vbi
Gs−Ｖ biG*） ……(2) (2)式においてWGはゲート電位障壁の実効幅、nS
はソースの不純物密度、pGはゲートの不純物密
度、ｋはボルツマン定数、Ｔは絶対温度、ｑは単
位電荷量、VbiGSはゲート領域中の正孔がソース
側に抜ける時に越えるべきゲート・ソース間の電
位障壁高さ、Ｖ biG*Ｓはソース側の電子がドレ
インに流れる時に越えるべき真のゲート点G*と
ソース間の電位障壁高さである。真のゲートと
は、SITゲート構造に特有のもので、チヤンネル
中に生じる電位の鞍部点である。(2)式から明らか
なようにゲート・ソース間と、真のゲート点G*
と、ソース間の電位障壁の差が光増幅度（電流増
幅率）に大きく影響していて、このためにSITゲ
ート構造の光増幅度（電流増幅率）は、前述した
バイポーラベース構造の光増幅度（電流増幅率）
よりも非常に大きくなる。実験結果として108を
越える値も10-10（Ｗ／cm2）という極めて微弱な光
に対し得られており、SITゲート構造を従来形光
トリガサイリスタの増幅ゲートに応用すれば光ト
リガ感度が飛躍的に改善され微弱光で高速にドラ
イブされる光トリガサイリスタが実現できる。即
ち、SITゲート構造を有した静電誘導形サイリス
タと主サイリスタの集積化によつて従来形光トリ
ガサイリスタのトリガ感度が向上するわけであ
る。
〔実施例〕
以下、図面を参照して本発明の実施例を説明す
る。
第１図に本発明の第１図の実施例を示す。第１
図の実施例の主な特徴は、光トリガサイリスタの
増幅ゲート構造を埋め込みゲート形SIサイリスタ
で構成していることである。
第１図において、主サイリスタは、p+アノー
ド領域１０１とn-ベース領域１０２とｐベース
領域１０３とn+カソード領域１０４とn+高不純
物密度領域１０５とで構成されていて、p+アノ
ード領域１０１の表面露出部分にはアノード電極
１３１が設けられていて、n+カソード領域１０
４とｐベース領域１０３の表面露出部分にはカソ
ード電極１３２が設けられていて、カソード電極
１３２によりn+カソード領域１０４とｐベース
領域１０３は電気的に共通に接続されている。こ
れは主サイリスタ部分のdv／dt耐量を高くする
ためである。また、n+高不純物密度領域１０５
は、主サイリスタと増幅用補助サイリスタの電流
増幅率を向上させるために設けられている。n+
高不純物密度領域１０５を特別設けない構造であ
つてもよい。増幅用の埋め込みゲート形SIサイリ
スタは、それぞれ主サイリスタ部分と共通の領域
で形成されているp+アノード領域１０１′、n-低
不純物密度領域１０２′、n+高不純物密度第２ゲ
ート領域１０５′と、n+カソード領域１１１とp+
第１ゲート領域１１２とで構成されていて、n+
カソード領域１１１とp+第１ゲート領域１１２
の表面露出部分にはそれぞれカソード電極１３３
と第１ゲート電極１３４とが設けられている。増
幅用SIサイリスタの第１ゲート・カソード間は、
ベベル状にエツチングされていて、耐圧向上が図
られていると共に、光の導入領域となつている。
トリガ入射光LT１６１は第１図に示されるよう
にベベルの位置から屈折して侵入する。
増幅用SIサイリスタの第１ゲート１１２は、抵
抗RGK１５４を介して逆バイアスVGK１５３に接
続されている。抵抗RGK１５４により増幅用SIサ
イリスタの光増幅度（電流増幅率）が制御され
る。また、VGK１５３は増幅用SIサイリスタの特
性により決められるが、第１ゲート・カソード間
が逆バイアスされることによりdv／dt耐量が向
上する。また、増幅用SIサイリスタのp+第１ゲ
ート領域１１２のバイアス回路は、第１図に示す
例に限らず、ノーマリオフのSIサイリスタでは第
１ゲート・カソード間がRGK１５４を介して、ま
たは直接接続される場合もある。増幅用SIサイリ
スタのn+カソード領域１１１と主サイリスタの
カソード領域１０４は、電気的に共通に接続され
ている。
動作を説明すると以下のようになる。トリガ光
LT１６１の波長としては光の侵入距離が比較的
長いものが良い。例えばGaAs赤外発光ダイオー
ドで得られる波長程度で良い。
p+第１ゲート領域１１２とp+アノード領域１
０１′の間のn-領域１０２′に形成される空乏層
内において電子・正孔対が効率良く生成されるこ
とが望ましい。発生した正孔は補助SIサイリスタ
のp+第１ゲート領域１１２に蓄積されるととも
にn+カソード領域１１１の近傍のp+第１ゲート
１１２によつて挟まれたn-層１０２′中に形成さ
れた電位障壁の高さが、第１ゲート領域１１２の
電位変化にともなう静電誘導効果によつて下げら
れる。これに伴つて、n+カソード領域１１１の
電子がn-層１０２′へ注入され、電位障壁高さの
低下とともに注入量が増し、第２ゲートである
n+領域１０５′もしくは、n+領域１０５′が存在
しない場合にはn-１０２′p+１０１′接合界面に
蓄積される。n+領域１０５′が存在しない場合
は、増幅用SIサイリスタはシングルゲート型SIサ
イリスタであり、n+領域１０５′が存在する場合
はダブルゲート型SIサイリスタである。シングル
ゲート型SIサイリスタの場合p+領域１１２は単
にゲート領域と呼ばれる。この蓄積される電子は
光によつて発生した電子と、n+カソードから注
入された電子である。n+カソード１１１からの
電子の注入に関する光増幅度の最大値は前述の(2)
式で表わされるため非常に大きく、しかも光強度
が微弱であればあるほど大きいという特徴があ
る。同様にn+第２ゲート１０５′によつて増倍さ
れるp+アノード１０１′からの正孔の注入に伴う
光増幅度も近似的にその最大値は(2)式と同様の式
で表わされる。このようなSITゲート構造を形成
するためにはp+第１ゲート１１２間のn-層１０
２′はほとんど空乏化していて電位障壁が形成さ
れ、その高さは第１ゲート１１２及びアノード１
０１とカソード１１１間の電位による静電誘導効
果によつて変化されるようにn-層１０２′および
p+ゲートの不純物密度と間隔が選ばれていれば
よい。またn+第２ゲート１０５′及びp+アノード
１０１′による第２ゲート側も同様である。n+第
２ゲート１０５′はこのようなSITゲート構造と
なることでp+アノード領域１０１からの正孔注
入効率を増大させる働きがあるが、構造的には
n+１０５領域が存在しないデバイス構造に比べ
複雑である。SIサイリスタのターン・オンしきい
値は通常の四層構造のサイリスタに比べ低くでき
ることも大きな特徴である。これもSITゲート構
造に起因している。従来型サイリスタでは0.8eV
程度であるのに比べSIサイリスタでは0.4eV〜
0.75eVと種々p+第１ゲート１１２間の間隔及び
不純物密度を変えることによつて変化を持たせる
ことができる。
SIサイリスタのターン・オンは従つて、従来型
サイリスタに比べ、より弱い強度の光でトリガす
ることができる。SIサイリスタでは第１ゲート１
１２のまわりのキヤパシタはバイポーラベースを
持つ従来型サイリスタのベースの持つキヤパシタ
に比べ小さい。また第１ゲート１１２は高不純物
密度領域となつているためベース抵抗は存在せず
ゲートの内部抵抗も小さい。特にターン・オンの
スピードを決めるターン・オン遅延時間はp+第
１ゲート１１２の電位が上昇してターン・オンし
きい値電圧まで到達する時間で決定されるター
ン・オンしきい値が小さいことと、ゲートの持つ
容量が小さいことから短くなる。またゲートに外
部抵抗RGK１５４を接続し逆バイアス電圧VGK１
５３を加える等の工夫により光トリガ感度及び応
答時間を制御することもできる。主サイリスタの
ターン・オンは以下のようにして起こる。p+ア
ノード領域１０１′及び１０１から注入される正
孔の量が増大して主サイリスタのｐベース領域１
０３のベース抵抗を流れる正孔電流として寄与す
るが、ベース層１０３内のベース抵抗降下によつ
てｐベース１０３の電位がターン・オンしきい値
をこえると主サイリスタがターン・オンし、n+
カソード１０４からの電子はｐベース層１０３を
拡散で流れn-層１０２をドリフト走行してn+第
２ゲート領域１０５もしくはn-１０２p+１０１
の界面に蓄積される。主サイリスタのオン状態で
はｐベース層１０３内に流入する正孔はn+カソ
ード１０４を通つてカソード電極１３２に吸収さ
れ続け、電子電流はp+アノード領域１０１を通
つてp+アノード電極１３１に吸収され続ける。
従つて主サイリスタを速くターン・オンさせるた
めには、p+アノード１０１からの正孔注入量を
増大させる必要があり、そのためにはn+第２ゲ
ート１０５がSITゲート構造となつていることが
望ましく、また補助サイリスタの第１ゲートであ
るp+ゲート１１２もSITゲート構造となつている
方が良いことは明らかである。すなわち、第１図
に示された実施例ではSITゲート構造を有するSI
サイリスタを増幅用補助サイリスタとして使用す
るため光トリガ感度が非常に高くなつている。
dv／dt耐量も補助サイリスタ部分の第１ゲー
ト・カソード間に逆バイアスVGKを入れることで
高くなつている。
第２図に本発明の第２の実施例で示す。第２の
実施例の主な特徴は、光トリガサイリスタの増幅
ゲート構造を埋め込みゲート形SIサイリスタで構
成していることと、主サイリスタのn+カソード
領域２０４、ｐベース領域２０３と増幅用補助SI
サイリスタのn+カソード領域２１１及びp+ゲー
ト領域が同一のカソード電極２３２で電気的に共
通になされていること、さらに光の導入部分が増
幅用SIサイリスタのn+カソード領域で、その領
域には電極を設けずに光の侵入を容易にしている
ことである。動作は基本的には第１図の実施例と
同様であるが、補助SIサイリスタとしてはノーマ
リオフ型であることが必要である。
各部分を簡単に説明する。補助サイリスタ部分
は、n+カソード２１１、p+第１ゲート２１２、
高抵抗n-層２０２、n+第２ゲート２０５、p+ア
ノード２０１で形成されている。第２ゲート２０
５が存在しない構造でもよい。この場合には、第
１図と同様にp+領域２１２は単にゲート領域と
呼ばれる。主サイリスタ部分はn+カソード２０
４、ｐベース２０３、n-高抵抗層２０２、第２
ゲート２０５（n+）及びp+アノード２０１によ
つて形成されている。領域２３２はカソード電
極、領域２３１はアノード電極であり、トリガ用
光は光フアイバ等の光伝送媒体LT２６１によつ
て反射防止膜２４２上から照射されている。トリ
ガ用光源としては通常の白色光ランプ等でも良い
が、光の波長として侵入距離が比較的長いGaAs
発光ダイオードによる赤外光が良好な特性を示
す。第２図の実施例は前述の如くn+カソード２
１１及びp+第１ゲート２１２及びｐベース２０
３、n+カソード２０４の各部が共通領域となさ
れている所に特徴がある。
第３図に本発明の第３の実施例を示す。第３図
の実施例の主な特徴は、光トリガサイリスタの増
幅ゲート構造を平面ゲート形SIサイリスタで構成
していることと、光の導入部分をステツプ上に堀
り込んだ領域にしていることで、光の侵入の効率
を向上させている。基本的動作は第１図の実施例
と同様である。
各部を説明する。n+カソード領域３１１、p+
第１ゲート領域３１２、n-高抵抗層３０２、n+
第２ゲート領域３０５、p+アノード領域３０１
によつて補助SIサイリスタが形成されており、
n+カソード３０４、ｐベース３０３、n-高抵抗
層３０２、n+第２ゲート３０５及びp+アノード
３０１によつて主サイリスタが形成されている。
３３３及び３３４は補助SIサイリスタのカソード
及びゲート電極を示す。光入射は光フアイバ等の
光伝送媒体LT３６１によつて補助サイリスタ部
分に照射される。電極材料としては３３４，３３
３は透明電極である。主サイリスタのカソード電
極３３２と補助SIサイリスタのカソード電極３３
３は電気的に共通になされ、補助サイリスタの第
１ゲート３１２とカソード３１１間には抵抗RGK
３５４を介して逆ゲートバイアスVGK３５３が加
わつている。領域３６８はポリイミド樹脂等の絶
縁物である。領域３３１はアノード電極を示し、
３５１及び３５２はそれぞれアノード端子、カソ
ード端子を示している。
第４図に示す本発明の第４の実施例は、増幅ゲ
ート構造を平面ゲート形SIサイリスタで構成し、
ベベル上にエツチングした部分から光を導入する
構造例である。
各部分を説明する。補助SIサイリスタは、n+
カソード４１１、p+第１ゲート４１２、n-高抵
抗層４０２、n+第２ゲート４０５、及びp+アノ
ード４０１から形成され、主サイリスタはn+カ
ソード４０４、ｐベース４０３、n-高抵抗層４
０２、n+第２ゲート４０５及びp+アノード４０
１から形成されている。４３２は主サイリスタの
カソード電極を示し補助SIサイリスタのカソード
電極４３３と電気的に共通になされ、補助SIサイ
リスタのゲート電極４３４とカソード電極４３３
間には抵抗RGK４５４を介して逆ゲートバイアス
VGK４５３が印加されている。領域４３１はアノ
ード電極であり、４５１及び４５２はアノード端
子及びカソード端子である。トリガ入射光LT４
６１は補助サイリスタの周辺部に掘り込まれたメ
サエツチされた面から侵入している。
第５図は、本発明による第５の実施例で、増幅
ゲート構造をステツプゲート形SIサイリスタで構
成し、ステツプ上にエツチングした部分から光を
導入する構造例である。
各部分を説明する。補助SIサイリスタはn+カ
ソード５１１、p+第１ゲート５１２、n-高抵抗
層５０２、n+第２ゲート５０５及びp+アノード
５０１から形成されており、主サイリスタはn+
カソード５０４、ｐベース５０３、n-高抵抗層
５０２、n+第２ゲート５０５及びp+アノード５
０１から形成されている。主サイリスタのカソー
ド電極５３２は補助SIサイリスタのカソード電極
５３３と電気的共通になされており、補助SIサイ
リスタのp+ゲート電極５３４はカソード電極５
３３との間に抵抗RGK５５４を介して逆バイアス
電圧VGK５５３が印加されている。５３１はアノ
ード電極を示し、５５１及び５５２はそれぞれア
ノード端子、カソード端子を示している。トリガ
入射光TL５６１は補助サイリスタのゲート・カ
ソード電極間の端面から主として高抵抗層領域５
０２へ屈折しながら侵入している。領域５８０は
ポリイミド樹脂等の絶縁物である。
第５図の実施例において光が侵入する領域は、
ベベル上にエツチングされた部分だけ限らずカソ
ード電極５３３及びゲート電極５３４を透明電極
で形成して光を導入する方法もある。
第６図に本発明の第６の実施例を示す。第６図
の実施例の主な特徴は、増幅ゲート構造をMISゲ
ート形SIサイリスタで構成していることであり、
高速のMIS形SIサイリスタを用いることで高速光
トリガが実現できる。各部分を説明する。補助SI
サイリスタの第１ゲート部分はゲート電極６３
４、絶縁物６８０、p-層６１２からなるMISゲ
ート領域で形成されている。補助SIサイリスタは
n+領域６１１、高抵抗p-領域６１２、高抵抗p-
もしくはn-もしくはｉ層６０２、n+第２ゲート
６０５及びp+アノード６０１から形成されてお
り、主サイリスタはn+カソード６０４、ｐベー
ス６０３、p-もしくはn-もしくはｉ層６０２、
n+第２ゲート６０５、p+アノード６０１から形
成されている。補助サイリスタの高抵抗p-層６
１２中には、p+領域６１３が拡散されているが、
この領域６１３によつてp-層のチヤンネルの厚
さ（MIS方向）が制限されると同時にトリガ入射
光６９０によつてp-層６１２及び高抵抗層６０
２中で生成された正孔の蓄積領域及び蓄積された
正孔が電極６３３を介して流出されるための領域
となつている。主サイリスタのカソード電極６３
２は補助SIサイリスタのカソード電極６３３と電
気的に共通になされており、補助SIサイリスタの
ゲート電極６３４とカソード電極６３３間には逆
ゲートバイアス電圧VGK６５３が印加されてい
る。領域６９２はポリイミド樹脂等の絶縁物であ
る。６５１及び６５２はそれぞれアノード端子、
カソード端子を示している。
〔発明の効果〕
以上説明した本発明の実施例に関して、SITゲ
ート構造の直流的な光増幅度（電流増幅率）の実
験結果を、バイポーラベース構造の実験結果と比
較しながら説明する。
第７図は、SIPTの直流的な光増幅度Ｇの入射
光強度Pi依存性を示している。ドレインバイアス
電圧VDをパラメータとしていて、同時にSIPTの
ゲート電位の変化△VGを示してある。
第８図は、バイポーラホトトランジスタ
（BPT）の直流的な光増幅度Ｇの入射光強度Pi依
存性を示している。コレクタバイアス電圧VCを
パラメータとしていて、同時にBPTのベース電
位の変化△VBも示してある。
第７図、第８図から明らかな様に、SIPTと
BPTの直流的な光増幅度Ｇの光強度Pi依存性の
傾向は、全く異なる。BPTでは直流的な光増幅
度Ｇは光強度Piの増加に伴い次第に増加するが、
Pi＝102μW／cm2で高々３×102程度である。一方、
SIPTでは、光強度が弱い程直流的な光増幅度Ｇ
は大きくなる傾向を示しPi＝10-4μW／cm2におい
ては、108を越えるＧが得られている。
以上述べたようにSITゲート構造では、バイポ
ーラベース構造と比較して、はるかに大きな光増
幅度（電流増幅率）が得られる。よつて、SITゲ
ート構造を光トリガサイリスタの増幅ゲート構造
に応用すれば、高光感度、高速のトリガサイリス
タが実現できる。
一例として400V−10Aクラスのサイリスタの
光トリガに際し、本発明によるSITゲート構造に
よる増幅ゲート構造を用いた場合、約123μWの
光でターン・オン遅延1.8μsであり、ターン・オ
ン立上り時間は1.1μsであつた。SITゲート構造
の代りにバイポーラベース構造による増幅ゲート
構造を用いた場合、同程度の光強度では主サイリ
スタのゲート電位は0.6eVまでしか上昇せず光ト
リガできなかつた。
本発明による光トリガサイリスタを従来の光ト
リガサイリスタが応用されていたスイツチング装
置に用いれば、極めて高速、高感度のスイツチン
グ装置が実現できる。さらに、光トリガサイリス
タの大電力から中、小電力分野における応用範囲
を大きく広げるものであり、工業的利用価値は高
い。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明の実施例であつて、光トリガさ
れる補助静電誘導サイリスタが埋め込みゲート構
造を持ち、かつゲート・カソード間に制御抵抗及
び逆ゲートバイアスが印加されている光トリガサ
イリスタ、第２図は、本発明の他の実施例であつ
て、補助静電誘導サイリスタのカソード電極、ゲ
ート電極、主サイリスタのベース電極、カソード
電極すべて同電位となるように形成されたこと及
び補助静電誘導サイリスタのカソード面上に光学
的な窓を設けた光トリガサイリスタ、第３図は、
本発明の他の実施例であつて、補助静電誘導サイ
リスタが主表面から掘り込まれた面にカソード、
ゲートを形成された平面ゲート形である光トリガ
サイリスタ、第４図は平面ゲート形補助静電誘導
サイリスタと主サイリスタからなる光トリガサイ
リスタの他の構造例、第５図は補助静電誘導サイ
リスタが切り込みゲート形で形成された光トリガ
サイリスタの実施例、第６図は補助静電誘導サイ
リスタがMISゲート形で形成された光トリガサイ
リスタの実施例、第７図及び第８図は本発明の効
果を説明するための実験データであつて、第７図
はSITゲート構造に関する直流的な光増幅度及び
ゲート電位変化と入射光強度Pi依存性、第８図は
バイポーラベース構造に関する直流的な光増幅度
及びゲート電位変化と入射光強度Pi依存性、第９
図は従来型増幅ゲート構造による光トリガサイリ
スタの構造を示し、本発明の先行例である。 １１１，２１１，３１１，４１１，５１１，６
１１……補助静電誘導サイリスタのカソード領
域、１１２，２１２，３１２，４１２，５１２、
……補助静電誘導サイリスタの第１ゲート領域、
１３３，２３２，３３３，４３３，５３３，６３
３……補助静電誘導サイリスタのカソード電極、
１３４，２３２，３３４，４３４，５３４，６３
４……補助静電誘導サイリスタのゲート電極、１
０２，１０２′，２０２，３０２，４０２，５０
２……n-高抵抗層、６０２……高抵抗層、６１
２……p-高抵抗層、１０５，１０５′，２０５，
３０５，４０５，５０５，６０５，７０５……
n+第２ゲート領域、１０１，１０１′，２０１，
３０１，４０１，５０１，６０１，７０１……
p+アノード、１３１，２３１，３３１，４３１，
５３１，６３１，７３１……p+アノード電極、
１０４，２０４，３０４，４０４，５０４，６０
４，７０４……主サイリスタのカソード領域、１
０３，２０３，３０３，４０３，５０３，６０
３，７０３……主サイリスタのベース領域、１３
２，２３２，３３２，４３２，５３２，６３２，
７３２……主サイリスタのカソード及びベース電
極、１５４，３５４，４５４，５５４……補助サ
イリスタの第１ゲート・カソード間に挿入するゲ
ート抵抗RGK、１５３，３５３，４５３，５５
３，６５３……補助サイリスタの第１ゲート・カ
ソード間に印加するバイアス電圧VGK、１５２，
２５２，３５２，４５２，５５２，６５２，７５
２……カソード端子、１５１，２５１，３５１，
４５１，５５１，６５１，７５１……アノード端
子、１６１，２６１，３６１，４６１，５６１，
６９０……トリガ入射光LT、２４２……反射防
止膜、６１３……p+領域。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 １ 四層構造主サイリスタと静電誘導サイリスタ
    とが、同一半導体基板上に集積化形成され、前記
    四層構造主サイリスタのカソードと前記静電誘導
    サイリスタの第１の主電極とが接続され、前記主
    サイリスタのアノード領域と前記静電誘導サイリ
    スタの第２の主電極領域とが共通領域で形成さ
    れ、前記静電誘導サイリスタが主サイリスタを増
    幅する機能を具備したことを特徴とする光トリガ
    サイリスタ。 ２ 前記静電誘導サイリスタが埋め込みゲート形
    静電誘導サイリスタで形成され、トリガ入射光は
    前記静電誘導サイリスタのゲート電極とカソード
    電極間のベベル面から侵入することを特徴とする
    前記特許請求の範囲第１項記載の光トリガサイリ
    スタ。 ３ 前記静電誘導サイリスタが埋め込みゲート形
    静電誘導サイリスタで形成され、トリガ入射光は
    前記静電誘導サイリスタのカソード領域上の光学
    的窓から侵入し、かつ主サイリスタのカソード、
    ベース及び前記静電誘導サイリスタのカソード、
    ゲートは共に電気的に共通になされたことを特徴
    とする前記特許請求の範囲第１項記載の光トリガ
    サイリスタ。 ４ 前記静電誘導サイリスタが主サイリスタのカ
    ソード主表面に対し、切り込まれた面くぼみ上に
    カソード、及びゲートが形成された平面ゲート形
    静電誘導サイリスタで形成された、トリガ入射光
    は前記静電誘導サイリスタの表面上から侵入する
    ことを特徴とする前記特許請求の範囲第１項記載
    の光トリガサイリスタ。 ５ 前記静電誘導サイリスタが平面ゲート形静電
    誘導サイリスタで形成され、トリガ入射光は前記
    平面ゲート形静電誘導サイリスタと主サイリスタ
    間に切り込まれた溝により形成されたベベル面か
    ら侵入することを特徴とする前記特許請求の範囲
    第１項記載の光トリガサイリスタ。 ６ 前記静電誘導サイリスタが切り込みゲート形
    静電誘導サイリスタで形成され、トリガ入射光は
    前記静電誘導サイリスタのカソード電極及びゲー
    ト電極間のベベル面から侵入することを特徴とす
    る前記特許請求の範囲第１項記載の光トリガサイ
    リスタ。 ７ 前記静電誘導サイリスタがMISゲート形静電
    誘導サイリスタで形成されたことを特徴とする前
    記特許請求の範囲第１項記載の光トリガサイリス
    タ。 ８ アノード領域近傍の高抵抗層中に静電誘導ト
    ランジスタゲート構造の埋め込みゲート層を有す
    る四層構造主サイリスタとダブルゲート型静電誘
    導サイリスタとが、同一半導体基板上に集積化形
    成され、前記四層構造主サイリスタのカソードと
    前記ダブルゲート型静電誘導サイリスタの第１の
    主電極とが接続され、前記主サイリスタのアノー
    ド領域と前記ダブルゲート型静電誘導サイリスタ
    の第２の主電極領域とが共通領域で形成され、前
    記ダブルゲート型静電誘導サイリスタが主サイリ
    スタを増幅する機能を具備したことを特徴とする
    光トリガサイリスタ。 ９ 前記ダブルゲート型静電誘導サイリスタの第
    １ゲート及び第２ゲートが共に埋め込みゲート構
    造で形成され、トリガ入射光は前記静電誘導サイ
    リスタの第１ゲート電極とカソード電極間のベベ
    ル面から侵入することを特徴とする前記特許請求
    の範囲第８項記載の光トリガサイリスタ。 １０ 前記ダブルゲート型静電誘導サイリスタの
    第１ゲート及び第２ゲートが共に埋め込みゲート
    構造で形成され、トリガ入射光は前記静電誘導サ
    イリスタのカソード領域上の光学的窓から侵入
    し、かつ主サイリスタのカソード、ベース及び前
    記静電誘導サイリスタのカソード、第１ゲートは
    共に電気的に共通になされたことを特徴とする前
    記特許請求の範囲第８項記載の光トリガサイリス
    タ。 １１ 前記ダブルゲート型静電誘導サイリスタが
    主サイリスタのカソード主表面に対し、切り込ま
    れた面くぼみ上にカソード、及び第１ゲートが平
    面ゲート構造に形成され、第２ゲートが埋め込み
    ゲート構造に形成され、トリガ入射光は前記静電
    誘導サイリスタのカソード側の表面上から侵入す
    ることを特徴とする前記特許請求の範囲第８項記
    載の光トリガサイリスタ。 １２ 前記ダブルゲート型静電誘導形サイリスタ
    の第１ゲートが平面ゲート構造で形成され、トリ
    ガ入射光は前記静電誘導サイリスタと主サイリス
    タ間でカソード側の表面からアノード側に向つて
    きり込まれた溝により形成されたベベル面から侵
    入することを特徴とする前記特許請求の範囲第８
    項記載の光トリガサイリスタ。 １３ 前記ダブルゲート型静電誘導サイリスタの
    第１ゲートが切り込みゲート構造で形成され、ト
    リガ入射光は前記静電誘導サイリスタのカソード
    電極及び第１ゲート電極間のベベル面から侵入す
    ることを特徴とする前記特許請求の範囲第８項記
    載の光トリガサイリスタ。 １４ 前記ダブルゲート型静電誘導サイリスタの
    第１ゲートがMISゲート構造で形成されたことを
    特徴とする前記特許請求の範囲第８項記載の光ト
    リガサイリスタ。
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