JPH0629519A - ブレークダウン領域付きサイリスタ - Google Patents

ブレークダウン領域付きサイリスタ

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JPH0629519A
JPH0629519A JP5108169A JP10816993A JPH0629519A JP H0629519 A JPH0629519 A JP H0629519A JP 5108169 A JP5108169 A JP 5108169A JP 10816993 A JP10816993 A JP 10816993A JP H0629519 A JPH0629519 A JP H0629519A
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プフィルシュ フランク
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    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10DINORGANIC ELECTRIC SEMICONDUCTOR DEVICES
    • H10D62/00Semiconductor bodies, or regions thereof, of devices having potential barriers
    • H10D62/10Shapes, relative sizes or dispositions of the regions of the semiconductor bodies; Shapes of the semiconductor bodies
    • H10D62/17Semiconductor regions connected to electrodes not carrying current to be rectified, amplified or switched, e.g. channel regions
    • H10D62/192Base regions of thyristors
    • H10D62/206Cathode base regions of thyristors
    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10DINORGANIC ELECTRIC SEMICONDUCTOR DEVICES
    • H10D18/00Thyristors
    • H10D18/211Thyristors having built-in localised breakdown or breakover regions, e.g. self-protected against destructive spontaneous firing

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  • Thyristors (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】 ブレークダウン電圧の低減した領域が一層良
好に再生可能、かつ、一層有効であるようにすることが
本発明の目的である。 【構成】 当該切欠部(4)内には第2導電形の付加的
領域(5)が設けられており、更に上記の切欠部内に設
けられている当該層(3)は上記の付加的領域(5)に
接続されており、更に上記の付加的領域(5)は上記領
域(3)より厚く、かつ、カソード側ベース領域(2)
に対して間隔をおいて配置されている。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は第1導電形の内部領域
と、逆の第2導電形のカソード側ベース領域とを有し該
ベース領域内には切欠き部が設けられており、該切欠部
内には当該半導体基体表面にて上記ベース領域に比して
一層より薄い第2導電形の層が設けられており、該第2
導電形の層はカソード側ベース領域に接続されているサ
イリスタに関する。
【0002】
【従来の技術】高電圧装置では一般に複数のサイリスタ
が直列に接続されている。それらのサイリスタは常に同
時に点弧されなければならない。それらサイリスタのう
ちの1つが遅れて点弧すると、当該の1つのサイリスタ
には電圧全体が加わり、そのサイリスタは破壊される。
従って、大急ぎで点弧され得るサイリスタを開発する努
力がなされている。そのようなサイリスタは概して次の
ような中央領域を有している、即ち、他の(残りの)領
域及び周辺に比して比較的に低いブレークダウン電圧を
有する中央領域を有する。サイリスタに加わる電圧が上
昇すると、当該領域はアバランシュ降伏(ブレークダウ
ン)状態になり、ブレークダウン電流によってはサイリ
スタが直接又は1つ又は複数の補助サイリスタ構造を介
して点弧され得る。
【0003】降伏(ブレークダウン)領域は例えば次の
ようにして形成され得る、即ち、カソード側ベース領域
は切欠部を有し、該切欠部内では半導体基体の表面にて
同じ導電形の薄い層が設けられているのである。カソー
ド側ベース領域と内部領域との間のpn接合部は水平部
分から切欠部への接合(移行)部分にて所定の曲率半径
を有し、そこのところでは平坦なpn接合部に比して一
層高い電界強度が生じる。従って当該の湾曲部では特に
サイリスタのブレークダウン(降伏)が生ぜしめられ
る。その種構造は例えば下記の論文に記載されている。
【0004】論文タイトル“Design Consi
deration for High−Power,O
vervoltage Self−Protected
Thyristor”Ohashi,Yoshid
a,Yamaguchi,Akagi著述、IPEC−
Tokyo ’83,にて発表 第550〜558頁、
殊に第1B図。
【0005】上記領域のブレークダウン領域はカソード
側ベース領域のpn接合部の形態に依存する。更に、上
述の所定の曲率半径による当該の電界強度の増大は電界
強度の低減(これは切欠部のシリンダ状形態及び薄い表
面層に基因する)と重畳的に行なわれる。従って低減さ
れたブレークダウン電圧の上述の領域はカソード側ベー
ス領域の大きな侵入深度のもとでのみ有効になる。薄い
表面層が除去されると、当該領域の作用は増大するが、
ブレークダウン電圧は表面電荷状態に依存し、もって、
プロセスコントロール過程に依存し、その結果良好に再
生(再現)可能でない。
【0006】本発明は第1導電形の内部領域と、逆の第
2導電形のカソード側ベース領域とを有し該ベース領域
内には切欠き部が設けられており、該切欠部内には当該
半導体基体表面にて上記ベース領域に比して一層より薄
い第2導電形の層が設けられており、該第2導電形の層
はカソード側ベース領域に接続されているサイリスタに
関する。
【0007】
【発明の目的】本発明の目的ないし課題とするところ
は、ブレークダウン電圧の低減した領域が一層良好に再
生可能、かつ、一層有効であるように、冒頭に述べた形
式のサイリスタを発展改良することにある。
【0008】
【発明の構成】上記課題の解決のため本発明によれば、
冒頭に述べた形式のサイリスタにおいて、上記切欠部内
には第2導電形の付加的領域が設けられており、更に上
記の切欠部内に設けられている当該層は上記の付加的領
域に接続されており、更に上記の付加的領域は上記層よ
り厚く、かつ、カソード側ベース領域に対して間隔をお
いて配置されているのである。
【0009】本発明の発展形態は引用請求項に記載され
ている。
【0010】次に図1〜図3に関連して本発明を詳述す
る。
【0011】
【実施例】図1及び図2に示すサイリスタは濃度の小さ
い(低い)n−形ドーピングを施した内部領域1を有す
る。この内部領域にはp形ドーピングを施したカソード
側ベース領域2が続いている。このベース領域2には切
欠部4が設けられている。この切欠部4中にはベース領
域2と同じ導電形を有する層3が設けられている。上記
層3はカソード側表面のところまで延びている。有利に
は上記層3は上記ベース領域2より高い濃度でドーピン
グされている。更に切欠部4中にはベース領域2と同じ
導電形の付加的領域5が設けられている。上記付加領域
5は層3と結合(接続)されており、切欠部4の縁部か
ら、即ちベース領域2から、いずれの側でも所定の同一
間隔を有する。
【0012】ベース領域2にはエミッタ領域6が埋め込
まれており、このエミッタ領域は例えば補助サイリスタ
の補助エミッタ領域であり得る。エミッタ領域6は補助
エミッタ電極7により接触接続されている。更に補助エ
ミッタ電極7は外面にてベース領域2にも接触接続す
る。
【0013】切欠部4、層3、付加領域5、補助エミッ
タ領域6、電極7は図2に示すように円形ないしリング
状に構成され、相互に同心的に配置され得る。その際付
加領域5と内部領域1との接合部10はサイリスタの表
面の平面にて半径r2(図2)を有する。上記付加領域
5はサイリスタの表面に対して垂直な平面内(図1)に
て半径r1を有する半球状部の形態を有し得る。
【0014】上記付加領域5の図示の形態は図示のもの
に限られるものではない。通常の拡散タブ(槽)の形態
をとってもよく、平面図において例えば多角形の形態を
とってもよい。重要なことは付加的領域5は内部領域1
から見て少なくとも部分的に凸状であることである。有
利には上記領域5はカソード側のベース領域2と共に、
例えば薄い層の打込み、及びそれにひきつづいてのドラ
イブイン(drive−in)により形成される。上記
層3は例えば同様に打ち込み及びドライブイン(dri
ve−in)により形成される。
【0015】切欠部4、領域6、電極7の形態は円形な
いし円環形態とは異なってよく、例えば多角形に成形さ
れていてもよい。
【0016】ほぼ8kvのサイリスタに対してはほぼ1
×1013/cm3の内部領域1の基本ドーピングがセッ
ティングされた。カソード側ベース領域2は1016/c
3より大の周辺ドーピング濃度を有し得る。上記領域
3は例えば1012/cm2より大のドーズ量の打ち込
み、及びそれに続くドライブイン(drive−in)
により例えば5μmの厚さに作製された。付加的領域5
ないしベース領域2のpn接合部10,11の深さdp
nは40μmより大である。
【0017】図3には付加領域5の直径Diと降伏(ブ
レークダウン)電圧VBOとの関係が示してある。切欠部
4の種々の直径Daに対して当該降伏電圧はほぼ80μ
mの直径Diのもとで最小値をとることが明らかであ
る。一般には直径Diが直径Daの半分の値より小であ
る際に既に当該低下が得られる。
【0018】Diの下限は直径Daの1/10〜1/2
0である。それというのは直径Diのさらなる減少の際
ブレークダウン電圧が再び上昇するからである。更に、
次のようにすると有利であることが明らかになってい
る、即ち、当該の付加的領域の直径Diが上記付加領域
のpn接合部の1/2(半分)の深さdpnより大であ
ると有利であることが判明している。
【0019】図1に示されているように順方向で電圧印
加の際有利に付加的領域5の区域にて電荷キャリヤ対が
形成され、それらのうち電子はアノード側エミッタ領域
8へ移動し、ホールは層3へ移動し、次いで、補助エミ
ッタ領域6の下方で補助エミッタ電極7へ移動する。当
該電流はなだれ状に増大し、公知形式で補助サイリスタ
の点弧、もってサイリスタ全体の点弧を開始する。
【0020】層3はサイリスタのカソード側表面を、表
面電荷から保護することを目的とする。この目的のため
に、上記層3は既述のように、付加的領域5及びベース
領域より高い濃度でドーピングされている。
【0021】当該サイリスタは光制御可能であり得る。
それの感光領域9は層3と領域5、場合によりベース領
域2の、層3に隣接する区域を有する。本発明は電流制
御サイリスタの場合にも適用され得る。ここにおいて、
冒頭に述べた補助サイリスタのうちの1つのベース領域
又は層3が、制御電極により接触接続される。
【0022】
【発明の効果】本発明によれば、ブレークダウン電圧の
低減した領域が、一層良好に、かつ、一層有効であるよ
うに当該サイリスタを改良発展し得るという効果が奏さ
れる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明によるサイリスタの実施例の断面図であ
る。
【図2】図1のサイリスタの実施例の平面図である。
【図3】ブレークダウン電圧VBOと、付加的領域の直径
Diとの関係をパラメータとして切欠部の直径Daを以
て示す特性図である。
【符号の説明】
1 内部領域、 2 ベース領域、 3 層、
4 切欠部、 5付加的領域、 6 エミッタ領域

Claims (9)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 第1導電形の内部領域と、逆の第2導電
    形のカソード側ベース領域とを有し該ベース領域内には
    切欠き部が設けられており、該切欠部内には当該半導体
    基体表面にて上記ベース領域に比して一層より薄い第2
    導電形の層が設けられており、該第2導電形の層はカソ
    ード側ベース領域に接続されているサイリスタにおい
    て、上記切欠部(4)内には第2導電形の付加的領域
    (5)が設けられており、更に上記の切欠部内に設けら
    れている当該層(3)は上記の付加的領域(5)に接続
    されており、更に上記の付加的領域(5)は上記層
    (3)より厚く、かつ、カソード側ベース領域(2)に
    対して間隔をおいて配置されていることを特徴とするブ
    レークダウン領域付きサイリスタ。
  2. 【請求項2】 上記の付加的領域及び切欠部(4)は当
    該表面の平面内に円形に構成されており、更に上記の付
    加的領域は同心的に切欠部内に設けられている請求項1
    記載のサイリスタ。
  3. 【請求項3】 上記付加的領域の直径(Di)は切欠部
    の直径(Da)の半分より小に構成されている請求項2
    記載のサイリスタ。
  4. 【請求項4】 上記の付加的領域(5)はカソード側ベ
    ース領域(2)と同じ深さ(dpn)を有する請求項1
    から3までのいずれか1項記載のサイリスタ。
  5. 【請求項5】 上記付加的領域(5)の直径(Di)
    は、当該付加的領域のpn接合部(10)の半分の深さ
    (dpn)より大である請求項1から4までのいずれか
    1項記載のサイリスタ。
  6. 【請求項6】 当該サイリスタは光によって可制御であ
    り、上記付加的領域及び層(5)は当該サイリスタの感
    光(光応動)領域(9)内に設けられている請求項1か
    ら5までのいずれか1項記載のサイリスタ。
  7. 【請求項7】 上記感光領域(9)は補助エミッタ領域
    (6)により取囲まれている請求項6記載のサイリス
    タ。
  8. 【請求項8】 上記層(3)はゲート電極により接触接
    続されている請求項1から5までのいずれか1項記載の
    サイリスタ。
  9. 【請求項9】 上記層(3)は上記付加的領域(5)及
    びベース領域(2)より高いドーピング濃度を有する請
    求項1から8までのいずれか1項記載のサイリスタ。
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