JPH0658961B2 - 逆導通型半導体装置 - Google Patents
逆導通型半導体装置Info
- Publication number
- JPH0658961B2 JPH0658961B2 JP57143317A JP14331782A JPH0658961B2 JP H0658961 B2 JPH0658961 B2 JP H0658961B2 JP 57143317 A JP57143317 A JP 57143317A JP 14331782 A JP14331782 A JP 14331782A JP H0658961 B2 JPH0658961 B2 JP H0658961B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- gto
- diode
- thyristor
- layer
- base layer
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Lifetime
Links
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10D—INORGANIC ELECTRIC SEMICONDUCTOR DEVICES
- H10D18/00—Thyristors
- H10D18/60—Gate-turn-off devices
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10D—INORGANIC ELECTRIC SEMICONDUCTOR DEVICES
- H10D84/00—Integrated devices formed in or on semiconductor substrates that comprise only semiconducting layers, e.g. on Si wafers or on GaAs-on-Si wafers
- H10D84/101—Integrated devices comprising main components and built-in components, e.g. IGBT having built-in freewheel diode
- H10D84/131—Thyristors having built-in components
- H10D84/135—Thyristors having built-in components the built-in components being diodes
- H10D84/136—Thyristors having built-in components the built-in components being diodes in anti-parallel configurations, e.g. reverse current thyristor [RCT]
Landscapes
- Thyristors (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 〔発明の属する技術分野〕 本発明はゲートターンオフサイリスタと逆導通ダイオー
ドとが一体形成された逆導通型半導体装置に関する。
ドとが一体形成された逆導通型半導体装置に関する。
ゲートターンオフサイリスタ（GTO）やトランジスタは
チョッパ，インバータなどの従来、逆導通サイリスタが
使われていた装置に使用され、装置の小型軽量化，簡易
化に大きく寄与している。
チョッパ，インバータなどの従来、逆導通サイリスタが
使われていた装置に使用され、装置の小型軽量化，簡易
化に大きく寄与している。
第１図は代表的なGTO単相インバータ回路である。同図
において（1a）〜（1d）がGTO，（2a）〜（2d）がGTOと
逆並列に接続されたダイオード，（10a）〜（10d）がゲ
ートターンオフ時にGTOのアノード・カソード間に発生
する過電圧からGTOを保護するためのスナバー回路であ
る。スナバー回路（10a）〜（10d）は抵抗（3a）〜（3
d），ダイオード（4a）〜（4d），コンデンサー（5a）
〜（5d）から構成されている。(6)は負荷で一般にイン
ダクタンス負荷が多い。
において（1a）〜（1d）がGTO，（2a）〜（2d）がGTOと
逆並列に接続されたダイオード，（10a）〜（10d）がゲ
ートターンオフ時にGTOのアノード・カソード間に発生
する過電圧からGTOを保護するためのスナバー回路であ
る。スナバー回路（10a）〜（10d）は抵抗（3a）〜（3
d），ダイオード（4a）〜（4d），コンデンサー（5a）
〜（5d）から構成されている。(6)は負荷で一般にイン
ダクタンス負荷が多い。
今GTO（1a）〜（1d）がオフしていてダイオード（2a）
−負荷(6)−ダイオード（2d）を経由して負荷電流が流
れていると考える。この状態でGTO(1b），GTO(1c）をタ
ーンオンさせると負荷(6)を流れている電流はGTO(1
b），GTO(1c）を経由して流れるようになる。
−負荷(6)−ダイオード（2d）を経由して負荷電流が流
れていると考える。この状態でGTO(1b），GTO(1c）をタ
ーンオンさせると負荷(6)を流れている電流はGTO(1
b），GTO(1c）を経由して流れるようになる。
この時GTO(1b）に注目すると負荷電流ｉ1の他にダイオ
ード（2a）の逆回復電流ｉ2，コンデンサー（5a）の充
電電流ｉ3，コンデンサ（5b）の放電電流が流れるためG
TO(1b）に流れるターンオン初期の突入電流の上昇率di/
dtが非常に大きな値になる。そのため過大なスインチン
グ損失が発生し、高周波駆動能力を著じるしく低下させ
るばかりか、di/dt破壊の原因になる。ダイオード（2
a）を流れる電流ｉ2は負荷(6)を経由しない短絡電流の
ためGTO(1b）へ流れる突入電流上昇率di/dtを抑制する
ためにはｉ2を小さくすることが重要である。ｉ2はダイ
オード（2a）の逆回復電荷量に比例するためｉ2を抑制
するにはダイオード（2a）を逆回復電荷量の少くない高
速ダイオードにしなくてはならない。
ード（2a）の逆回復電流ｉ2，コンデンサー（5a）の充
電電流ｉ3，コンデンサ（5b）の放電電流が流れるためG
TO(1b）に流れるターンオン初期の突入電流の上昇率di/
dtが非常に大きな値になる。そのため過大なスインチン
グ損失が発生し、高周波駆動能力を著じるしく低下させ
るばかりか、di/dt破壊の原因になる。ダイオード（2
a）を流れる電流ｉ2は負荷(6)を経由しない短絡電流の
ためGTO(1b）へ流れる突入電流上昇率di/dtを抑制する
ためにはｉ2を小さくすることが重要である。ｉ2はダイ
オード（2a）の逆回復電荷量に比例するためｉ2を抑制
するにはダイオード（2a）を逆回復電荷量の少くない高
速ダイオードにしなくてはならない。
以上の説明から明らかなようにGTOとダイオードを一体
化しGTOを逆導通化する場合、ダイオードの逆回復時間
中にダイオードを流れる短絡電流が他の逆導通GTOのス
イッチング損失の増大の原因になることを極力防止しな
くてはならない。このような問題はターンオフ機構の異
なる従来の逆導通型サイリスタにはなかったことであ
る。
化しGTOを逆導通化する場合、ダイオードの逆回復時間
中にダイオードを流れる短絡電流が他の逆導通GTOのス
イッチング損失の増大の原因になることを極力防止しな
くてはならない。このような問題はターンオフ機構の異
なる従来の逆導通型サイリスタにはなかったことであ
る。
本発明はこのような事情を考慮してなされたもので、そ
の目的とするところは逆回復時間の短かいダイオードと
ゲートターンオフサイリスタとを一体化した逆導通型半
導体装置を提供することである。
の目的とするところは逆回復時間の短かいダイオードと
ゲートターンオフサイリスタとを一体化した逆導通型半
導体装置を提供することである。
本発明は、分割された第１導電型のエミッタ領域を有
し、そのエミッタ領域に個々に電極が設けられた円板状
のゲートターンオフサイリスタと；このゲートターンオ
フサイリスタの第１導電型ベース層及び第２導電型ベー
ス層を用いて、このゲートターンオフサイリスタの外周
部に溝部を設けて一体的に構成され、このゲートターン
オフサイリスタと逆並列に構成された逆導通ダイオード
とを有し、このゲートターンオフサイリスタの第１導電
型ベース層のライフタイムに比べこの第１導電型ベース
層と同一の層で構成された前記ダイオードの高抵抗層の
ライフタイムを小さくしたことを特徴とする逆導通型半
導体装置である。
し、そのエミッタ領域に個々に電極が設けられた円板状
のゲートターンオフサイリスタと；このゲートターンオ
フサイリスタの第１導電型ベース層及び第２導電型ベー
ス層を用いて、このゲートターンオフサイリスタの外周
部に溝部を設けて一体的に構成され、このゲートターン
オフサイリスタと逆並列に構成された逆導通ダイオード
とを有し、このゲートターンオフサイリスタの第１導電
型ベース層のライフタイムに比べこの第１導電型ベース
層と同一の層で構成された前記ダイオードの高抵抗層の
ライフタイムを小さくしたことを特徴とする逆導通型半
導体装置である。
一般にゲートターンオフサイリスタでは大電流を流しか
つ素子の発熱を効果的に排出するため、金属ポストから
なる電極を圧接して端子としている。本発明の構成を採
ることで、金属ポスト圧接時に応力集中が生じる素子外
周部分には（金属ポスト外周の応力集中に関しては「機
械工学便覧 基礎編 材料力学」などに記載されてい
る。）、高い応力下で使用した際に熱サイクルなどの影
響での信頼性に問題が生じるエミッタ分割のゲートター
ンオフサイリスタではなくダイオードが配置されること
になり、逆導通半導体装置全体としての信頼性が向上す
る。
つ素子の発熱を効果的に排出するため、金属ポストから
なる電極を圧接して端子としている。本発明の構成を採
ることで、金属ポスト圧接時に応力集中が生じる素子外
周部分には（金属ポスト外周の応力集中に関しては「機
械工学便覧 基礎編 材料力学」などに記載されてい
る。）、高い応力下で使用した際に熱サイクルなどの影
響での信頼性に問題が生じるエミッタ分割のゲートター
ンオフサイリスタではなくダイオードが配置されること
になり、逆導通半導体装置全体としての信頼性が向上す
る。
また溝部の形成および高抵抗層のライフタイムを上述の
様に制御することで、ゲートターンオフサイリスタのタ
ーンオフ特性を損うことなく、逆回復時間の短いダイオ
ードを一体化できる。
様に制御することで、ゲートターンオフサイリスタのタ
ーンオフ特性を損うことなく、逆回復時間の短いダイオ
ードを一体化できる。
以下図面を参照して本発明の一実施例を説明する。
第２図は実施例に係る逆導通型GTOの構成を示すもの
で、(a)図は断面図，(b)図は平面図である。
で、(a)図は断面図，(b)図は平面図である。
Ｐエミッタ層(1)，Ｎベース層(2)，Ｐベース層(3)，Ｎ
エミッタ層(4)の４つの積層された半導体層からなるGTO
領域(A)に対してＮ層(2)，Ｐ層(3)からなる逆並列ダイ
オード領域(B)から構成されており、GTO領域(A)と逆並
列ダイオード領域(B)の間のＰベース層(3)に溝部(7)を
設けてある。又同図において(5)はゲート電極を示して
おり、ゲート電極(5)の中に多数のカソードエミッタ(6)
が放射状に配列してある。図示してあるように領域(A)
の半径をr1，ダイオード領域(B)の内周の半径r2，外周
の半径をＲとする。同図から明らかなように、GTO領域
(A)のＮベース層とダイオード領域(B)の高抵抗層は共通
のＮ層(2)から構成されている。このＮ層(2)の少数キャ
リアライフタイムはGTOおよびダイオードのスイッチン
グ特性に大きく影響する。実施例の場合、Ｎ層(2)の全
域に少数キャリアライフタイムをコントロールするため
通常の方法により、金をライフタイムキラーとして熱拡
散してある。しかるのち、第２図に示してあるようにGT
O領域(A)に鉛などの金属(20)をマスクとして使い、電子
線(21)を照射しダイオード領域(B)のライフタイムをさ
らに低下させる。従って、GTO領域(A)のＮベース(2)の
ライフタイムをτA，ダイオード領域のライフタイムτB
の関係はτA＞τBの関係になっている。
エミッタ層(4)の４つの積層された半導体層からなるGTO
領域(A)に対してＮ層(2)，Ｐ層(3)からなる逆並列ダイ
オード領域(B)から構成されており、GTO領域(A)と逆並
列ダイオード領域(B)の間のＰベース層(3)に溝部(7)を
設けてある。又同図において(5)はゲート電極を示して
おり、ゲート電極(5)の中に多数のカソードエミッタ(6)
が放射状に配列してある。図示してあるように領域(A)
の半径をr1，ダイオード領域(B)の内周の半径r2，外周
の半径をＲとする。同図から明らかなように、GTO領域
(A)のＮベース層とダイオード領域(B)の高抵抗層は共通
のＮ層(2)から構成されている。このＮ層(2)の少数キャ
リアライフタイムはGTOおよびダイオードのスイッチン
グ特性に大きく影響する。実施例の場合、Ｎ層(2)の全
域に少数キャリアライフタイムをコントロールするため
通常の方法により、金をライフタイムキラーとして熱拡
散してある。しかるのち、第２図に示してあるようにGT
O領域(A)に鉛などの金属(20)をマスクとして使い、電子
線(21)を照射しダイオード領域(B)のライフタイムをさ
らに低下させる。従って、GTO領域(A)のＮベース(2)の
ライフタイムをτA，ダイオード領域のライフタイムτB
の関係はτA＞τBの関係になっている。
本発明の実施例では溝部(7)はダイオード領域(B)からGT
O領域(A)への残留キャリアの流出を防止するための分離
領域として機能している。さらに溝部のＰベース横方向
抵抗(11)をゲートターンオフ時のゲート・カソード間の
等価抵抗とくらべて充分に大きくなるように溝部(7)を
構成してある。例えばゲートターンオフ電流が600AのGT
Oの場合、ゲートターンオフ時のゲートカソード間等価
抵抗は0.01〜0.5Ω変化する。溝部(7)のＰベース横方向
抵抗(11)はＰベース層(3)の層抵抗をρsとすると0.16ρ
sln（r2/r1）となる。600AGTOの場合、r1＝25mm，r2＝3
0mmを選定するとlnr2/r1≒0.18となり例えばρs＝2000
Ω／□になるように溝部(7)を形成すればＰベース横方
向抵抗(11)は約60Ωとなる。従ってGTOのゲート・カソ
ード電極間に負バイアスを印加した時にＰベース横方向
抵抗(11)を経由して流れる電流はGTOをターンオフする
のに必要な負ゲート電流にくらべて無視できるほど小さ
くなり、GTOのターンオフ特性が損なわれることはな
い。
O領域(A)への残留キャリアの流出を防止するための分離
領域として機能している。さらに溝部のＰベース横方向
抵抗(11)をゲートターンオフ時のゲート・カソード間の
等価抵抗とくらべて充分に大きくなるように溝部(7)を
構成してある。例えばゲートターンオフ電流が600AのGT
Oの場合、ゲートターンオフ時のゲートカソード間等価
抵抗は0.01〜0.5Ω変化する。溝部(7)のＰベース横方向
抵抗(11)はＰベース層(3)の層抵抗をρsとすると0.16ρ
sln（r2/r1）となる。600AGTOの場合、r1＝25mm，r2＝3
0mmを選定するとlnr2/r1≒0.18となり例えばρs＝2000
Ω／□になるように溝部(7)を形成すればＰベース横方
向抵抗(11)は約60Ωとなる。従ってGTOのゲート・カソ
ード電極間に負バイアスを印加した時にＰベース横方向
抵抗(11)を経由して流れる電流はGTOをターンオフする
のに必要な負ゲート電流にくらべて無視できるほど小さ
くなり、GTOのターンオフ特性が損なわれることはな
い。
さらに本発明では溝部がτAとτBの調整領域になるので
τBをコントロールする際、τAへの影響をほとんど無視
してτBをコントロールすることができる。
τBをコントロールする際、τAへの影響をほとんど無視
してτBをコントロールすることができる。
なお、金属スタンプの圧接による応力は素子中央部で最
小で外周部分が高くなる。従って応力の高い外周部分に
ダイオードを配置することで、応力に起因する分割され
たエミッタ毎のエレメント間の電流不均一に生じる素子
破壊を防止することができる。
小で外周部分が高くなる。従って応力の高い外周部分に
ダイオードを配置することで、応力に起因する分割され
たエミッタ毎のエレメント間の電流不均一に生じる素子
破壊を防止することができる。
このように本発明を実施するとτAへの影響を無視して
τBを正確にコントロールできるため逆回復時間の短か
いダイオードを一体化した、ターンオフ特性のすぐれた
逆導通型GTOを実現することができる。
τBを正確にコントロールできるため逆回復時間の短か
いダイオードを一体化した、ターンオフ特性のすぐれた
逆導通型GTOを実現することができる。
本発明は上記実施例にのみ限定されるものではない。逆
導通型GTOの他にトランジスタのような自己消弧型半導
体素子やＰエミッタ側の一部にアノードショーデッドを
設けたGTOを逆導通化する場合であれば、本発明の要旨
を逸脱しない範囲で本発明を種々に変形して実施でき
る。
導通型GTOの他にトランジスタのような自己消弧型半導
体素子やＰエミッタ側の一部にアノードショーデッドを
設けたGTOを逆導通化する場合であれば、本発明の要旨
を逸脱しない範囲で本発明を種々に変形して実施でき
る。
又、上記実施例ではライフタイムコントロール法として
金拡散法と電子線照射法を使用したが、これらの方法に
限定されるものではない。
金拡散法と電子線照射法を使用したが、これらの方法に
限定されるものではない。
第１図は単相GTOインバータの回路図、第２図は本発明
を実施した逆導通型GTOの概略構成図である。 １：Ｐエミッタ層，２：Ｎベース層， ３：Ｐベース層，４：Ｎエミッタ層， ５：ゲート電極，６：カソードエミッタ， 1b：GTO，2a：ダイオード， 5a,5b：コンデンサ，Ａ：GTO領域， Ｂ：ダイオード領域。
を実施した逆導通型GTOの概略構成図である。 １：Ｐエミッタ層，２：Ｎベース層， ３：Ｐベース層，４：Ｎエミッタ層， ５：ゲート電極，６：カソードエミッタ， 1b：GTO，2a：ダイオード， 5a,5b：コンデンサ，Ａ：GTO領域， Ｂ：ダイオード領域。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭56−17069（ＪＰ，Ａ) 特開 昭56−45073（ＪＰ，Ａ) 特開 昭55−96678（ＪＰ，Ａ)
Claims (1)
- 【請求項１】分割された第１導電型のエミッタ領域を有
し、そのエミッタ領域に個々に電極が設けられた円板状
のゲートターンオフサイリスタと；このゲートターンオ
フサイリスタの第１導電型ベース層及び第２導電型ベー
ス層を用いて、このゲートターンオフサイリスタの外周
部に溝部を設けて一体的に構成され、このゲートターン
オフサイリスタと逆並列に構成された逆導通ダイオード
とを有し、このゲートターンオフサイリスタの第１導電
型ベース層のライフタイムに比べこの第１導電型ベース
層と同一の層で構成された前記ダイオードの高抵抗層の
ライフタイムを小さくしたことを特徴とする逆導通型半
導体装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP57143317A JPH0658961B2 (ja) | 1982-08-20 | 1982-08-20 | 逆導通型半導体装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP57143317A JPH0658961B2 (ja) | 1982-08-20 | 1982-08-20 | 逆導通型半導体装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5933872A JPS5933872A (ja) | 1984-02-23 |
| JPH0658961B2 true JPH0658961B2 (ja) | 1994-08-03 |
Family
ID=15335961
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP57143317A Expired - Lifetime JPH0658961B2 (ja) | 1982-08-20 | 1982-08-20 | 逆導通型半導体装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0658961B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2010200585A (ja) * | 2009-02-27 | 2010-09-09 | Nissan Motor Co Ltd | スイッチング回路 |
Family Cites Families (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5596678A (en) * | 1979-01-18 | 1980-07-23 | Toyo Electric Mfg Co Ltd | Reverse conducting thyristor |
| JPS5617069A (en) * | 1979-07-20 | 1981-02-18 | Nec Corp | Reverse conductivity thyristor |
| JPS5645073A (en) * | 1979-09-21 | 1981-04-24 | Hitachi Ltd | Reverse conduction thyrister |
-
1982
- 1982-08-20 JP JP57143317A patent/JPH0658961B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS5933872A (ja) | 1984-02-23 |
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