JPH065738B2 - Semiconductor device - Google Patents

Semiconductor device

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JPH065738B2
JPH065738B2 JP59121801A JP12180184A JPH065738B2 JP H065738 B2 JPH065738 B2 JP H065738B2 JP 59121801 A JP59121801 A JP 59121801A JP 12180184 A JP12180184 A JP 12180184A JP H065738 B2 JPH065738 B2 JP H065738B2
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JP
Japan
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emitter layer
current
base layer
gate
main surface
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JP59121801A
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勉 八尾
隆洋 長野
三郎 及川
行正 佐藤
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Hitachi Ltd
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Hitachi Ltd
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Publication of JPH065738B2 publication Critical patent/JPH065738B2/en
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    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10DINORGANIC ELECTRIC SEMICONDUCTOR DEVICES
    • H10D64/00Electrodes of devices having potential barriers
    • H10D64/20Electrodes characterised by their shapes, relative sizes or dispositions 
    • H10D64/27Electrodes not carrying the current to be rectified, amplified, oscillated or switched, e.g. gates
    • H10D64/291Gate electrodes for thyristors

Landscapes

  • Thyristors (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明は制御電流により主電流の導通・非導通を制御で
きるゲートターンオフサイリスタ(以下GTOと略記)
あるいはトランジスタ(以下TRSと略記)の如き半導
体装置に係り、特にその遮断性能を向上できる接合構造
に関するものである。
The present invention relates to a gate turn-off thyristor (hereinafter abbreviated as GTO) capable of controlling conduction / non-conduction of a main current by a control current.
Alternatively, the present invention relates to a semiconductor device such as a transistor (hereinafter abbreviated as TRS), and more particularly to a junction structure capable of improving its breaking performance.

〔発明の背景〕 GTOやTRSではエミツタ層を少なくとも1個以上の
ほぼ一定幅の細長い短冊状領域から成るものとし、これ
に隣接するベース層と共に半導体基体の一方の主表面に
露出せしめ、各短冊状領域には一方の主電極、ベース層
には各短冊状領域を実質的に取り囲むように制御電極が
低抵抗接触され、半導体基体の他方の主表面には他方の
主電極が低抵抗接触され、各電極は夫々一対の主端子と
制御端子に接続された構成となつている。
[Background of the Invention] In GTO and TRS, an emitter layer is composed of at least one strip-shaped region having a substantially constant width and is exposed on one main surface of a semiconductor substrate together with a base layer adjacent to the strip-shaped region. One main electrode is in low resistance contact with the base region, the control electrode is in low resistance contact with the base layer so as to substantially surround each strip region, and the other main electrode is in low resistance contact with the other main surface of the semiconductor substrate. Each electrode is connected to a pair of main terminal and control terminal.

以下GTOを例に採つて具体的に説明する。The GTO will be specifically described below as an example.

第1図は従来のGTOの一例を示している。半導体基体
1の一方の主表面には、カソード電極2とゲート電極3
が交互に設けられている。これらの電極は、それぞれカ
ソード端子5とゲート端子6に接続されている。また、
他方の主表面にはアノード電極4が設けられ、アノード
端子7に接続されている。第2図は第1図の一部縦断面
図で第1図に示したものと同一部分は同じ符号で示して
いる。半導体基体1は、n型エミツタ層20、p型ベー
ス層30、n型ベース層10、p型エミツタ層40から
成る。
FIG. 1 shows an example of a conventional GTO. A cathode electrode 2 and a gate electrode 3 are formed on one main surface of the semiconductor substrate 1.
Are provided alternately. These electrodes are connected to the cathode terminal 5 and the gate terminal 6, respectively. Also,
An anode electrode 4 is provided on the other main surface and is connected to an anode terminal 7. FIG. 2 is a partial longitudinal sectional view of FIG. 1, and the same parts as those shown in FIG. The semiconductor substrate 1 is composed of an n-type emitter layer 20, a p-type base layer 30, an n-type base layer 10, and a p-type emitter layer 40.

第2図の構成は単位GTOと見做され、これが複数個並
列にされた構成が第1図である。即ち、n型エミツタ層
20は短冊状であり、各短冊状n型エミツタ層20には
カソード電極2が低抵抗接触し、各短冊状n型エミツタ
層20の幅方向の両側にはゲート端子6に直接接続され
たゲート電極3が低抵抗接触し、p型エミツタ層40に
はアノード電極が低抵抗接触されている。
The configuration of FIG. 2 is regarded as a unit GTO, and a configuration in which a plurality of GTOs are arranged in parallel is shown in FIG. That is, the n-type emitter layer 20 has a strip shape, the cathode electrode 2 makes low resistance contact with each strip-shaped n-type emitter layer 20, and the gate terminals 6 are provided on both sides in the width direction of each strip-shaped n-type emitter layer 20. The gate electrode 3 directly connected to the p-type emitter layer 40 has a low resistance contact, and the p-type emitter layer 40 has an anode electrode having a low resistance contact.

第1図及び第2図においてpn接合が露出する表面に
は、図示していないが、シリコン酸化膜,ガラス膜、あ
るいはシリコンゴムなどのパツシベーシヨン膜が設けら
れている。また、ライフタイムキラーとして金などがド
ープされている。
Although not shown, a passivation film such as a silicon oxide film, a glass film, or a silicon rubber film is provided on the surface where the pn junction is exposed in FIGS. 1 and 2. Also, gold or the like is doped as a life time killer.

次に従来のGTOのターンオフ動作を、第2図を用いて
説明する。
Next, the turn-off operation of the conventional GTO will be described with reference to FIG.

GTOを導通状態から非導通状態へターンオフさせるに
は、ゲート端子6からゲート電流を引き抜く。このと
き、GTOの導通状態をつくり出しているp型ベース層
30に蓄積された過剰キヤリアは、ゲート電極3に近い
領域から順次掃き出される。このため、ゲート電極3に
近い側より順次導通領域がターンオフしていく。従つ
て、従来のGTOの場合、n型エミツタ層20の両側か
ら同じ大きさのゲート電流が引き抜かれるので、最終的
にはn型エミツタ層20の中央に導通領域Cが残り電
流が集中する。n型エミツタ層20の下のターンオフし
終つたp型ベース層30の中には過剰キヤリアがないの
で、その部分の抵抗は熱平衡状態のそれになつている。
このため、ゲート電極3からn型エミツタ層20の中央
部の導通領域に至るゲート電流経路の抵抗rがターンオ
フ初期より大きくなり、ゲート電流が引き抜きにくくな
る。この状態で、GTOを完全にターンオフするのに十
分なゲート電流を引き抜けない場合には、電流集中部分
において電力損失のために過大な温度上昇が起こり熱破
壊に至る。
To turn off the GTO from the conducting state to the non-conducting state, the gate current is drawn from the gate terminal 6. At this time, the excess carriers accumulated in the p-type base layer 30 that creates the GTO conduction state are sequentially swept from the region near the gate electrode 3. Therefore, the conduction region is turned off sequentially from the side closer to the gate electrode 3. Therefore, in the case of the conventional GTO, the gate current having the same magnitude is drawn from both sides of the n-type emitter layer 20, so that the conduction region C 1 is finally left in the center of the n-type emitter layer 20 and the current concentrates. . Since there is no excess carrier in the p-type base layer 30 that has been turned off and finished below the n-type emitter layer 20, the resistance in that portion is equivalent to that in the thermal equilibrium state.
Therefore, the resistance r of the gate current path from the gate electrode 3 to the conduction region at the center of the n-type emitter layer 20 becomes larger than that at the initial stage of turn-off, and the gate current becomes difficult to be drawn. In this state, if the gate current sufficient to completely turn off the GTO cannot be drawn out, an excessive temperature rise occurs due to power loss in the current concentrated portion, resulting in thermal destruction.

さて、GTOが破壊せずにターンオフ動作するか否かを
表わす重要な特性として安全動作領域(以下ASOと略
記する)がある。これは、GTOを破壊せずにターンオ
フできる時のアノード電流とアノード・カソード間電圧
を各々縦軸,横軸にとつて図表化して得られる範囲であ
り、当然広いことが望ましい。第3図は、このASOの
一例である。斜線を施した部分がASOであり、ターン
オフ時の電流・電圧軌跡がこの範囲内におさまれば、G
TOは破壊せずに動作する。なお、第3図の縦軸はアノ
ード電流のかわりにカソード電流密度で表示してもよ
い。また、特定の値のカソード電流密度でGTOをター
ンオフする場合に、GTOを破壊しない最大のアノード
・カソード間電圧でASOの大きさを表わしてもよい。
Now, there is a safe operation area (hereinafter abbreviated as ASO) as an important characteristic that represents whether or not the GTO is turned off without being destroyed. This is a range obtained by plotting the anode current and the anode-cathode voltage when the GTO can be turned off without destroying them on the vertical axis and the horizontal axis, respectively, and it is naturally desirable that the range is wide. FIG. 3 is an example of this ASO. The shaded area is ASO, and if the current / voltage locus at turn-off falls within this range, G
The TO operates without being destroyed. The vertical axis of FIG. 3 may be represented by the cathode current density instead of the anode current. Also, when the GTO is turned off at a cathode current density of a specific value, the magnitude of ASO may be expressed by the maximum anode-cathode voltage that does not destroy the GTO.

従来のGTOにおいては、ASOを拡大するために、第
2図のようにn型エミツタ層20の両側にゲート電極3
を設ける、n型エミツタ層20の幅を狭くする、またn
型ベース層10を厚くするなど種々の工夫がなされた
が、ASOの広さには限界があつた。実際、カソード電
流密度が1000A/cm2程度のとき、GTOが破壊し
ない最大のアノード・カソード間電圧を200〜300
V以上にすることはできなかつた。このため、GTOを
使用する時には破壊を防ぐためスナバー回路と称する保
護回路が必要となり、回路の複雑化,装置の大型化を招
いていた。また、ターンオフ時にスナバー回路に流れる
電流と配線インダクタンスによつてアノード・カソード
両端子7・6間にスパイク状の電圧を生ずるが、大電流
を遮断しようとする程このスパイク電圧は高くなり、電
流・電圧軌跡はASOを外れ、大きな電流を遮断できな
かつた。大電流をターンオフしたときの電流・電圧軌跡
がASOの内に納まるようにするため、従来はスナバー
回路に大きなコンデンサを接続する必要があり、スナバ
ー回路での電力損失が大となるという欠点があつた。ま
た、配線インダクタンスをできるだけ小さくする必要か
らコンデンサをできるだけGTOに近づけて設置する必
要があるが、これには限界があり、大電力GTOの遮断
限界電流が小さく制限されるという問題があつた。
In the conventional GTO, in order to expand ASO, the gate electrodes 3 are formed on both sides of the n-type emitter layer 20 as shown in FIG.
To reduce the width of the n-type emitter layer 20, and n
Various efforts have been made to increase the thickness of the mold base layer 10, but the width of ASO is limited. In fact, when the cathode current density is about 1000 A / cm 2 , the maximum anode-cathode voltage at which the GTO does not break is 200 to 300.
It was impossible to exceed V. For this reason, when using the GTO, a protection circuit called a snubber circuit is required to prevent destruction, which leads to a complicated circuit and an increase in size of the device. In addition, a spike-like voltage is generated between the anode and cathode terminals 7 and 6 due to the current flowing through the snubber circuit and the wiring inductance at the time of turn-off. The voltage locus deviated from ASO, and a large current could not be interrupted. In order to ensure that the current / voltage locus when a large current is turned off is within ASO, it has conventionally been necessary to connect a large capacitor to the snubber circuit, resulting in a large power loss in the snubber circuit. It was Further, it is necessary to install the capacitor as close as possible to the GTO in order to make the wiring inductance as small as possible, but this has a limit, and there is a problem that the cutoff limit current of the high power GTO is limited to a small value.

〔発明の目的〕[Object of the Invention]

本発明の目的は、電流遮断時の制御端子からの電流引き
抜き効果を改善し、ASOを拡大させた半導体装置を提
供することにある。
An object of the present invention is to provide a semiconductor device in which the effect of drawing out the current from the control terminal at the time of cutting off the current is improved and the ASO is expanded.

本発明の他の目的は、ASOの拡大により大電力GTO
の最大遮断電流を増大せんとするものである。
Another object of the present invention is to increase high power GTO by expanding ASO.
It is intended to increase the maximum breaking current of.

〔発明の概要〕[Outline of Invention]

本発明の特徴とするところは、nエミッタ層を円環状と
し、nエミッタ層の外周側においてnエミッタ層を包囲
するようにpベース層上に第1の制御電極を設け、nエ
ミッタ層の内周側においてpベース層上に第2の制御電
極を設け、第1及び第2の制御電極のいずれか一方を外
部から制御信号が付与される制御端子に直接接続した点
にある。
A feature of the present invention is that the n emitter layer is formed in a ring shape, and the first control electrode is provided on the p base layer so as to surround the n emitter layer on the outer peripheral side of the n emitter layer. A second control electrode is provided on the p base layer on the circumferential side, and one of the first and second control electrodes is directly connected to a control terminal to which a control signal is externally applied.

まず、本発明の動作原理を説明する。First, the operating principle of the present invention will be described.

本発明者等は、第4図に示すようにGTOのゲート電極
を一つおきにゲート端子6に直接接続する構造によつて
ASOが飛躍的に拡大することを確認した。そこで、実
験的並びに理論的検討を行なつた結果、以下のようなメ
カニズムでASOが拡大することが明らかになつた。第
5図は第2図と同様単位GTOの縦断面を示している。
The present inventors have confirmed that the ASO dramatically expands due to the structure in which every other gate electrode of the GTO is directly connected to the gate terminal 6 as shown in FIG. Therefore, as a result of experimental and theoretical studies, it was clarified that ASO is expanded by the following mechanism. FIG. 5 shows a vertical cross section of the unit GTO as in FIG.

尚、第4図,第5図において、第1図,第2図と同一物
・相当物には同一符号をつけている。
Incidentally, in FIGS. 4 and 5, the same or corresponding parts as those in FIGS. 1 and 2 are designated by the same reference numerals.

短冊状のn型エミツタ層20の両側にはゲート電極3
a,3bが低抵抗接触されているが、その内、ゲート電
極3aはゲート端子6に直接接続されているが、ゲート
電極3bは抵抗Rを介してゲート端子6と接続されてい
る。抵抗Rは後述するようにp型ベース層30の内部抵
抗である。
The gate electrodes 3 are formed on both sides of the strip-shaped n-type emitter layer 20.
Although a and 3b are in low resistance contact with each other, the gate electrode 3a is directly connected to the gate terminal 6, but the gate electrode 3b is connected to the gate terminal 6 through the resistance R. The resistance R is an internal resistance of the p-type base layer 30 as described later.

抵抗Rが存在するので、ターンオフ初期にゲート電流は
n型エミツタ層20の片側すなわちゲート電極3a側か
ら主として引き抜かれる。従つて導通領域はゲート電極
3a側から順次ターンオフしていくので、図中Cのよ
うに反対側のゲート電極3bに近い領域に電流が集中し
ていく。第6図は、第5図のカソード側平面図である。
ターンオフの最終段階では従来のGTOで観測されてい
るように、図中のSのようなスポツト状に電流が集中す
る。従来のGTOの場合には、電流スポツトSはn型エ
ミツタ層20の幅方向の中央付近に生じるがこの図のG
TOの場合にはゲート電極3bに近い領域に生じる。こ
のとき、ゲート電極3aと電流スポツトSの間のp型ベ
ース層30内の抵抗rはかなり大きくなつているの
で、ゲート電極3a側からのゲート電流引き抜きは困難
である。しかし、逆にゲート電極3b側からはゲート電
流が引き抜き易くなる。これは、第6図において破線で
示したような電流経路がp型ベース層30内にできるか
らである。電流スポツトSとゲート電極3bは近接して
いるので、両者の間のp型ベース層30内の抵抗r
かなり小さい。また、ゲート電極3bと3aの間では、
n型エミツタ層20下のp型ベース層のほぼ全体が電流
経路となつている(図では便宜上2本の破線しか示さな
かつた)。このため、両ゲート電極間の抵抗(第5図の
抵抗R)もかなり小さくなり、破線の電流経路を通つて
比較的大きなゲート電流が引き抜かれる。従つてASO
が拡大する。
Since the resistor R exists, the gate current is mainly drawn from one side of the n-type emitter layer 20, that is, the gate electrode 3a side, at the initial stage of turn-off. Therefore, the conductive region is sequentially turned off from the side of the gate electrode 3a, so that the current concentrates in the region near the gate electrode 3b on the opposite side as shown by C 2 in the figure. FIG. 6 is a plan view of the cathode side of FIG.
At the final stage of turn-off, as observed in the conventional GTO, the current concentrates in a spot shape like S in the figure. In the case of the conventional GTO, the current spot S occurs near the center of the n-type emitter layer 20 in the width direction.
In the case of TO, it occurs in a region near the gate electrode 3b. At this time, since the resistance r 1 in the p-type base layer 30 between the gate electrode 3a and the current spot S is considerably large, it is difficult to extract the gate current from the gate electrode 3a side. However, on the contrary, the gate current is easily extracted from the gate electrode 3b side. This is because the current path shown by the broken line in FIG. 6 is formed in the p-type base layer 30. Since the current spot S and the gate electrode 3b are close to each other, the resistance r 2 in the p-type base layer 30 between them is considerably small. Further, between the gate electrodes 3b and 3a,
Almost the entire p-type base layer below the n-type emitter layer 20 serves as a current path (only two broken lines are shown in the figure for convenience). Therefore, the resistance between both gate electrodes (the resistance R in FIG. 5) is also considerably reduced, and a relatively large gate current is extracted through the current path indicated by the broken line. Therefore, ASO
Expands.

可変内部抵抗Rの変動が大きい程、ゲート電流の引き抜
きは容易になる。即ち、ターンオフ初期においては導通
領域はn型エミツタ層20とp型エミツタ層40間の全
域に存在するから第6図に点線で示す電流経路は存在し
ない。従つて、この時期における内部抵抗Rは第6図に
示すように、n型エミツタ層20の長手方向端部を巡ぐ
る一点鎖線で示す電流経路におけるものである。この一
点鎖線で示す電流経路の内部抵抗が小さいと、ターンオ
フ初期においてゲート電流はゲート電極3b側からも引
き抜かれる。この成分が大きい程ゲート電極3a側から
引き抜かれるゲート電流は小さくなり、導通領域C
ゲート電極3b側への偏倚が遅れることになる。従つ
て、一点鎖線で示す電流経路の内部抵抗は大きい方が良
い。一方、ターンオフ最終時期にゲート電極3b側から
引き抜けるゲート電流が大きい程、ゲート電極3b側に
近付けられた電流スポツトは容易に消滅する。一点鎖線
で示す電流経路における内部抵抗を大きくさせたとして
も、点線で示す電流経路の内部抵抗が充分小さいので、
全体としての内部抵抗の増加は小さい。むしろ、一点鎖
線で示す電流経路における内部抵抗が大きいことによつ
て、電流スポツトSが速やかに一層ゲート電極3b側に
形成され、点線で示す電流経路の内部抵抗が速やかに充
分小さくなつた方が、ターンオフ全体からみれば、むし
ろ好都合である。
The greater the variation of the variable internal resistance R, the easier the extraction of the gate current. That is, in the initial stage of turn-off, the conduction region exists in the entire region between the n-type emitter layer 20 and the p-type emitter layer 40, and therefore the current path shown by the dotted line in FIG. 6 does not exist. Therefore, the internal resistance R at this time is, as shown in FIG. 6, in the current path indicated by the alternate long and short dash line that goes around the longitudinal end of the n-type emitter layer 20. If the internal resistance of the current path indicated by the one-dot chain line is small, the gate current is also extracted from the gate electrode 3b side at the initial stage of turn-off. The larger this component is, the smaller the gate current drawn from the gate electrode 3a side is, and the bias of the conduction region C 2 to the gate electrode 3b side is delayed. Therefore, the larger the internal resistance of the current path indicated by the alternate long and short dash line, the better. On the other hand, as the gate current drawn from the gate electrode 3b side at the final turn-off time is larger, the current spot closer to the gate electrode 3b side easily disappears. Even if the internal resistance of the current path shown by the one-dot chain line is increased, the internal resistance of the current path shown by the dotted line is sufficiently small.
The increase in internal resistance as a whole is small. Rather, it is preferable that the current spot S is formed more rapidly on the gate electrode 3b side due to the large internal resistance in the current path indicated by the alternate long and short dash line, and the internal resistance of the current path indicated by the dotted line is quickly reduced sufficiently. From the perspective of turn-off as a whole, it is rather convenient.

本発明者等が実験により、同一電流を遮断した場合、破
壊直前のアノード・カソード間電圧が一点鎖線で示す電
流経路の内部抵抗によつてどのように変化するかを調べ
たところ、この内部抵抗が大きくなる程、アノード・カ
ソード間電圧を増加し、ASOを拡大できることが認め
られた。
When the inventors of the present invention conducted an experiment to examine how the voltage between the anode and the cathode immediately before the breakdown changes due to the internal resistance of the current path indicated by the alternate long and short dash line when the same current is interrupted, the internal resistance It was found that the larger the voltage, the more the anode-cathode voltage can be increased and the ASO can be expanded.

以上の考察に基づき、本発明では、一点鎖線で示した電
流経路における内部抵抗を、nエミッタ層を円環状とす
ることにより、大ならしめたものである。
Based on the above consideration, in the present invention, the internal resistance in the current path indicated by the alternate long and short dash line is made large by making the n emitter layer annular.

〔発明の実施例〕Example of Invention

以下、図面に示した実施例と共に本発明を説明する。 The present invention will be described below with reference to the embodiments shown in the drawings.

以下の各図面の実施例において、第4〜6図に示したも
のと同一物,相当物には第4〜6図のものと同一符号を
付けている。
In the following embodiments of the drawings, the same parts as those shown in FIGS. 4 to 6 and corresponding parts are designated by the same reference numerals as those in FIGS. 4 to 6.

第7図は本発明の一実施例になる単位GTOのカソード
側鳥瞰図で、第8図は第7図のI−I切断線に沿つた縦
断面図である。
FIG. 7 is a bird's-eye view on the cathode side of a unit GTO according to an embodiment of the present invention, and FIG. 8 is a vertical cross-sectional view taken along the line II of FIG.

第1ゲート電極3bはn型エミツタ層20及びそれに低
抵抗接触されたカソード電極2によつて完全に取り囲ま
れ、n型エミツタ層20及びカソード電極2は、第2ゲ
ート電極3aによつて完全に取り囲まれている。そし
て、ゲート端子6は第2ゲート電極3aにのみ直接接続
されている。従つて、第1ゲート電極3bと第2ゲート
電極3a間には第6図の一点鎖線で示す抵抗パス(電流
経路)は存在せず、その間の内部抵抗はn型エミツタ層
20とn型ベース層10の間にはさまれたp型ベース層
30の横抵抗のみであり、両ゲート電極3a,3b間の
抵抗としては最も大ならしめることができる構造であ
る。この実施例では、n型エミツタ層20上のカソード
電極2及び第2ゲート電極3aは各々n型エミツタ層2
0の表面、及びn型エミツタ層20の周辺全体に具備さ
れているが、必ずしもその形に限定したものでなく、各
各部分的に設けられていても同等の性能が保証される。
例えば、第9図及び第10図はその変形例を示したもの
である。
The first gate electrode 3b is completely surrounded by the n-type emitter layer 20 and the cathode electrode 2 in low resistance contact therewith, and the n-type emitter layer 20 and the cathode electrode 2 are completely surrounded by the second gate electrode 3a. It is surrounded. The gate terminal 6 is directly connected only to the second gate electrode 3a. Therefore, there is no resistance path (current path) shown by the alternate long and short dash line in FIG. 6 between the first gate electrode 3b and the second gate electrode 3a, and the internal resistance between them is n-type emitter layer 20 and n-type base. Only the lateral resistance of the p-type base layer 30 sandwiched between the layers 10 is provided, and the resistance between the gate electrodes 3a and 3b can be maximized. In this embodiment, the cathode electrode 2 and the second gate electrode 3a on the n-type emitter layer 20 are the n-type emitter layer 2 respectively.
Although it is provided on the surface of 0 and the entire periphery of the n-type emitter layer 20, it is not necessarily limited to that shape, and even if each portion is provided, equivalent performance is guaranteed.
For example, FIG. 9 and FIG. 10 show the modified examples.

両図は平面図であるが、各電極には斜線を付けた。ま
た、表面における凹凸,パツシベーシヨン膜は省略され
ている。
Both figures are plan views, but each electrode is shaded. Further, the irregularities on the surface and the passivation film are omitted.

両図に示された各実施例はいずれも第1ゲート電極3b
はn型エミツタ層20によつて完全に包囲された形にな
つており、導通状態では電流は、n型エミツタ層20の
全面で、流れていると考えられるから、ターンオフ初期
において、第2ゲート電極3aと第1ゲート電極3bを
結ぶゲート電流の電流経路はないと云える。即ち、ター
ンオフ初期においては、両ゲート電極3a,3b間は無
限大に近い内部抵抗で接続されていると見做すことがで
きる。ターンオフ初期には従つてゲート電流は第2ゲー
ト電極3a側のみから引き抜かれる。ターンオフが進行
し、導通領域が収縮して長円環状でなくなつた時に、そ
の非導通領域のp型ベース層30を介して両ゲート電極
3a,3bは接続され、第1ゲート電極3b側からも、
ゲート電流は引き抜かれる。ターンオフ初期において、
両ゲート電極3a,3b間のp型ベース層30の内部抵
抗は極端に大きいため、ターンオフ動作は急速に進行す
る。
In each of the embodiments shown in both figures, the first gate electrode 3b is used.
Is completely surrounded by the n-type emitter layer 20, and the current is considered to flow through the entire surface of the n-type emitter layer 20 in the conductive state. It can be said that there is no current path for the gate current connecting the electrode 3a and the first gate electrode 3b. That is, at the initial stage of turn-off, it can be considered that the gate electrodes 3a and 3b are connected to each other with an internal resistance close to infinity. Therefore, at the initial stage of turn-off, the gate current is extracted only from the second gate electrode 3a side. When the turn-off progresses and the conduction region contracts and becomes a non-elliptical shape, both gate electrodes 3a and 3b are connected via the p-type base layer 30 in the non-conduction region, and the first gate electrode 3b side Also,
The gate current is extracted. At the beginning of turn-off,
Since the internal resistance of the p-type base layer 30 between the two gate electrodes 3a and 3b is extremely large, the turn-off operation proceeds rapidly.

このような構成のものは、円形半導体基体を用い、その
半径方向とn型エミツタ層20の軸方向を揃え、n型エ
ミツタ層20を放射状に配置し、各カソード電極2に共
通のカソード板を圧接する構造の電力用GTOに好適で
ある。カソード側上主表面のp型ベース層30をエツチ
ダウンしているのは、カソード板を圧接した時に、ゲー
ト電極3a,3bとの混触をさけるための措置である
が、混触をさける他の手段を採るなら、エツチダウンを
行なわなくてもよい。
In such a structure, a circular semiconductor substrate is used, the radial direction thereof is aligned with the axial direction of the n-type emitter layer 20, the n-type emitter layers 20 are radially arranged, and a cathode plate common to each cathode electrode 2 is provided. It is suitable for a power GTO having a pressure contact structure. Etching down the p-type base layer 30 on the upper main surface on the cathode side is a measure for avoiding contact with the gate electrodes 3a and 3b when the cathode plate is pressure-welded, but other means for avoiding contact is provided. If you do, you don't have to etch down.

放射状に配置したn型エミツタ層20を多重リング状に
設けてもよい。
The n-type emitter layers 20 arranged radially may be provided in a multiple ring shape.

以上の実施例では、p型エミツタ層40は下側主表面全
面に設けられているが、その一部を欠除させ、代りにn
型高不純物濃度層を設けて、アノード電極4と低抵抗接
触させたアノードエミツタ短絡型のGTOにも本発明は
適用できる。
In the above-mentioned embodiments, the p-type emitter layer 40 is provided on the entire lower main surface, but a part of it is omitted, and n
The present invention can also be applied to an anode-emitter short-circuit type GTO in which a high-impurity-concentration layer is provided to make low resistance contact with the anode electrode 4.

また、各層10〜40,21,22の導電型を反転させ
たGTOにも適用可能である。
Further, it is also applicable to a GTO in which the conductivity types of the layers 10 to 40, 21, 22 are reversed.

TRSについては実施例を挙げなかつたが、n型ベース
層がn型コレクタ層相当としてここに、コレクタ電極を
低抵抗接触させれば良い。
Although no examples have been given for the TRS, the n-type base layer corresponds to the n-type collector layer, and the collector electrode may be brought into contact therewith with low resistance.

本発明者等の実験によれば、従来2000A程度であつた最
大遮断可能電流を2500A以上に向上できることが確めら
れた。
According to experiments by the present inventors, it was confirmed that the maximum interruptable current, which was about 2000 A in the past, can be improved to 2500 A or more.

〔発明の効果〕〔The invention's effect〕

以上説明したように、本発明によれば、電流遮断時の制
御端子からの電流引き抜きを改善し、ASOを拡大させ
た半導体装置を得ることができる。
As described above, according to the present invention, it is possible to obtain the semiconductor device in which the current drawing from the control terminal when the current is cut off is improved and the ASO is increased.

そして、最大遮断可能電流を向上せしめた半導体装置を
得ることができる。
Then, it is possible to obtain a semiconductor device having an improved maximum breakable current.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

第1図は従来のGTOの概略斜視図、第2図は第1図に
示す従来のGTOの部分的縦断面図、第3図は従来から
知られているASOの説明図、第4図は本発明の先行例
としてのGTOの概略斜視図、第5図は第4図に示すG
TOの部分的縦断面図、第6図は第5図に示す単位GT
Oのカソード側平面図、第7図は本発明の一実施例にな
る単位GTOのカソード側カソー鳥瞰図、第8図は第7
図のI−I切断線に沿う縦断面図、第9図,第10図は
本発明の変形例になる単位GTOのカソード側平面図で
ある。 1…半導体基体、2…カソード電極、3a,3b…ゲー
ト電極、4…アノード電極、5…カソード端子、6…ゲ
ート端子、7…アノード端子、10…n型ベース層、2
0…n型エミツタ層、30…p型ベース層、40…p型
エミツタ層、21,22…n型拡散層、31,32…
溝、1a,1b…除去部傾斜面。
FIG. 1 is a schematic perspective view of a conventional GTO, FIG. 2 is a partial vertical sectional view of the conventional GTO shown in FIG. 1, FIG. 3 is an explanatory view of a conventionally known ASO, and FIG. A schematic perspective view of a GTO as a prior example of the present invention, FIG. 5 is a G shown in FIG.
Partial longitudinal section of TO, FIG. 6 shows unit GT shown in FIG.
FIG. 7 is a plan view of the cathode side of O, FIG. 7 is a bird's eye view of the cathode side of the unit GTO according to one embodiment of the present invention, and FIG.
FIGS. 9 and 10 are plan views of the cathode side of the unit GTO according to the modified example of the present invention. DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Semiconductor substrate, 2 ... Cathode electrode, 3a, 3b ... Gate electrode, 4 ... Anode electrode, 5 ... Cathode terminal, 6 ... Gate terminal, 7 ... Anode terminal, 10 ... N-type base layer, 2
0 ... n-type emitter layer, 30 ... p-type base layer, 40 ... p-type emitter layer, 21, 22 ... n-type diffusion layer, 31, 32 ...
Grooves 1a, 1b ... Inclined surface of removal portion.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】互いに反対側に位置する一対の主表面と、
一方の主表面に隣接する第1導電型の第1のエミッタ層
と、第1のエミッタ層に隣接する第2導電型の第1のベ
ース層と、第1のベース層と他方の主表面に隣接する第
1導電型の第2のベース層と、第2のベース層と他方の
主表面に隣接する第2導電型の第2のエミッタ層とを有
し、第2のエミッタ層が他方の主表面において円環状を
なす複数個の領域からなる半導体基体と、 半導体基体の一方の主表面において、第1のエミッタ層
の低抵抗接触する第1の主電極と、 半導体基体の他方の主表面において、第2のエミッタ層
の各領域に低抵抗接触する第2の主電極と、 半導体基体の他方の主表面において、第2のベース層上
に第2のエミッタ層の各領域を包囲するように設けられ
る第1の制御電極と、 半導体基体の他方の主表面において、第2のエミッタ層
の各領域によって包囲される第2のベース層上に設けら
れる第2の制御電極とを具備し、 第1の制御電極及び第2の制御電極のいずれか一方が外
部から制御信号が付与される制御端子に直接接続されて
いることを特徴とする半導体装置。
1. A pair of main surfaces located on opposite sides of each other,
A first conductive type first emitter layer adjacent to one main surface, a second conductive type first base layer adjacent to the first emitter layer, the first base layer and the other main surface A second base layer of the first conductivity type adjacent to the second base layer, and a second emitter layer of the second conductivity type adjacent to the second base layer and the other main surface of the second base layer, the second emitter layer of the other A semiconductor substrate composed of a plurality of annular regions on the main surface, a first main electrode in low resistance contact with a first emitter layer on one main surface of the semiconductor substrate, and another main surface of the semiconductor substrate At a second main electrode in low resistance contact with each region of the second emitter layer, and so as to surround each region of the second emitter layer on the second base layer on the other main surface of the semiconductor substrate. A first control electrode provided on the second main surface of the semiconductor substrate, A second control electrode provided on a second base layer surrounded by respective regions of the second emitter layer, and one of the first control electrode and the second control electrode is externally controlled. A semiconductor device, which is directly connected to a control terminal to which a signal is applied.
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