JPH077837B2 - サージ防護デバイス - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［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。

［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提案されてきたが、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）、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61−187374号公報； を始めとして、 特開昭61−259501号公報； 特開昭62−65383号公報； 特開昭62−154776号公報； 特公平１−33951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、後述するように、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
作製し得る比較的基本的な構成の二端子型サージ防護デ
バイスを例に挙げ、その動作共々、第８図に即して説明
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が、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、一方の主面側には
順次、第二半導体領域２、第三領域３が二重拡散技術で
形成され、第一半導体領域１の他方の主面側には第四領
域４が形成される。以下では便宜上、第二半導体領域２
や第三領域３が形成されている主面を表面と呼び、これ
に対向する面を裏面と呼ぶこともある。

このような第８図に示されるサージ防護デバイス10は、
構造的にも各領域1,2,3,4が第一半導体領域１の厚味方
向に沿って上下の積層関係となるし、また、後述する動
作からも明らかなように、サージを吸収した結果として
の素子電流も概ね第三、第四領域間を第一半導体領域の
厚味方向に流れるため、ヴァーティカル型ないし縦型と
呼ぶことができる。以降では簡単のため、縦型なる表現
を用いるが、このような縦型構造に対し、第四領域４が
第一半導体領域１の表面側にあって第二、第三領域2,3
と並設の関係で設けられたラテラル型ないし横型構造も
本出願人はすでに別途開示している。しかし、本発明は
特に縦型構造に限定的に考えられる改良に関するため、
同じ従来例としてもこの横型構造については触れないも
のとする。

しかるに、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。

また、第三領域３は、図示の場合、半導体領域とされて
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、ここで示して
いるように、一方の極性のサージを吸収するだけで良い
のならば、これも必ずしも半導体領域でなくて良く、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。

こうした断面構造を有するサージ防護デバイス10から
は、デバイス端子として、第四領域にのみオーミック接
触する第一デバイス端子T₁（図面上で下側の端子）と、
第二半導体領域２と第三領域３に共通にオーミック接触
する第二デバイス端子T₂が取出されるが、これら第一、
第二デバイス端子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（図示の場合には第一デ
バイス端子T₁側が正となる位相）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、第二領域間pn接合における空乏層は、第一半導
体領域１にあって第四領域４に向かう方向のみならず、
第二半導体領域２中を第三領域３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領域
３に達すると、第一半導体領域１と第三領域３とがパン
チ・スルーする。

こうなると、第四領域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第９図中に
おいて降伏電圧V_BRと示されたものである。

一方、例え第二半導体領域２と第三領域３とが第二デバ
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、第三領域３から第二半導体領域２に対して
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、第９図中、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更なる増大を招く
ことになり、これがまた、第四領域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。

そのため、当該第９図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I_BO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、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
V_BO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V_BRよりも低いクランプ電圧（ないし
オン電圧）V_P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。

こうしたサージ防護デバイス10により第一、第二デバイ
ス端子T₁,T₂を介して吸収可能な最大電流値は一般に
“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I_Hと呼ばれる。

このようなブレーク・オーバ・タイプのサージ防護デバ
イスに対し、先に少し述べたように、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、当該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。

しかし、実際上、上記のような第８図示の構造に準じて
作製されたブレーク・オーバ・タイプのサージ防護デバ
イスにおいても、従来、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V_BO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場合があった。そし
てこの誤動作は、特に、持続時間が極めて短く、電圧の
波高値もそれ程に大きくはないため、本来ならば特に吸
収する必要もない“小さなサージ”が印加されたときに
生じた。

そこで本出願人は、従来においてもその原因究明に努め
た所、上記のような誤動作を生んだサージは確かに“小
さなサージ”ではあったが、極めて急峻なもので、電圧
の時間微分値dV/dt（スルー・レイト）がかなり高かっ
た。

そしてその結果、そうした急峻なサージが誤動作を招い
た理由は次のように説明することができた。

上述したように、第８図示のサージ防護デバイスには、
第一半導体領域１と第二半導体領域２とにより、サージ
が印加された時に逆バイアスされるpn接合が形成されて
いる。そのため、このような接合には接合容量Cjが見込
まれる。

そこで、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で表される変位電流
itが流れる。

it＝（dV/dt）Cj ‥‥‥ しかるに、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100pF程度からそれ
以上の値も普通に考えられる。

その一方で、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程度の値も十分考えられ
る。

そのため、これらの値を上記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。

ところが、第８図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、場
合によっては第四半導体領域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
デバイスにおけるブレーク・オーバ電流I_BOの値は余り
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、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、場合によ
ってはブレーク・オーバ電流I_BO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
値と対して変わらない程度、あるいはそれ以下にさえな
ることがあった。

これが主たる原因となって、サージの尖頭電圧値は設計
上のブレーク・オーバ電圧V_BOに至っていないのにも拘
らず、デバイスがブレーク・オーバする現象を生じるこ
とがあったのである。第９図示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V_BOは、当該特性図上に示されている値より
もかなり小さい方に移行したに等価となる。

そこで、本出願人においては、上記した公報群中、二番
目の公知以降ではすでにその対策の一つを提案してお
り、これが本書添付の第10図に示されるような構造であ
る。

ただし、この第10図示の構造では、第８図に即して述べ
たデバイス構造と異なり、いずれも第三領域３と第四半
導体領域４がそれぞれ複数の領域（3_-1,3_-2,‥‥‥‥,3
_-n;4_-1,4_-2,‥‥‥‥,4_-n）から構成されているが、こ
のこと自体はここで問題にしている小さなサージに対す
る誤応答の基本的対策とは直接の関係がない。むしろ、
素子電流を均一化し、サージ耐量を増すための工夫であ
る。

直接的に関係のあるのは、第四半導体領域４に電気的に
接続す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（図示の場合、複数の第四半導体領域の
隣接するもの同志の間）において第一半導体領域１の主
面にもオーミック接触しているということである。

すなわち、こうなっていると、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、端子T₁が第一半導体領域の主
面に接触しているオーミック接触部分を介して第一半導
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のである。

そして事実、この手法により、一応は“小さなサージ”
には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と第三領域３とがパンチ
・スルーした後、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（素子電流）の主電流通路は、
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に対する端子T₁のオーミッ
ク接触部分を有さない第８図示のデバイスにおける状態
とほぼ等価となる。

さらに、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、断面構造上は第８図や第10図に示
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、例えば第二半導体領域２や第三領域３の
厚さを厚くする等の外、各領域の幾何パラメータや不純
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、はたまたそ
うした雪崩降伏型やツェナ降伏型の他の公知のサージ防
護デバイスにおいても、それが少数キャリア注入に伴う
正帰還現象を介し、ブレーク・オーバするタイプのもの
である場合には、やはり、上記した“小さなサージ”に
対する応答の問題が起こることがあり、したがって、そ
れに対する上記の対策はそれらにも同様に適用できるこ
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）”と呼ばれることもある通
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、上記してきたパンチ・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、ここで問題にして
いる“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。

［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
触を計ることにより、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、そ
の対策が立てられた。しかし、今度はまた、別な観点か
ら新たな問題が指摘されるに至った。

それは、このようにして作製されたサージ防護デバイス
は“逆耐圧”を有さなくなるということである。第一半
導体領域１と第二半導体領域２とが順方向にバイアスさ
れる関係においては、第一半導体領域１がオーミック接
触部分を介して直接にデバイス端子T₁に接触しているた
め、一対のデバイス端子T₁,T₂間には実質的に、単に順
方向ダイオードが接続される結果となるからである。も
ちろん、被保護回路系に対してこの種のサージ防護デバ
イスを現実的に組込んで行くことを考えると、実際上、
逆耐圧はあった方が良く、しかも、望ましくはサージ吸
収に関する降伏電圧V_BRよりも高い値の逆耐圧であるこ
とが良い。

本発明は、まず第一に、この点の解決を目的としたもの
で、第一デバイス端子T₁を第四領域のみならず第一半導
体領域に対してもオーミック接触させるという手法を特
に採らなくても、小さなサージに対する誤応答を防げる
他の手段を提供せんとするものであり、したがって、必
要に応じては逆耐圧を持つことのできる二端子ブレーク
・オーバ・タイプのサージ防護デバイスを提供せんとす
るものである。

ただし、本発明の主眼は、あくまで、上記のような第
一、第四領域双方に対するオーミック接触という手段に
のみ限られることなく、他の手法であっても同様に、小
さくても急峻なサージに対する対策が立てられるように
するという点、すなわち設計の自由度を増したり技術の
豊富化を計るものであるから、要求される製品によって
逆耐圧の問題が生じないようであれば、そのようなオー
ミック接触構造や、さらに他の手法と併存することも差
支えなく、逆に言って本発明は、それら他の手法自体を
積極的に排斥することをまで、目的にしたものではな
い。

そしてまた、ある意味では上記した第一の目的を達成し
た結果として得られた知見ともなるが、上記第一の目的
を達成する手段の提供と共に、ブレーク・オーバ電流I
_BOや保持電流I_Hの制御性を向上させ得るような構成の提
供も第二の目的としている。特にこの第二の目的は、す
でに提供されている第８図示または第10図示の従来のサ
ージ防護デバイスの特徴とも関連している。

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、方法論としては単純ではある
が、ブレーク・オーバ電流I_BOそれ自体を大きくすれば
良い。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I_H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I_BOや保持電流I_Hの値がかな
り依存することも多かった。にもかかわらず、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す
る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I_BOや保持電流I_H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計る
ことが望ましい。

したがって、上記の本発明第一の目的や第二の目的に従
って提供された小さなサージに対する新たな対策手段が
この要件をも満たすことは、本発明のまた別な目的とも
なる。

［課題を解決するための手段］ 本発明は上記目的を達成するために、すでに従来例に即
して詳しく述べた二端子ブレーク・オーバ型のサージ防
護デバイスにおける改良として、最も基本的には下記の
要件〜、すなわち、 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、
少なくともその面内一方向（これは、後の構成要件中
でのｘ方向、ｙ方向とは独立であり、いずれであっても
良い）に沿う一断面においては一つ以上の数Ｎ個から成
る第三領域と， 上記第一半導体領域の上記表裏両主面の中、上記一
方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
入し得る第四領域とを有し， 上記第四領域にオーミック接触し、第一デバイス端
子に接続した第一のオーミック電極と、上記第二、第三
領域に共にオーミック接触し、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、上記第一、第二
半導体領域による上記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により降伏し
（この降伏現象自体は本発明が直接に規定するものでは
なく、既述したように雪崩降伏またはツェナ降伏、ある
いは第一半導体領域と第三領域間のパンチ・スルーであ
って良い）、上記第一、第二の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、上記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、上記一対の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； 上記第二のオーミック電極は、面内において互いに
直行するx,y方向の中、ｘ方向に沿う方向において、上
記第三領域の表面と、該第三領域の両側の上記第二半導
体領域の表面に共に接触する部分を有し； かつ、 ρ_Ｂを上記第一、第三領域間の部分における第二半導体
領域のシート抵抗， Vfを上記第三領域を順バイアスする電圧， C_Oを上記pn接合の単位面積当たりの接合容量， dV/dtをそれ以下には応答させたくないサージの立ち上
がりの鋭さ， として、上記第三領域の上記ｘ方向寸法x_Eが、 に基づいて規定されていること； という構成要件〜を満たすサージ防護デバイスを提
案する。

その上で、本発明はまた別の態様として、上記構成要件
〜に加え、 第三領域の上記ｘ方向寸法x_Eは、上記ブレーク・オ
ーバした状態を維持し得る範囲で許容し得る最大保持電
流値I_Hmaxに対し、S_Bを上記第二半導体領域の面積とし
て、 なる関係も満たしていること； という要件も有するデバイスも提案する。

また、上記構成要件による第三領域ｘ方向寸法x_Eの上
限限定に関しては、さらに、 第三領域の上記ｘ方向寸法x_Eは、上記ブレーク・オ
ーバした状態を維持するに必要な最小の保持電流値I_Hmi
nに対し、S_Bを上記第二半導体領域の面積として、 なる関係も満たしていること； という条件を加味したデバイスも提案する。

その一方では、上記限定条件に代え、 第四領域から注入された少数キャリアの中、第二半
導体領域に到達する量比βに応じ、上記式 に代えて、上記第三領域の上記ｘ方向寸法x_Eが、 に基づいて規定されていること； という構成要件を有するサージ防護デバイスも提案す
る。

そして、特に第三領域が短辺と長辺を有する矩形または
ほぼ矩形の平面形状を有している場合には、 第三領域に関する上記ｘ方向寸法x_Eは当該第三領域
の短辺方向の寸法とする； という発明も提案する。

もちろん、例えば正方形状ないしこれに準ずる平面形状
の場合には、あえて定義せずとも、ｘ方向寸法x_Eとｙ方
向寸法y_Eとは同じになるから、その両側において第二オ
ーミック電極が第二半導体領域の表面に共に接触する方
向として規定される当該ｘ方向はどちらの方向であって
も良い。

また、本発明では、第三領域が円形ないしほぼ円形形状
の場合にも鑑みており、その場合の基本構成要件群は、
先に挙げた構成要件群〜の中、構成要件による第
三領域を、 ′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、
それぞれの平面形状が円形またはほぼ円形である一つ以
上の数Ｎ個から成る第三領域， と定義した上で、構成要件，をそれぞれ次のように
定義したものとなる。

′上記第二のオーミック電極は、上記円形またはほぼ
円形の第三領域の全周またはほぼ全周に沿って該第三領
域の表面と上記第二半導体領域の表面に共に接触する部
分を有し； ′かつ、 ρ_Ｂを上記第一、第三領域間の部分における第二半導体
領域のシート抵抗， Vfを上記第三領域を順バイアスする電圧， C_Oを上記pn接合の単位面積当たりの接合容量， dV/dtをそれ以下には応答させたくないサージの立ち上
がりの鋭さ， として、上記第三領域の直径x_Eが、 に基づいて規定されていること． 明らかなように、第三領域が矩形の場合と比較すると、
上記式の右辺平方根内の分子中、係数が矩形の場合の
“8"から“16"に変わっているが、他は同じである。

したがって、第三領域が矩形の場合における各改変的な
態様を表す各構成要件，，も、その中に記載され
ている各式を第三領域の直径x_Eに関するものとして読み
直し、かつ、当該式の右辺平方根内の分子の係数を“8"
から“16"に変えれば、そのまま、第三領域が平面的に
円形またはほぼ円形をしている場合の各改変的な発明態
様ともなる。

さらに、第三領域が円形またはほぼ円形の場合の基本構
成要件群，′，，，，′，′や、さらに
上記した構成要件〜に対し特に式中の係数に関して
変形を施した改変例に基づきながらも、 上記第三領域の平面形状が円形またはほぼ円形に代
えて正多角形またはほぼ正多角形であり； 上記第二オーミック電極は該正多角形またはほぼ正多角
形の第三領域の周縁の全周またはほぼ全周に沿って該第
三領域の表面と上記第二半導体領域の表面とに共に接触
する部分を有し； かつ、上記寸法x_Eは、上記第三領域の直径に代え、該正
多角形またはほぼ正多角形の第三領域の面積に等しい
か、ほぼ等しい円の直径であること； という構成要件を採用すれば、第三領域が正多角形の
場合にも適用可能な発明が提供される。

しかるに、上記した本発明の各態様によるサージ防護デ
バイスは、原則として第一、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のみ、これを吸
収するべく作用する、言わば片極性サージ吸収用のサー
ジ防護デバイスとなる。

そこで、逆に、単一ないし共通の第一半導体領域を用い
るとの前提の下でも、第一、第二デバイス端子間に印加
されるサージの極性にはかかわらず、いずれをも吸収可
能な双極性のサージ吸収用のデバイスをも提供するた
め、本発明ではまた、上記構成要件〜の中、構成要
件を、 ′上記第一半導体領域の上記表裏両主面の中、上記一
方に対向する他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第
二のpn接合を形成する第四の半導体領域と， というように変更し、新たに第四半導体領域が半導体領
域に限定されると共に、第一半導体領域との間に第二の
pn接合が形成されるという概念を導入した上で、 上記第一半導体領域とは対向する側から上記第四半
導体領域に接触し、該第四半導体領域に対し該第四半導
体領域にとっての少数キャリアを注入することができ、
少なくともその面内一方向に沿う一断面においては一つ
以上の数Ｍ個から成る第五領域とを有し， という構成要件を付加し、さらに、第四半導体領域と
第五領域に関し、 上記第一のオーミック電極は、面内において互いに
直交するx,y両方向の中、ｘ方向に沿う方向において、
上記第五領域の表面と、該第五領域の両側の上記第四半
導体領域の表面とに共に接触する部分を有し； という構成も付加する。

その上で、上記構成要件′，，に伴っての対応的
な改変として、上記構成要件，をそれぞれ、第四半
導体領域と第五領域も、印加されるサージの極性に応じ
ては、第二半導体領域と第三領域に代わって、同様に初
期降伏や正帰還現象の生起に関与し得る旨を明示し、先
の構成要件を、 ″ρ_Ｂを上記第一、第三領域間の部分における第二半
導体領域または上記第一、第五領域間の部分における第
四半導体領域のシート抵抗， Vfを上記第三領域または上記第五領域を順バイアスする
電圧， C_Oを上記第一のpn接合または上記第二のpn接合の単位面
積当たりの接合容量， dV/dtをそれ以下には応答させたくないサージの立ち上
がりの鋭さ， として、上記第三領域または上記第五領域の上記ｘ方向
寸法x_Eが、 に基づいて規定されていること； という構成要件″に変更した発明を提案する。

こうした発明は、双極性サージ吸収用としてのサージ防
護デバイスの基本的構成となるが、これに対しては、先
の片極性デバイスと同様、付加的な、あるいは代替的な
構成要件、特に第三領域に係る上記寸法x_Eに関する構成
要件〜を、それぞれ、第五領域に係る当該寸法に対
しても適用可能な旨限定した発明も提案することができ
る。

さらに、この双極性サージ吸収用素子における限定とし
て、上記においては第三領域の数と第五領域の数はそれ
ぞれＮとＭにより弁別的に表され、したがってＮ＝Ｍに
限らず、Ｎ≠Ｍも含んでいたし、各条件式も第三領域ま
たは第五領域の少なくともいずれかに関するものとなっ
ていたが、最も普通に期待される限定構成要件として、
本発明ではまた、 上記数Ｎと数Ｍは共に等しく、第二半導体領域と第
四半導体領域の各形状及び上記面積S_Bも同じであって、
上記第三領域と上記第五領域の各ｘ方向寸法x_E同志及び
ｙ方向寸法y_E同志も共に同じ寸法であること； という構成要件を有する発明も提案する。

当然、この双極性サージ吸収用のサージ防護デバイスに
関してもまた、第三領域が円形ないしほぼ円形である
か、正多角形ないしほぼ正多角形である場合の構成要件
も付加可能である。

［作用］ 上記した構成要件〜に従って構成される本発明の最
も基本的な態様であるサージ防護デバイスは、まずもっ
て片極性サージの吸収用として構成されたもので、特
に、当該構成要件〜中、〜に従う構成要件の営
む作用は、実質的に従来例としてすでに説明した二端子
ブレーク・オーバ型サージ防護デバイスの営む作用とほ
ぼ同様である。

すなわち、第四領域にのみオーミック接触する第一デバ
イス端子と、第二半導体領域と第三領域とに共通にオー
ミック接触する第二デバイス端子との間にサージ電圧が
印加され、それが第一半導体領域と第二半導体領域との
間のpn接合に逆バイアスを印加する位相で、かつ、相当
程度に大きいものであると、第一、第二領域間のpn接合
が雪崩降伏するかツェナ降伏し、あるいはまた、このpn
接合から伸びた空乏層が第三領域に達することにより、
第一半導体領域と第三領域とがパンチ・スルーする。

こうなると、第四領域から第一半導体領域内に当該第一
半導体領域にとっての少数キャリアが注入され、これが
第二半導体領域で収集されて素子電流の流れ始めとな
る。

一方、例え第二半導体領域と第三領域とが第二オーミッ
ク電極を介して第二デバイス端子に共通に接続され、表
面では互いに電気的に短絡されていても、第二半導体領
域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が、
第二半導体領域と第三領域とにより形成されている少数
キャリア注入性接合の順方向電圧に等しくなると、第三
領域から第二半導体領域に対し第二半導体領域にとって
の少数キャリアの注入が起こる。

そしてこれは、結果として第一、第二デバイス端子間に
流れる素子電流の異なる増大を招くことになり、これが
また、第四領域から第一半導体領域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、ある所定のブレーク・オーバ電流値以上の大
きさの電流が流れるに至ると、デバイス内部で正帰還現
象が生じたことの表れとして、負性特性が生じ、第一、
第二デバイス端子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
バ電圧よりも低く、さらに一般的には最初に降伏を開始
した時の降伏電圧よりも低いクランプ電圧に移行し、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。

しかるに、本発明の上記基本構成においては、このよう
なメカニズムを生起する構成要件〜に加え、構成要
件，を有しているので、既述したようにdV/dt値の
高い“小さなサージ”に対しての誤応答を効果的に防ぐ
ことができ、しかも、要すればサージ防護デバイスとし
ての逆耐圧を持つことを妨げない。

すなわち、構成要件により、第二のオーミック電極は
第三領域のｘ方向両側において第二半導体領域に接触し
ているため、第三領域が順バイアスされるまでに当該第
三領域の周囲を経由して第二オーミック電極に流れ込む
電流はまず、第三領域のこのｘ方向の中心位置に対して
左右で均等化する。

そして、こうした構造的特徴の下で、上記構成要件に
従って第三領域の当該ｘ方向の寸法x_Eの上限を決定すれ
ば、その範囲内にある限り、これ以下の鋭さの立ち上が
りを示すサージには応答させたくないとする当該鋭さ
（電圧の時間微分値dV/dt:速さと言っても同義である）
以下のサージが印加されても、既述した式に従い、第
一半導体領域と第二半導体領域で構成されるpn接合の接
合容量を充電する電流として変位電流itが流れるにし
ろ、これによって第三領域が順バイアスされ、デバイス
が誤ってブレーク・オーバしてしまうような不都合はな
い。

なお、降伏メカニズムが特にパンチ・スルーであるよう
な場合、変位電流によって第一、第三領域間にパンチ・
スルーが生じた直後は、それらに挟まれた部分の第二半
導体領域の抵抗も相当高くなる。しかし、この領域中を
電流が流れ出すと空乏層も縮小し、少なくとも第三領域
に直近の部分ではそのシート抵抗はそのときの電流値に
見合って第二半導体領域に本来見込まれる抵抗値ないし
はそれに近くなる。

したがって、上記構成要件中におけるシート抵抗と
は、そのような場合の第二半導体領域のシート抵抗とし
て設定すれば良い。

逆に、雪崩降伏による場合には、第三領域近くの第二半
導体領域までには空乏層が伸びてきていないので、そこ
のシート抵抗ないし抵抗率は異常に高くなることはな
い。

また、上記構成要件中の式に基づいて決定される第三
領域ｘ方向寸法には、当該第三領域の厚味寸法を補正要
因として加味することも考えられるが、一般に第三領域
の厚味は当該第三領域のｘ方向寸法を相当狭くしてもそ
れに比し極めて薄いことが多いし、また、特に雪崩降伏
型に認められるように、寸法的には多少、厚くなったと
しても（それでも一般には数ミクロン・オーダに留まる
が）、第二半導体領域に対して第三領域が拡散によって
形成された領域であるような場合には、第三領域両側に
おける横方向の拡散抵抗は第一、第三領域に挟まれた部
分の第二半導体領域抵抗に比し極めて低いので、やはり
上記構成要件中の式を求めるに際してはその影響を無
視することができる。もっとも、無視せねばならないこ
とはなく、上記構成要件中の式に基づいて第三領域ｘ
方向x_Eが規定される限り、そのような適当量の補正は当
然に許容することができる。

しかるに、本発明によると、上記した“小さなサージ”
に対する誤応答が防げるに加え、これと目的こそ同様で
あっても、第四領域または第一デバイス端子に対し、第
一半導体領域を単にオーミック接触させた部分を有する
だけの従来例ではデバイスとしての逆耐圧を持つことが
できなかったのに、このようなオーミック接触構造を必
須とはしないため、有意の逆耐圧を持つことができる。

しかも、上記構成要件による第三領域周りの電流分布
の均一化は、ブレーク・オーバ電流や保持電流の制御性
向上、サージ耐量の確保という効果にも継がる。

さらに、本発明の別な態様として、構成要件をも加え
た場合には、ブレーク・オーバ動作を確保できる前提の
下に、デバイスが破壊に至らない範囲の最大の保持電流
値I_Hmaxの値に基づき、第三領域のｘ方向寸法x_Eの下限
に関しての規定もでき、より実際的なデバイスの構築を
確実化することができる。

また、構成要件を加味した場合には、被保護回路によ
って要求される値が異なるが、デバイスがブレーク・オ
ーバした状態を維持するに必要な最小の保持電流値I_Hmi
nが具体的に与えられた場合、その値に基づき、第三領
域ｘ方向寸法x_Eの上限値を決定することができる。

この構成要件は、上記した構成要件と共に用いられ
るので、当該構成要件中の式によって規定される第三
領域ｘ方向寸法x_Eの上限に対し、この構成要件中の式
によって規定される上限が絶対値において小さい場合に
は、当該構成要件中の式が拘束力を持つし、逆ならば
逆になる。

また、実際上、第四領域から注入された少数キャリアが
第二半導体領域に到達する割り合いβを求めれば、上記
構成要件に代えて上記構成要件を採用し、構成要件
中の式によって決定される第三領域ｘ方向寸法x_Eをさ
らにβ分の一の平方根倍にすることにより、サージ誤応
答に対する対策としての第三領域ｘ方向寸法x_Eの上限規
定をもっと厳密にすることができる。

一方、後に詳しく説明するが、変位電位によって第三領
域がオンとなるとデバイスとしての誤応答が生ずるの
で、逆に言えばそのようにならない条件を上記により規
定したのであるが、構造的に言えば、上記した第三領域
のｘ方向寸法x_Eは、当該第三領域が矩形ないしほぼ矩形
の領域であって長辺と短辺とを有する場合には、当該短
辺幅をｘ方向寸法x_Eとすると効果的である。変位電流が
当該第三領域に沿って流れる経路が短い程、第三領域を
オンとする電圧値までの電圧降下が発生し難いからであ
る。構成要件はこのような作用を営むための限定であ
る。

もちろん、第三領域の平面形状が正方形の場合には、概
念的には一応、長辺と短辺があると考え、その上で、そ
れら両寸法x_E,y_Eが共に等しい特殊な場合と考えれば良
い。この点は第二半導体領域も矩形の領域として構成さ
れている場合には同様である。

また、第三領域が円形またはほぼ円形である場合には、
上記構成′に認められるように、第二オーミック電極
はこの第三領域の全周またはほぼ全周に沿って当該第三
領域と第二半導体領域の各表面に共通に接触している場
合には、上記した構成要件〜中に各示されている式
群にあって右辺平方根内の分子の係数が既述のように
“16"に変わるが、当該第三領域の直系x_Eに関して構成
要件′に認められるような条件を付すことで、先に述
べた作用についての説明はほぼそのまま援用することが
でき、全く同様に、第三領域が正多角形形状の場合に
は、上記構成要件による改変を施し、寸法x_Eを等価面
積の円の直径と置き代えれば、既述の作用はそのまま当
て嵌まる。

これは換言すれば、上記構成要件′により求めた直径
x_Eの円を等価面積の正多角形形状で置き換えることが可
能なことも意味している。

次に、すでに述べた構成要件〜は全て有しながら
も、構成要件を上記′に見られるように変更し、第
四領域は第一半導体領域との間で第二のpn接合を構成す
る半導体領域であることを限定した上で、新たに上記構
成要件，を付加し、第四半導体領域に対し当該第四
半導体領域にとっての少数キャリアを注入し得るＭ（≧
１）個の第五領域を加え、第一のオーミック電極がこの
第五領域のｘ方向両側において第四半導体領域の表面に
オーミック接触するようにすると共に、上記構成要件
も上記構成要件″にように変更し、当該構成要件中
における第三領域ｘ方向寸法x_Eに対しての上限規定は、
新たに設けられた第五領域に対しても適用できるように
した本発明サージ防護デバイスは、第一、第二デバイス
端子に印加されるサージの極性がいずれであっても、こ
れを吸収可能となる。

そして、いずれかの極性のサージ印加時におけるこの双
極性サージ吸収用サージ防護デバイスのなす作用につい
ては、実質的に片極性の基本構造に従う本発明サージ防
護デバイスに関して施した説明を援用することができ
る。サージの極性が異なるだけである。

つまり、構成要件〜を有して成る本発明サージ防護
デバイスの作用に関し、本項の最初で説明した所におい
て、サージの極性が反転した場合には、半導体領域に限
定された第四半導体領域が片極性デバイスの第二半導体
領域の果たす役割と同じ役割を演じ、同様に、新たに設
けられた第五領域が片極性デバイスの第三領域の果たす
作用を営む。当然、最初に降伏するpn接合は、第四半導
体領域と第一半導体領域とで構成される第二のpn接合と
なる。

したがって、このような構成は、双極性のサージが吸収
可能で、要すればサージ防護デバイスとしての逆耐圧特
性を保ちながら、なおかつ、既述した“小さなサージ”
には応答しないという極めて効果的な作用を生ずる。

もちろん、このようにして構成される双極性サージ吸収
用の本発明サージ防護デバイスに対しては、既述した他
の限定的構成要件中、片極性サージ吸収用とする場合に
付加し得る構成要件〜は第五領域に対するものとし
てもそのまま適用可能であり、それら付加的構成要件の
営む作用を全く同様に享受することができる。

ただ、双極性サージ吸収用の基本構成のままにおいて
は、上記各付加的限定構成要件を任意に組合せるにして
も、第三領域の数Ｎ（≧１）と第五領域の数Ｍ（≧１）
とは必ずしも同じでなくとも良く、また、第三領域ｘ方
向寸法についても第五領域ｘ方向寸法についても、それ
ぞれ独立に各構成要件中の条件式を採用することができ
るようになっている。

したがって、あえて第三領域の数と第五領域の数を変
え、また、第三領域のｘ方向寸法と第五領域のｘ方向寸
法等も互いに異ならせた場合（あるいは第二、第四半導
体領域の面積をも異ならせた場合）には、結果として、
作成された双極性サージ吸収用のサージ防護デバイスの
特性は、印加されるサージの極性に応じて非対称なもの
となる。

もちろん、使途に応じては、例えば第一デバイス端子側
が正となる極性における保持電流値に対し、第二デバイ
ス端子側が正となる極性のサージ印加時における保持電
流値は小さくても良いか、ないし小さい方が良い等とい
う特殊な要求も考えられるので、第三領域側と第五領域
側とで独立な設計ができることがむしろ望ましい場合も
ある。

が、その一方では、一般的な形態として、印加されるサ
ージの極性の如何には拘らず、対称的な電気的特性が要
求されることが多いのもまた事実である。

そこで、上記した構成要件は、それぞれ一つ以上の第
三領域と第五領域とが同じ数（Ｎ＝Ｍ）であり、かつ寸
法的にもそれぞれ同様であることを明示し、第二、第四
半導体領域の各面積同志も同様であることを明示するこ
とにより、そのような電気的特性の対称性を得るに好適
な構成を開示したものである。

なお、上記した構成要件〜は、逆に言えば第三領域
のｘ方向寸法x_Eによっての保持電流の制御性が良好なこ
とも示しており、また、上記動作原理からしても明らか
なように、保持電流とブレーク・オーバ電流とは極めて
相関が高いため、結局はブレーク・オーバ電流の制御性
も増すことになる。

もちろん、この双極性サージ吸収用とした本発明のサー
ジ防護デバイスに対しても、第三領域や第五領域が円形
またはほぼ円形、ないし正多角形またはほぼ正多角形の
場合につき、片極性サージ吸収用のサージ防護デバイス
と同様の取扱いをなすことができ、同様の作用を得るこ
とができる。

［実 施 例］ 以下、添付図面に示す本発明各実施例につき詳記する
が、予め述べて置くと、片極性サージ吸収用として構成
された本発明サージ防護デバイスも、両極性ないし双極
性サージ吸収用として構成された本発明サージ防護デバ
イスも、それぞれに適当な幾つかづつの実施例を有する
ものの、すでに述べてきたように、両者の間には極めて
密接な関連があるので、互いに参考にすることができ
る。

まず、本発明のサージ防護デバイス20として基本的な片
極性サージ吸収用のデバイスにつき、その原理構造に近
い構造を持つ第１図（ａ），（ｂ）の実施例から説明す
る。

いずれの実施例でも、第一導電型の第一半導体領域21と
しては、限定的ではないが、一般的な場合として、いわ
ゆる半導体ウエハから供給された半導体基板を用いてい
る。

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（表面側）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。

ただし、第１図（ａ）に示される構造においては第三領
域23は単一の領域であるが、第１図（ｂ）においては少
なくとも図示の一断面において複数個（図示の場合、四
個）が並設されたものとなっている。また、ここで最初
に述べる本実施例の場合、各第三領域23は長辺方向と短
辺方向を有する矩形の外形輪郭を持つ場合を想定してお
り、図示の断面はその短辺方向に沿う一断面である。

もっとも、特に第１図（ｂ）に示されている構造の場合
には、図示の一断面においては複数Ｎ個に分割されてい
る第三領域23も、その長辺方向の端部においては互いに
接続されていて良い。ただ、当該数Ｎに関しては、第１
図（ａ），（ｂ）を共に取扱うときに便利なように、こ
れを１以上の数とする。したがって、第１図（ａ）に示
されている構造はＮ＝１の場合に相当し、第１図（ｂ）
に示されている構造はＮ＝４の場合に相当する。

このような表面側構造に対し、第一半導体領域21の裏面
側には、第二半導体領域22に対し厚味方向で対向する位
置に第四領域24が形成されている。

これら実施例に関する図面中では、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22の導電型はｐ型となっている。

また、すでに述べた作用の項の説明や後述の説明からも
明らかなように、第三領域23は第二半導体領域22に対し
整流性の接合を形成し、第二半導体領域中に当該第二半
導体領域24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、かつまたオンとなるべき電圧
値としての順バイアス電圧（順方向電圧）Vfが規定でき
るものであれば良いし、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中に少数キャリア
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はブレーク・オーバ後の主電
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
（図中では濃度表記＋，−は省略する）。

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2
1,22,23,24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。

なお、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。同様に、これも予め述べておくと、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
に援用することができる。

さて、本発明のサージ防護デバイス20は、本質的に二端
子デバイスであるが、その中の一方の端子である第一デ
バイス端子T₁は第一のオーミック電極32を介して第四半
導体領域24に電気的に接続しており、他方の端子である
第二デバイス端子T₂は後に詳しく説明する第二のオーミ
ック電極33を介して第二半導体領域22と第三半導体領域
23とに共通に電気的に接続している。

このような第１図（ａ），（ｂ）に示されたサージ保護
デバイス20においては、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、ここではすでに第８図から第10図
に即して説明した従来例との対比を容易にするため、パ
ンチ・スルー現象を利用する場合につき説明する。

まず、第一、第二デバイス端子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
て図示の場合は第四半導体領域24に接続した第一デバイ
ス端子T₁側が正となる位相）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、第二領域間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（それでも基板21
よりは濃くて良い）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内に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10の動作特性を示す第９図中において電
圧軸上、降伏電圧V_BRと示された点である。本発明のサ
ージ防護デバイス20でも、その動作特性の傾向は当該従
来例の説明に用いた第９図を使うことができる。

一方、例え第二半導体領域22と第三半導体領域23とが第
二デバイス端子T₂に共通に接続されることでその表面に
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
の電流値と、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（図示の場合は第
三半導体領域23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、以降、第三半導体領域23から第
二半導体領域22に対して第二半導体領域22にとっての少
数キャリアの注入が起こる。

そして、この第二半導体領域22への少数キャリアの注入
は、第９図中、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更なる増大を招く
ことにより、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、当該第９図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I_BO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、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
V_BO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V_BRよりも低いクランプ電圧V_P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。

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,T₂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I_Hと呼ばれる。

なお、クランプ電圧V_P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V_P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V_BRで立ち上がり始めるときの初期
降伏現象には第一、第二半導体領域21,22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小限度に抑え、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V_BR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V_P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。

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、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V
_BO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場合が
ある。

つまり、すでに述べた通り、第１図（ａ），（ｂ）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ると、その時に逆バイ
アスされるpn接合が第一半導体領域21と第二半導体領域
22とにより形成されている。

このような接合には接合容量Cjが見込まれるので、第
一、第二デバイス端子T₁,T₂間に印加されたサージの電
圧の時間微分値（dV/dt）に応じ、この接合容量Cjを充
電する過渡的な電流として、先の式で表される変位電
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、例えば電話通信線路への雷サージ印加時等
にあって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、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、結構大きな値の変位電流itが
瞬時ではあるが流れることもあり、そうなると、当該サ
ージの尖頭電圧値は設計上のブレーク・オーバ電圧V_BO
に至っていないのにも拘らず、デバイスがブレーク・オ
ーバすることがある。換言すれば、印加されるサージの
速さないし鋭さに応じ、サージ防護デバイスとしてのブ
レーク・オーバ電圧V_BOが変動してしまうことになる。

そこで、本発明のサージ防護デバイス20においては、次
のような工夫により、そのように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
V_BOを設計された一義的な値に安定化させるべく計って
いる。

まず、構造的な工夫ないしは前提条件ではあるが、第一
デバイス端子T₁に対して第四半導体領域24の電気的接続
を採るために設けられるオーミック電極32と、第二、第
三半導体領域22,23を第二デバイス端子T₂に対して電気
的に接続を採るために設けられるオーミック電極33の
中、前者はともかく、後者のオーミック電極33に関して
は、寸法部分P_O,P_Oで示されているように、第三半導体
領域23の表面に接する部分の両側が共に、第二半導体領
域22の表面上にまで伸びていることが必要である。オー
ミック電極33に関してのこのようなパタンの限定が何故
有利なのかは、本発明者の得た知見からして次のように
説明することができる。

本発明のサージ防護デバイスを縦型構造に作製した場
合、第２図に仮定のデバイス構造20′として示している
ように、もし、第三半導体領域23と第二半導体領域22に
共にオーミック接触するべきオーミック電極33が、第三
半導体領域23から見てその片側部分P_Oでしか、第二半導
体領域22に接触しておらず、これと横方向に対向する側
での接触最端部Piは第三半導体領域23の表面上に留まっ
ているとすると、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）f_H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てオーミッ
ク電極33の部分P_Oに達するが、例えば第２図中に点Ａで
模式的に示すように、部分P_Oから離れた側の点を通るよ
うな正孔流f_H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、オーミック電極33
の当該部分P_Oに至らない。

ということは、この経路に沿っての正孔流f_Hによる電圧
降下が、相対的に短い他の経路に沿っての正孔流による
電圧降下よりも早く、第三半導体領域23を順バイアスす
る電圧に達してしまうことになり、当該Ａ点近傍の端部
からターン・オンが開始することになってしまうのであ
る。

これはもちろん、電流分布の均一性を大いに阻害し、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。当然、ブレーク・オーバ電流I_BOや保持電流I_H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
結果が得られないし、このようなオーミック電極構造は
また、ここで問題にしている小さなサージに対しての誤
応答も促進し兼ねない。

すなわち、小さなサージに伴う既述の式に従う変位電
流itについても、結局の所、第２図中における正孔流f_H
の集合として表すことができるので、同様に当該変位電
流itに基づく正孔流f_Hが例えば第２図中のＡ点を通った
場合、このＡ点において第三半導体領域23を順バイアス
するに要する電圧が簡単に発生してしまうことが考えら
れるのである。特に降伏メカニズムにパンチ・スルーを
利用した場合には、パンチ・スルーが発生した直後の第
二半導体領域の当該部分の抵抗は極めて高くなるため、
僅かの電流でも第三領域23の順バイアス電圧Vfが生じて
しまう。

これに対し、第１図示のように、第二、第三半導体領域
22,23を共通に第二デバイス素子T₂に接続するオーミッ
ク電極33が、当該第三半導体領域23の両側にて第二半導
体領域22に共に接触する部分P_O,P_O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事前段階で、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
f_Hや、上記した変位電流itに伴う正孔流f_Hは、当該第１
図中に模式的に矢印で示すように、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よ
り均一な流れとなり、ブレーク・オーバ電流や保持電流
の制御性向上、サージ耐量の確保という効果に加え、電
流経路も短くなって、変位電流itに対するある程度の耐
性をも持つことができるのである。

さらに、このような電流経路の長さの故に、そこを流れ
る電流の値が小さくても第三半導体領域23を不測にも順
バイアスする結果になることを考えると、小さなサージ
に対する耐性を少しでも高め、また、後述するように保
持電流I_Hの値もある程度大きく採ることが要求される事
情等にも鑑みた場合、第三半導体領域23の平面形状が短
辺と長辺のある矩形形状であるならば、その短辺方向に
沿ってのみ、図示のように第二半導体領域表面上にまで
伸び出したオーミック電極部分P_O,P_Oを設けることが望
ましいし、逆に後述するように、第三半導体領域23の平
面形状が円形またはほぼ円形であるか、あるいは正多角
形またはほぼ正多角形である場合には、面内方向のどの
方向に沿う断面を採っても第１図示のような構造となる
ように、当該第三半導体領域23の平面形状の全周または
ほぼ全周に沿って第二半導体領域22の表面にも共に接触
するオーミック電極部分P_O,P_Oがあることが望ましい。

こうしたことから、図示されている実施例では、第三半
導体領域23が矩形の場合にはこのような部分P_O,P_Oが並
置される方向をｘ方向とし、かつ、このｘ方向を第三半
導体領域23の短辺方向としたのである。ただ、予め述べ
て置くと、このｘ方向と、第１図（ｂ）に示されている
ように複数の矩形第三領域部分を設ける場合の当該並設
方向とは直接の関係はなく、図示の場合は一致している
が、一致しておらず、例えば直交していても良い。

ただし、当該並設関係について言うならば、それら全部
でＮ個の第三半導体領域23は、各々同じ幅寸法ないし面
積で、同じ間隔を置きながら並設されていることが望ま
しい。幾何的な均一性は電流の均一性をも生み、図示の
ように、複数の第三半導体領域23の並設方向と第二オー
ミック電極の部分P_O,P_Oが設けられる方向とが一致して
いる場合には特にそうである。円形や正多角形の場合に
は、第三半導体領域平面形状の望ましくは全周に沿って
当該部分P_Oが形成されるので、第三半導体領域並設方向
に対しての部分P_Oの並び方向という概念はなくなるが、
それでももちろん、各第三半導体領域はそれぞれ同じ面
積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。

なお、複数の第三半導体領域の並設は、面内二次元方向
に行なうこともできる。

また、事実として、第１図（ａ）に示されるような単一
の第三半導体領域23をのみ、有する場合よりも、第１図
（ｂ）に示されるように、第三半導体領域23を少なくと
もｘ方向に沿う一断面において複数個とし、これらを均
等に配置した方が、一層、均一な電流分布を得ることが
でき、ブレーク・オーバ電流I_BOや保持電流I_Hの制御性
も高まることが確認されているし、サージ耐量も概ね、
素子面積に比例して増大する結果が得られた。

さて、既述した通り、第一半導体領域21と第二半導体領
域22との間の接合容量Cjの存在により、第１図示の本発
明サージ防護デバイス20の第一、第二デバイス端子T₁,T
₂間に電圧の時間微分値（スルー・レイト）がdV/dtのサ
ージが印加され、この接合容量Cjが充電する過渡的な電
流として、 it＝（dV/dt）Cj ‥‥‥ なる変位電流itが流れたとしても、もし、この大きさ
が、第三半導体領域23を順バイアスするに要する電流値
Iffよりも小さければ、当該変位電流itによってデバイ
スが誤応答することはない。

本発明はまさしく、このような発想に従っているので、
ここでそうなるための条件を求めてみる。ただし、第三
半導体領域23は、すでに述べたように、この実施例では
まずは矩形形状をしているものとする。

第１図（ｂ）に示されるように、それぞれのｘ方向（こ
の場合、短辺方向）寸法がx_Eである矩形の第三半導体領
域がＮ（＝４）個ある場合、第二半導体領域22をその短
辺方向にＮ分割し、一つ一つの分割された第二半導体領
域22のｘ方向寸法がx_Bであるとしてみる。すなわち、第
二半導体領域22の全ｘ方向寸法L_Tは、 L_T＝Ｎ・x_B ‥‥‥ である。

そして、このｘ方向寸法x_Bの第二半導体領域部分をそれ
ぞれ第二半導体領域の単位領域と呼び、各第三半導体領
域23は、それぞれこの第二半導体領域22の単位領域の横
方向中央に位置しているものとし、そのようにした一つ
一つの構造部分を単位構造と考えてみる。

こうすると、第１図（ｂ）に図示された本発明のサージ
防護デバイスは、ｘ方向寸法x_Bの第二半導体領域22中に
ｘ方向寸法x_Eの第三半導体領域23を一つだけ横方向中央
に配置した単位構造を、隣接する第二半導体領域部分同
志を共通に連続させながら四つ、横方向に並設したもの
と見ることができ、逆に、このような単位構造という概
念を導入すると、第１図（ａ）に示される本発明のサー
ジ防護デバイス20は、上記においてＮ＝１の特殊な場合
に相当することになる。

もちろん、第三半導体領域23のｘ方向寸法x_Eは、本発明
の限定に係る条件式に従って決定されるにしろ、絶対値
においては様々に異なることができるので、例えば第１
図（ａ），（ｂ）の図面スケールが互いに異なるものと
考えて、第１図（ｂ）に示される計四つの第三半導体領
域の各ｘ方向寸法の総和４・x_Eが、第１図（ａ）に示さ
れる単一の第三半導体領域のｘ方向寸法x_Eとなっている
と見ても良い。

換言すれば、トータルでのｘ方向寸法Ｘの第三半導体領
域23は、単一の広い寸法Ｘの第三半導体領域23のみで構
成されていても良いし、これをＮ分割して、それらＮ個
の第三半導体領域の各々のｘ方向寸法x_EがX/Nになって
いても良い。

いずれにしても、上記の理由から、Ｎを１以上の整数と
した場合、デバイス20として第一、第二デバイス端子間
T₁,T₂間に印加される“小さなサージ”に基づく変位電
流itは、Ｎ個の第三半導体領域23の各々に関しては、it
/Nとして考えるべきである。これは、第一半導体領域21
と第二半導体領域22との全接合容量Cjは、各単位構造当
たりにはＮ分割されることから当然である。

また、Ｎ個の第三半導体領域を順バイアスするに必要な
電流Iffも、一つ一つ当たりにＮ分の一にして考えるべ
きである。

ここで、上記で用いた記号の外、次の記号を定義する。

y_E:第三半導体領域23のｙ方向寸法， y_B:第二半導体領域22のｙ方向寸法， ρ_B:第一、第三半導体領域間の部分における第二半導体
領域のシート抵抗， しかるに、Ｎ個の第三半導体領域23を順バイアスするに
必要な電流Iffの電流密度Ｊは、 Ｊ＝Iff/N・x_B・y_B ‥‥‥ で表される。この式の右辺分母は、結局の所、第二半
導体領域22の全面積S_B（＝Ｎ・x_B・y_B）であり、後に明
らかなように、これはまた、第三半導体領域23の平面形
状や数によらず、上記では便宜のために単位構造として
分割して考えた第二半導体領域22については、その全面
積を考慮すれば良いことを意味している。

一方、第三半導体領域23がオンとなるべきときの順方向
電圧Vfは一般には0.5V程度であるが、同じ電流値ではあ
っても、当該電流が第三半導体領域下面に沿って長い経
路に沿って走った結果、この順方向電圧Vfに相当する電
圧降下が最も生じ易い点というのは、第１図示の本発明
デバイス構造の場合、既述した通り、オーミック電極33
がそのｘ方向両側部分P_O,P_Oにおいて共に第二半導体領
域22に接触している結果、各第三半導体領域23の底面に
おいて横方向（ｘ方向）中央の点となる。これは丁度、
第１図中において模式的に矢印f_Hで示した正孔流が同じ
く図面中にあって左右に分岐する点として示された個所
にほぼ相当する。

したがって、このように左右に均等に振り分けられる電
流によって第三半導体領域23がオンとされてしまうこと
を考える場合には、第三半導体領域23のｘ方向寸法の中
央の点から左右いずれか半分の部分に関してのみ、その
下面における電圧降下を考えれば良い。

したがって、当該第三半導体領域23の順バイアス電圧Vf
は、上記の電流密度Ｊを用い、次式で示すことができ
る。

そこで、これを計算し、電流密度Ｊにつき解くと、次式
が得られる。

そのため、上記式とこの式を電流密度Ｊに関し等し
いと置くと、Ｎ個の第三半導体領域23を順方向にバイア
スするに必要な全電流Iffについて解くことができ、次
式のようになる。

その一方、第一半導体領域21と第二半導体領域22とで形
成される接合容量Cjは、単位面積当たりの接合容量をC_O
とすると、 Cj＝C_O・S_B ‥‥‥ で表せるから、立ち上がりの速さないし鋭さがdV/dtの
サージが第一、第二デバイス端子T₁,T₂間に印加された
とき、これに伴う既述式の変位電流itは、 it＝C_O・S_B（dV/dt） ‥‥‥ と書き直すことができる。

したがって、こうした変位電流itにより、第三半導体領
域が順バイアスされないためには、 it＜Iff ‥‥‥ が満たされれば良いので、先の式，式とこの式と
から、全部でＮ個ある各第三半導体領域23の各ｘ方向寸
法x_Eに関して解くと、 なる重要な結果が得られる。

つまり、被保護回路のインピーダンスの関係等もあっ
て、それ以上鋭い（速い）立ち上がりのサージは考えら
れないか、または対象とする必要がないが、ここまでの
鋭さのサージに対しては誤応答を生じさせたくないとす
る当該鋭さdV/dtを決定すれば、後のパラメータは全て
既知であるので、それらと共に当該決定したdV/dtの値
を式に代入することにより、各第三半導体領域23を形
成する際のｘ方向寸法x_Eの上限を決定することができ
る。

しかも、第三半導体領域23のｙ方向の寸法y_Eや第二半導
体領域22の面積S_B等は無関係となっている。したがっ
て、それら各領域の実際の作成に関し、製造寸法パラメ
ータに起因する誤差要因はその分、確実に減らすことが
できる。

これは、第三半導体領域23が円形かそれに近い形状の場
合、あるいは正多角形ないしはそれに近い形状の場合に
も、上記式中、右辺平方根内の分子“8Vf"を“16Vf"
に変更すれば同様のことが言える。

すなわち、第三半導体領域23が直径x_Eの円形であった場
合、第二オーミック電極33の部分P_Oはこの第三半導体領
域の全周またはほぼ全周に沿って設けられているので、
例えば第１図中においてその中心に向かって第二半導体
領域22中を厚み方向（深さ方向）に流れてきた正孔流f_H
は、当該第三半導体領域23を底をなめながら放射状に均
等に流れて行くと考えられる。

したがって、中心位置からの微小半径増分に伴う面積部
分に関する電流増分を求め、かつ中心位置から任意の位
置ｘまでの当該面積部分に関する抵抗値を求める計算式
を立てて、中心位置における電位降下が上記順バイアス
電圧Vfよりも小さくなる条件式を求めると、結果として
は上記の通り係数が変わるだけで、式は、x_Eを第三半
導体領域23の直径として、 となる。

そして、この条件は、このようにして直径を求めた円に
近い正多角形でも近似することができるので、換言すれ
ば、第三半導体領域23が正多角形またはほぼ正多角形の
場合、その面積と等しい円の直径x_Eに関する式として上
記式′を読み直せば良いことになる。

このようにして、本発明の最も基本的な目的の一つとし
て、第10図に示された従来例のように、第四半導体領域
24の側から別途第一半導体領域21にオーミック接触した
電極を介し、第一半導体領域21にとっての多数キャリア
を流し込むことによって第一、第二半導体領域21,22間
の接合容量Cjを充電してしまおうとする手法に依らなく
とも、高いdV/dt値のサージに対する対策を立てること
ができる。

また、上記のような第四領域24と第一半導体領域21とに
共通接触するオーミック接触構造を必須としないのであ
るから、第１図示のように、裏面側のオーミック電極は
第四半導体領域24に対してのみ、導通を採るように構成
することで、サージ防護デバイス20としての逆方向耐圧
も確保することができる。

なお、降伏メカニズムが特にパンチ・スルーであるよう
な場合、変位電流itによって第一、第三領域間にパンチ
・スルーが生じた直後は、それらの間にある第二半導体
領域のシート抵抗も相当高くなる。しかし、この領域中
を電流が流れ出すと空乏層も縮小し、少なくとも第三半
導体領域をなめるような直近の部分ではそのシート抵抗
はそのときの電流値に見合っての第二半導体領域に本来
見込まれるシート抵抗値ないしはそれに近くなる。

したがって、上記したシート抵抗とは、そのような場合
の第二半導体領域のシート抵抗として設定すれば良い。
逆に、雪崩降伏による場合には、第三半導体領域近くの
第二半導体領域までには空乏層が伸びてきていないの
で、そこの抵抗はそのときの電流値に応じた第二半導体
領域のシート抵抗に基づき、異常に高くなることはな
い。

また、上記′式や′式に従う場合にも、第三半導体
領域23のｘ方向寸法x_Eや直径x_Eには当該第三半導体領域
の厚味寸法h_Eを補正要因として加味することも考えられ
るが、一般に第三半導体領域の厚味h_Eは当該第三半導体
領域の短辺幅や直径を相当短くしてもそれに比してさえ
極めて薄く、代表的にはせいぜい１〜２μｍ程度である
し、また、特に雪崩降伏型に認められるように、寸法的
には多少、厚くなったとしても（それでも数μｍオーダ
には留まることが多い）、第二半導体領域22に対して第
三半導体領域23が拡散によって形成された領域であるよ
うな場合には、第三半導体領域23の断面両側における横
方向の拡散抵抗は第三半導体領域下の第二半導体領域抵
抗に比し極めて低いので、このような第三半導体領域の
厚味h_Eはその影響を無視することができる。

ただし、無視することが最も簡単ではあるが、無視せね
ばならないことはなく、上記式や′式に基づいてい
る限り、第三領域に関する寸法x_Eにそのような適当量の
補正を施すことは当然に許容することができる。しか
し、本書では以降、便宜のため、当該第三半導体領域23
の厚味h_Eは無視する。

しかるに、本発明では、さらに第二の目的として、保持
電流I_Hについても配慮している。

要求される保持電流I_Hの値は、被保護回路のインピーダ
ンスと、当該回路で定常的に使用される電流値とに鑑
み、サージ消失後、速やかに高絶縁オフ状態に戻る値と
して決定されるが、一般に通信回線の保護等において
は、この保持電流I_Hは最低でも100mA程度以上は要求さ
れることが多い。

その一方、高ければ高い程良いというものでもなく、も
ちろんのこと、サージ防護デバイス自体が自己破壊する
程の電流値となって良い訳がない。しかし、逆に言うな
ら、自己破壊しない範囲であれば、保持電流値は相当高
い値に設定した方が良いこともある。本出願人は先に挙
げた公報類にてすでに開示の発明に基づき、また、本願
開示の所に基づき、極めて多くの種類のパンチ・スルー
型サージ防護デバイスを製造し、あるいは試作してきた
が、保持電流I_Hの最大許容値は電流密度に直して1.5A/m
m²程度、欲しいことも多かった。

そこで、この保持電流I_Hというものにつき考えるに、こ
こでもまず便宜のため、第三半導体領域23が矩形の平面
形状を持っている場合で代表して説明すると、これは、
面内一方向に沿う一断面において全部でＮ個の第三半導
体領域23が少数キャリア注入を止めるときに相当する先
の電流値Iffと、裏面側の第四半導体領域24からの少数
キャリア注入が止まるときの電流値I_Cとの和（すなわち
I_H＝Iff＋Ic）と考えることができる。

電流値Iffについては、先に式にて求めた通りなの
で、例え上記の電流値I_Cが零の場合でも所望の保持電流
I_Hを得るためには、結局、当該式中のIffを保持電流I
_Hで置き換え、これを各第三半導体領域23のｘ方向寸法x
_Eについて解くことにより、次式を得ることができ
る。

したがって、この式により求めた各第三半導体領域23
のｘ方向寸法x_Eが上記した当該ｘ方向寸法上限式をも
満たすようにしながら、保持電流I_Hを設計することがで
きるが、逆に考えると、必要な最小保持電流I_Hminの値
（例えば上記のように100mA）のときに必要となるｘ方
向寸法x_Eが、上記式にて規定されるｘ方向寸法x_Eの上
限よりもさらに短くなる場合には、上記式を上限式に
置き換えて、 とし、上記式と′式のどちらか小さい方の値を上限
として、その寸法未満で各第三半導体領域23のｘ方向寸
法x_Eを設計することになる。

しかし実際には、上記式の方が大きな値となる傾向に
あるので、応答させたくないとするサージのdV/dt値を
決定し、これに基づいて上記式の上限を求めても、な
お、必要な最小保持電流I_Hminは十分に確保されること
が多い。

逆に、上記式を変形することで、各第三半導体領域23
の下限値について考慮した方が遥かに有利である。言い
換えれば、サージ防護デバイスが自己破壊しないという
条件を満たす上で、どこまで、各第三半導体領域23のｘ
方向寸法x_Eを狭められるか、ということを考えた方が実
用的である。

そこで、上記式を、許容し得る最大保持電流I_Hmaxに
関しての各第三半導体領域23のｘ方向寸法x_Eの下限式に
変形すると、 となる。

このようにして、本発明では、第三半導体領域23の各々
のｘ方向寸法x_Eに関し、その上限として上記式を、ま
た下限として上記式を提示するが、ここで具体的な例
を挙げてみる。

試作例は極めて多数に昇ったが、その中から第二半導体
領域22が500μｍ角、すなわち上記ｘ方向寸法x_Eもｙ方
向寸法y_Bも共に等しく500μｍであり、第一半導体領域2
1とによって見込まれる接合容量Cjが23_PF、第二半導体
領域の第三半導体領域下面におけるシート抵抗が動作電
圧ほぼ150Vで14200Ω／□であった素子を代表的に取り
上げてみる。

この素子において、dV/dt値が100V/μｓ以下のサージに
は応答させないようにしたい場合、上記，式に各値
を代入、演算すると、そのときの電流値Iffは2.3mA以上
あれば良いと計算される。

そこで、当該Iff値や既掲の他の値を上記式に代入
し、計算すると、第三半導体領域23の短辺幅x_Eは175μ
ｍ以下ならば良いことになる。また、その寸法範囲にあ
れば、上記式を保持電流I_Hについて解き、計算すると
明らかなように、短辺幅x_Eが上限寸法175μｍにあると
きにも、その保持電流I_Hの値は、先に必要な最低保持電
流I_Hminの値として仮定した例えば100mAを十分に越えた
値となる。

逆に、自己破壊を考え、最大保持電流値I_Hmaxを500mAに
設定した場合、短くできる方の下限につき、式に基づ
いて計算すると、各第三半導体領域23のｘ方向寸法x_Eは
ほぼ12μｍと求められる。

したがって、このようなデバイス・パラメータ例の場合
には、各第三半導体領域23のｘ方向寸法x_Eを最低12μｍ
から最大175μｍの寸法範囲内で、必要な保持電流値I_H
の値を満たすように設計できることが分かる。また、本
発明デバイスの動作原理からして明らかなように、降伏
メカニズムが何であっても、上記のようにして保持電流
を制御できれば、これに連れてブレーク・オーバ電流を
も制御できる。

このようなことは、第三半導体領域23が円形の場合にも
適用でき、寸法x_Eをその直径とし、上記式の代わりに
記述の′式に即するものとした上で、先の′式を、 とし、上記′式と″式のどちらか小さい方の値を上
限として、その寸法未満で各第三半導体領域23の直径x_E
を設計すれば良い。

全く同様に、許容し得る最大保持電流I_Hmaxに関しての
各第三半導体領域23の直径x_Eの下限式としては、上記
式の変形として、 なる式に従えば良い。

第三半導体領域23の平面形状が正多角形の場合にも、上
記各式′，″，′により求めた直径x_Eの円の面積
に等しい大きさに当該正多角形を形成すれば良い。もち
ろん、円の場合にも正多角形の場合にも、さらには矩形
の場合にも、ある程度の製作公差は許容できるし、その
意味で、あえて意図的に少し変形した部分を有するよう
に形成する場合も含み、ほぼ円形やほぼ正多角形の場合
も許容し得ることは明らかである。

なお、第三半導体領域23が円形や正多角形等の場合に
は、複数を並設するに際しても、単に縦横に並べるだけ
ではなく、例えば蜂の巣状に並べること等も考えられ
る。

いずれにしても上記のような条件により、本発明によれ
ばこの種のサージ防護デバイスに関し、極めて重要な設
計指針が与えられることが証明されるが、次に、サージ
耐量について考えてみる。

既述の動作メカニズムにより、この種のサージ防護デバ
イスでは、それがオンした後の主電流通路（デバイス電
流通路）は、第三半導体領域23と第四半導体領域24とを
主として通るものとなる。したがって、第三半導体領域
23の面積が大きい程、サージ耐量は増すことが容易に予
想される。

そこで、第三半導体領域23は複数個設けるという条件の
下で、第二半導体領域の面積S_Bに対する第三半導体領域
23の相対的な全面積（すなわちＮ・x_E・y_E）の比を変化
させ、サージ耐量の変化を見た。

その結果は第３図に示されているが、試作範囲は、当該
サージ耐量が飽和傾向を示し始める点に近い、第二半導
体領域面積S_Bに対する第三半導体領域面積（Ｎ・x_E・
y_E）の比が67％から、小さな方では20％で終えており、
面積比60％以上では実際のサージ耐量はほぼ80A/mm²以
上が得られている。

面積比が20％の場合にも、サージ耐量は面積比60％素子
の半分程度になっているが、基本的に必要なブレーク・
オーバ特性は示すことが確認されたので、第１図に示さ
れているような片極性サージ吸収用の本発明サージ防護
デバイス20の場合には、当該第３図からして、第二半導
体領域に対する第三半導体領域の面積比が20％から80％
の範囲内であれば良好なサージ耐量特性が得られること
になる。したがって、この範囲内で上記した第三領域の
ｘ方向寸法x_Eを設計することが実際には最も望ましい。

ただ、トータルでの面積が同じであっても、第三半導体
領域23を少なくとも面内一方向に沿う断面において複数
個、特に均等寸法の複数個から形成した場合（これと直
交する方向の端部相互では互いに接続されていても良
い）に比し、単一の第三半導体領域でその面積の全てを
占有した場合には、サージ耐量は減少傾向を示し、30％
程度、落ち込むものもあった。ブレーク・オーバ電流I
_BOや保持電流I_Hについても同様であり、第三半導体領域
23のｘ方向寸法寸法x_Eが増すに連れて低下し、単一の第
三半導体領域23となると、やはり最大30％程度の低下は
覚悟せねばならなかった。

これは結局、先に第１図（ａ），（ｂ）の関係でも述べ
たように、第三半導体領域23を複数にすることが有効
で、より一層の電流の均一性が確保できることを裏付け
ている。

なお、第四半導体領域24から注入された少数キャリアの
中、第二半導体領域22に対してはβだけしか到達しない
ことが分かっている場合には、上記した式は、 と書き直して使用することもでき、当該βは実測ないし
は演算により求めることができる。もちろん、第三半導
体領域が円形や正多角形ないしはそれらに近い形状の場
合には、この式″は、右辺平方根内の係数項が“8"か
ら“16"に変わる。

なお、繰返すが、第二オーミック電極を矩形の第三半導
体領域23の長辺方向の両側に関して第二半導体領域22の
表面に共に接触させるようにした場合、つまりは上記ｘ
方向を第三半導体領域23の長辺方向とした場合にも、上
記式を始め、上記各式は有効に利用できる。ただ、短
辺方向とした方が、第三半導体領域の下面をなめる電流
経路がより短くなるので、電圧の時間微分値dV/dtの高
い“小さなサージ”に対する耐性は構造的にもより高ま
るということである。

さらに、こうしたことからすれば、既述した通り、面内
一方向の断面において複数個の矩形第三半導体領域23を
設ける場合にも、それらの並設方向と第二オーミック電
極33に設けられる部分P_O,P_Oの並設方向とは直交してい
なくても良いことが分かる。例えば第１図（ｂ）におい
て図面紙面と直交する方向に第二オーミック電極33の各
第三半導体領域23に関する部分P_O,P_Oが並設されている
状態を考えれば良い。

以上、第１図示の実施例に基づき説明してきたが、本発
明のサージ防護デバイスは20は、容易に双極性サージ吸
収用に改変することができる。

第４図（ａ），（ｂ）はそのようにする場合の基本的な
構成例を示している。

しかし、構造上、第１図示実施例と相違する所は少な
く、第四半導体領域24が第二半導体領域22と同様の半導
体領域とされ、かつ、この第四半導体領域内に第三半導
体領域23と同様の第五半導体領域25が備えられていて、
第一デバイス端子T₁は、第二デバイス端子T₂が第二、第
三半導体領域22,23に共通にオーミック接触したオーミ
ック電極33に導通しているのと同様、第四半導体領域24
のみならず、第五半導体領域25にもオーミック電極32を
介して接続している点位である。

換言すれば、この双極性サージ吸収用の実施例でも、す
でに述べてきた片極性サージ吸収用として構成された本
発明サージ防護デバイスの持つ構成要件は全て有してい
るので、それらについては同一の符号を付すと共に、特
に適用できない旨を述べない限り、それら各構成要件に
関してのこれまでの説明は全て援用することができる。

しかるに、こうした第４図示のサージ防護デバイス20で
は、第四半導体領域24がこれまで述べてきた片極性サー
ジ吸収用の本発明サージ防護デバイスにおける第１図示
構造中の第四半導体領域24と全く同様の機能を呈するよ
うに構成されているのみならず、印加されるサージの極
性が反転した場合には、上述した第二半導体領域22と等
価な半導体領域として機能し、全く同様に、第五領域25
は、これまでの説明におけるとは逆の極性のサージが印
加された場合、第三領域23に代わって当該第三領域23が
果たしていたと同等の働きをなす。

もちろん、この新たに追加された第五半導体領域25と第
四半導体領域24とにオーミック接触する裏面側オーミッ
ク電極32も、第五半導体領域25が矩形の場合には、少な
くともその面内一方向であるｘ方向断面においてその両
側に部分P_O,P_Oで示されているように、等しく第四半導
体領域24に接触していることが前提であるし、第三半導
体領域23が円形や正多角形ないしはそれらに近い形状の
場合には、当該第三半導体領域23の平面形状の周縁の全
周またはほぼ全周に沿って第二オーミック電極32が第二
半導体領域22の表面にも共に接触していることが前提で
あり、その上で、第五半導体領域25に関する寸法x_Eは、
それぞれの形状に応じて先に挙げた各式を満足している
ものである。

第１図示の片極性サージ吸収用のデバイス20について述
べてきたように、このデバイスでも、第一デバイス端子
T₁側が正、第二デバイス端子T₂側が負となる極性でのサ
ージ印加時には、第１図示デバイスと全く同様の動作を
なす。パンチ・スルーや雪崩降伏、ツェナ降伏等を起こ
すpn接合は第一半導体領域21と第二半導体領域22とで構
成されるpn接合であるし、新たに設けられた第五半導体
領域25は第四半導体領域24との間で逆バイアスとなって
有意の働きをしない。

これに対し、第二デバイス端子T₂側が正、第一デバイス
端子T₁側が負となる極性のサージが印加されると、パン
チ・スルーや雪崩降伏、ツェナ降伏等を起こすpn接合
は、第４図示のサージ防護デバイス20では第一半導体領
域21と第四半導体領域22との間の第二のpn接合となり、
第二半導体領域22との間で逆バイアスとなる第三半導体
領域23の方が有意の機能をしない状態（第１図示構造の
デバイスでサージ吸収対象極性とは逆極性印加時に相
当）となる。

念のため、降伏現象にはこれまでの実施例と同様にパン
チ・スルーを利用するものとして、これまでとは逆極性
のサージ印加時について述べてみると、第一半導体領域
21と第四半導体領域24との間の第二のpn接合が逆バイア
スされ、これにより生じた空乏層が第一半導体領域21の
側へのみならず、第五半導体領域25の側に向けても伸
び、やがてのことに当該空乏層の下方端部が第五半導体
領域25に達すると、第一半導体領域21と第五半導体領域
25間がパンチ・スルーする。

こうなると、第二半導体領域22の方から第一半導体領域
21内に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、これが第四半導体領域24で収集されて素子電
流の流れ始めとなる。

一方、例え第四半導体領域24と第五半導体領域25とが第
一デバイス端子T₁に共通に接続されることでその表面に
おいては互いに電気的に短絡されていても、第四半導体
領域24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、当該素子電流の第四半導体領域24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、第四半導体領域24と第五半導体領域
25とにより形成されている整流性接合（図示の場合は第
五半導体領域25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、以降、第五半導体領域25から第
四半導体領域24に対して第四半導体領域24にとっての少
数キャリアの注入が起こる。

そして、この第四半導体領域24への少数キャリアの注入
は、結果として第一、第二デバイス端子T₁,T₂間に流れ
る素子電流の更なる増大を招くことになり、これがま
た、第二半導体領域22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、当該第９図に示されている電圧対電流（Ｖ−
Ｉ）特性図に対し、原点対称な関係で第三象限に描かれ
るが、やがてのことに既述した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、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
−V_BOよりも絶対値において低く、さらには最初にパン
チ・スルーを開始した時の降伏電圧−V_BRよりも絶対値
において低いクランプ電圧−V_P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。

そしてまた、このように第一デバイス端子T₁側が負とな
る極性のサージにおいても、当該印加されたサージの電
圧がブレーク・オーバ電圧−V_BOより絶対値において小
さい範囲内にあるにも拘らず、その電圧の時間微分値dV
/dtが大きかったがためにターン・オン（ブレーク・オ
ーバ）してしまう誤動作が生ずるおそれは、既述の第二
半導体領域22に関する寸法パラメータを第四半導体領域
24のそれらとし、第三半導体領域23に対する各パラメー
タを新たに追加した第五半導体領域25のそれらとするこ
とにより、第五半導体領域の形状に応じて上記各式を満
たすことで同様に低減することができる。

保持電流、ブレーク・オーバ電流やサージ耐量について
の考察も然りであって、第１図示構造デバイスにおける
第二半導体領域22、第三半導体領域23、第四半導体領域
24に関する各説明を、それぞれ、第４図示構造デバイス
の第四半導体領域24、第五半導体領域25、第二半導体領
域22に対するものと読み換えれば、ほとんどそのまま、
適用することができる。

ただし、少し異なるのは、この第４図示構造デバイスの
ように、双極性サージ吸収用とすると、第１図示構造の
片極性サージ吸収用デバイスでは裏面側にあってデバイ
スがオンとなった後の主電流通路の一端側を形成する第
四半導体領域24の面積が極めて広く採れたのに対し、こ
の中に新たに逆極性サージ時に有効に機能する第五半導
体領域25を設けたことから、当該第四半導体領域24の面
積が小さくなったことである。

したがって、第１図示の片極性サージ吸収用のサージ防
護デバイス20におけると同一極性のサージ吸収時につい
て考えると、サージ耐量は一応、低下することが予想さ
れたが、実際には片極性サージ吸収用のサージ防護デバ
イスに比し、極端な低下を起こさない設計範囲があるこ
とが分かった。

第５図はこれを証明するもので、第４図示のように、全
ｘ方向寸法がL_T（第二半導体領域22の全ｘ方向寸法L_Tに
等しい）、これに直交するｙ方向寸法がy_Bの第四半導体
領域24中にあって、全ｘ方向寸法Ｎ・x_E（同様に第三半
導体領域23の全ｘ方向寸法に等しい）、ｙ方向寸法y_Eの
矩形第五半導体領域25の占める割り合いが減り、つまり
は残存する第四半導体領域24の有効面積が増す程、双極
性デバイスであっても片極性サージ吸収用デバイスのサ
ージ耐量の80％に向けて飽和し、十分なサージ耐量が得
られた。

逆に、第四半導体領域24中において第五半導体領域25の
占める面積が67％程度まで増えても、片極性デバイスの
場合の30％以上のサージ耐量は確保できた。もちろん、
必要なサージ耐量に応じ、第四、第五領域相互の面積比
は決定できるが、その範囲は種々多くの試作例で0.1〜
0.9の間まで、許容することができた。このことはま
た、逆極性についても言えるから、双極性サージ吸収用
とした本発明サージ防護デバイス20では、第二半導体領
域22中に占める第三半導体領域の全面積比も上記の値範
囲内となる。

以上、片極性サージ吸収用、双極性サージ吸収用のそれ
ぞれに対して本発明の有用性を説明したが、以下、本発
明のサージ防護デバイスに採用し得る他の構造的改変例
等につき説明する。

ただし、先の約束の通り、各実施例において採用した構
成要素は、他の実施例において特に適用できないことを
明言しない限り適用することができるし、もちろん、各
実施例において上記第1,4図示実施例に関し説明した各
寸法条件は全て満たしているものである。また、以下に
説明する第6,7図示実施例は双極性サージ吸収用として
の本発明デバイスの改変例であるが、第二半導体領域中
の第三半導体領域または第四半導体領域中の第五半導体
領域を除き、かつ、それらがあるがために必要となった
追加の構成要件等は除けば、容易に片極性サージ吸収用
としての第１図示サージ防護デバイスの他の改変実施例
となり得る。

まず第６図には、第４図（ａ）による本発明サージ防護
デバイス20の改変例が示されている。

一つづつ改変点につき説明するが、これまでは最初の降
伏メカニズムにパンチ・スルーを予定してきたが、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する場合に
は、第一半導体領域21と第二半導体領域22や、第一半導
体領域21と第四半導体領域24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は通常、局所的になり易い。

そこで、意図的にこのような降伏原理を採用する場合に
は、電流の局所集中現象を低減するために、第６図中、
仮想線で示されるように、第二、第四半導体領域22,24
と第一半導体領域21との接触面積領域に複数個所、適当
なるパタンで第一半導体領域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,……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。

逆に、本質的には最初の降伏メカニズムにパンチ・スル
ーを利用しようとした場合にも、第一半導体領域21と第
二、第四半導体領域22,24とで構成される第一、第二pn
接合部分の中、印加されるサージの極性に応じてどちら
か一方のpn接合の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と、やはり動作上、大い
に不都合である。

したがって、これを防ぐか抑制するには、当該第６図
中、符号34,35でそれぞれ示したように、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
オーミック電極33には第一半導体領域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、また、第四半導体領域24と第五半導
体領域25とに共通にオーミック接触するオーミック電極
32には第一半導体領域21の主面に表れている第四半導体
領域24とのpn接合の境界部分を越えて当該第四半導体領
域24から第一半導体領域21の上にまで張り出した部分35
を設けると良い。

これらの張出し部分34,35と第一半導体領域21の主面と
の間にはそれぞれ絶縁膜51が介在するが、このような張
り出し部分34,35はいわゆるフィールド・プレート34,35
となり、特に第一半導体領域21と第二、第四半導体領域
22,24とで形成される第一、第二pn接合のそれぞれの各
角部における電界の集中を緩和する作用を有する。

したがって、初期降伏現象にパンチ・スルーを利用する
場合に当該角部における不測の雪崩降伏等を避ける意味
から有効ではあるが、逆に、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、既述したように複数の高濃度不純物領域41,……
（第６図仮想線）を設ける等、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
てしまうのを予防することができる。

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34,35に代えて、あるいはこれに加えて、第４図
中、仮想線の領域61,62で示されているように、第二半
導体領域22と第四半導体領域24の周囲にそれらと同一導
電型であるがそれらには触れない状態でガード・リング
61,62を設けるのもまた良い配慮である。これはもちろ
ん、電界を緩和する働きを有し、各pn接合角部近傍にお
ける局所的な降伏を抑制する効果を持つ。

さらに、この第６図示の実施例では、表裏面の各オーミ
ック電極33,32は、それぞれ第二、第三半導体領域22,23
と第四、第五半導体領域24,25とに共通にオーミック接
触する必要があり、特に、第三、第五半導体領域23,25
のｘ方向両側の部分、またはその全周ないしほぼ全周に
沿う部分P_O,P_Oで、第二、第四半導体領域22,24にそれぞ
れ接触する必要があるが、部材としては必ずしも一連の
平面的な電極部材でなくとも良く、第三半導体領域23と
第二半導体領域22との接合が表面に表れている部分や、
第四半導体領域24と第五半導体領域25との接合が裏面に
表れている部分は、それら接合の表れている部分との間
に介在する絶縁膜52,52の上を渡し越していても良い。

次に、第７図を見ると、やはりどの実施例にも適用可能
な改変例のまた別な一例が示されている。

先にも少し述べたように、特に最初の降伏メカニズムに
雪崩降伏を利用する場合、例えば第７図中、第一半導体
領域21と第二、第四半導体領域22,24との第一、第二pn
接合のどちらかの角部Ｂ点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または第五
半導体領域25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または32の端の部分に
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、第７図中、仮想線で示したような補助領域23′,2
5′を設けると良い。

すなわち、この補助領域23′,25′は、第三半導体領域2
3や第五半導体領域25と同一の導電型であって同一のオ
ーミック電極33,32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23,25の幅よりも十分短く、望ま
しくは四分の一程度以下の幅であり、かつ、オーミック
電極33,32の両端接触部分Pi′,Pi′は、この補助領域2
3′,25′の表面部分で留まっている。

こうなっていると、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、例え第６図中に点々と模
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、仮想線の矢印f_H′で示すように、少数キャリア流
を直ちに最短距離で各オーミック電極に至らせることが
なく、当該補助領域23′,25′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に継がる。

また、双極性サージ吸収用の本発明実施例デバイスにお
いては、第三領域の数Ｎ（≧１）と第五領域の数Ｍ（≧
１）とは必ずしも同じでなくとも良く、また、第三領域
断面寸法と第五領域断面寸法についても、それぞれ独立
に各構成要件中の条件式を採用しても構わない。

したがって、あえて第三領域の数と第五領域の数を変え
たり、あるいはまた第三領域のｘ方向寸法と第五領域の
ｘ方向寸法等も互いに異ならせた場合には、結果とし
て、作成された双極性サージ吸収用のサージ防護デバイ
スの特性は、印加されるサージの極性に応じて非対称な
ものが得られる。使途によっては、例えば第一デバイス
端子側が正となる極性における保持電流値に対し、第二
デバイス端子側が正となる極性のサージ印加時における
保持電流値は小さくても良いか、ないし小さい方が良い
等という特殊な要求も考えられるので、第三領域側と第
五領域側とで独立な設計ができることがむしろ望ましい
場合もある。

しかし、より一般的な形態としては、印加されるサージ
の極性の如何には拘らず、対称的な電気的特性が要求さ
れることが多いのもまた事実であるので、そのような場
合には、面内一方向に沿う断面においてはそれぞれ一つ
以上の第三領域と第五領域とを同じ数（Ｎ＝Ｍ）とし、
かつ寸法的にもそれぞれ均等寸法とし、互いの間隔も等
しくするのが望ましい。

以上、各実施例に即して詳記したが、本発明のサージ防
護デバイス20は、各実施例中には一つづつしか示されて
いないサージ防護デバイス構造を、第一半導体領域21を
全てに共通の第一半導体領域として、複数個集積できる
ことはもちろんである。

また、集積した各サージ防護デバイスを並列接続すれば
大電流吸収可能なサージ防護デバイスが構築できるし、
結果として共通の一枚の基板上に個々に独立に動作し得
る複数個のサージ防護デバイスを構築することもでき
る。その場合、必要に応じ、隣接するデバイス構造間に
は素子間分離領域（機械的に溝掘りされること等も含
む）を形成すれば良い。

さらに、第三半導体領域23と第五半導体領域25とを少な
くとも面内一方向に沿う断面においてはそれぞれ複数個
から構成する場合に有効であるが、それら各複数個の第
三半導体領域23と第五半導体領域25とが平面投影的に見
ると互いに直交するか斜めに交差する方向に伸びるよう
に設けられていると、これによっても電流の均一化を計
ることができる。

［効果］ 本発明によれば、片極性サージ吸収用としても双極性サ
ージ吸収用としても、共に適当なるサージ防護デバイス
を提供することができ、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従来構造
ではブレーク・オーバしてしまっていたような誤応答を
効果的に防ぐことができる。

また、従来構造においてそうした“小さなサージ”に対
する対策として示された中に認められるような、降伏動
作側とは厚味方向で対向する面側にあって第一半導体領
域に対してオーミック接触する電極構造も本発明では必
須とはしないから、吸収対象のサージとは逆極性の電圧
に関してデバイスとしての逆耐圧を確保することもでき
る。

さらに、ブレーク・オーバ電流や保持電流の制御が可能
であるか、または設計仕様に良く従っての安定な値の確
保ができ、サージ耐量についても新たなる設計基準を与
えたり、あるいはその値を大きくすることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に従って構成された片極性サージ吸収用
としてのサージ防護デバイスの原理構造ないしは基本的
実施例の概略構成図， 第２図は本発明に従わず、第二半導体領域と第三領域と
に対するオーミック電極を意図的に非対称に作成した仮
定素子のデバイス構造の説明図， 第３図は第二半導体領域中に占める第三半導体領域の面
積比とサージ耐量との関係の傾向を示す説明図， 第４図は本発明に従って構成された双極性サーボ吸収用
としてのサージ防護デバイスの原理構造ないしは基本的
実施例の概略構成図， 第５図は第五半導体領域の占める面積に応じて代わる第
四半導体領域の残存面積比とサージ耐量との関係、及び
片極性サージ吸収用のサージ防護デバイスにおけるサー
ジ耐量との関係の傾向を示す説明図， 第６図及び第７図は、それぞれ、本発明のさらに他の構
造的改変例を示した概略構成図， 第８図は片極性サージ吸収用として構成された従来のサ
ージ防護デバイスの原理的な構成図， 第９図は第８図示デバイスのサージ吸収に関する特性
図， 第10図は従来において小さなサージに対する誤応答を防
ぐための工夫を有するサージ防護デバイスの概略構成
図， である。 図中、20は全体としての本発明サージ防護デバイス、21
は第一半導体領域ないし半導体基板、22は第二半導体領
域、23は第三領域、24は第四領域ないし第四半導体領
域、25は第五領域、32,33は第一、第二オーミック電
極、34,35はフィールド・プレート、41は高濃度領域、6
1,62はガード・リング、T₁は第一デバイス端子、T₂は第
二デバイス端子、である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 佐藤 正明 東京都品川区大崎４丁目３番８号 株式会 社サンコーシヤ内 (72)発明者 前屋敷 芳樹 東京都青梅市藤橋３丁目３番12号 青梅コ スモス電機株式会社内 審査官 松本 邦夫 (56)参考文献 特開 昭60−57668（ＪＰ，Ａ)

Claims (22)

【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
   くともその面内一方向に沿う一断面においては一つ以上
   の数Ｎ個から成る第三領域と， 上記第一半導体領域の上記表裏両主面の中、上記一方に
   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
   得る第四領域とを有し， 上記第四領域にオーミック接触し、第一デバイス端子に
   接続した第一のオーミック電極と、上記第二、第三領域
   に共にオーミック接触し、第二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、上記第一、第二半導体
   領域による上記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、上記第一、
   第二の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、上記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； 上記第二のオーミック電極は、面内において互いに直行
   するx,y両方向の中、ｘ方向に沿う方向において、上記
   第三領域の表面と、該第三領域の両側の上記第二半導体
   領域の表面とに共に接触する部分を有し； かつ、 ρ_Ｂを上記第一、第三領域間の部分における第二半導体
   領域のシート抵抗， Vfを上記第三領域を順バイアスする電圧， C_Oを上記pn接合の単位面積当たりの接合容量， dV/dtをそれ以下には応答させたくないサージの立ち上
   がりの鋭さ， として、上記第三領域の上記ｘ方向寸法x_Eが、 に基づいて規定されていること； を特徴とするサージ防護デバイス。
2. 【請求項２】第三領域の上記ｘ方向寸法x_Eは、上記ブレ
   ーク・オーバした状態を維持し得る範囲で許容し得る最
   大保持電流値I_Hmaxに対し、S_Bを上記第二半導体領域の
   面積として、 なる関係も満たしていること； を特徴とする請求項１に記載のサージ防護デバイス。
3. 【請求項３】第三領域の上記ｘ方向寸法x_Eは、上記ブレ
   ーク・オーバした状態を維持するに必要な最小の保持電
   流値I_Hminに対し、S_Bを上記第二半導体領域の面積とし
   て、 なる関係も満たしていること； を特徴とする請求項１または２に記載のサージ防護デバ
   イス。
4. 【請求項４】第四領域から注入された少数キャリアの
   中、第二半導体領域に到達する量比βに応じ、上記式 に代えて、上記第三領域ｘ方向寸法x_Eが、 に基づいて規定されていること； を特徴とする請求項1,2または３に記載のサージ防護デ
   バイス。
5. 【請求項５】第三領域は短辺と長辺を有する矩形または
   ほぼ矩形の平面形状を有し； 上記ｘ方向寸法x_Eは上記短辺方向の寸法であること； を特徴とする請求項1,2,3または４に記載のサージ防護
   デバイス。
6. 【請求項６】第一半導体領域の表裏面主面の中、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、それ
   ぞれの平面形状が円形またはほぼ円形である一つ以上の
   数Ｎ個から成る第三領域と， 上記第一半導体領域の上記表裏両主面の中、上記一方に
   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
   得る第四領域とを有し， 上記第四領域にオーミック接触し、第一デバイス端子に
   接続した第一のオーミック電極と、上記第二、第三領域
   に共にオーミック接触し、第二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、上記第一、第二半導体
   領域による上記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、上記第一、
   第二の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、上記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； 上記第二のオーミック電極は、上記円形またはほぼ円形
   の第三領域の周縁の全周またはほぼ全周に沿って該第三
   領域の表面と上記第二半導体領域の表面とに共に接触す
   る部分を有し； かつ、 ρ_Ｂを上記第一、第三領域間の部分における第二半導体
   領域のシート抵抗， Vfを上記第三領域を順バイアスする電圧， C_Oを上記pn接合の単位面積当たりの接合容量， dV/dtをそれ以下には応答させたくないサージの立ち上
   がりの鋭さ， として、上記第三領域の直径x_Eが、 に基づいて規定されていること； を特徴とするサージ防護デバイス。
7. 【請求項７】第三領域の直径x_Eは、上記ブレーク・オー
   バした状態を維持し得る範囲で許容し得る最大保持電流
   値I_Hmaxに対し、S_Bを上記第二半導体領域の面積とし
   て、 なる関係も満たしていること； を特徴とする請求項６に記載のサージ防護デバイス。
8. 【請求項８】第三領域の直径x_Eは、上記ブレーク・オー
   バした状態を維持するに必要な最小の保持電流値I_Hmin
   に対し、S_Bを上記第二半導体領域の面積として、 なる関係も満たしていること； を特徴とする請求項６または７に記載のサージ防護デバ
   イス。
9. 【請求項９】第四領域から注入された少数キャリアの
   中、第二半導体領域に到達する量比βに応じ、上記式 に代えて、上記第三領域の直径x_Eが、 に基づいて規定されていること； を特徴とする請求項6,7または８に記載のサージ防護デ
   バイス。
10. 【請求項１０】上記第三領域の平面形状が上記円形また
    はほぼ円形に代えて正多角形またはほぼ正多角形であ
    り； 上記第二オーミック電極は該正多角形またはほぼ正多角
    形の第三領域の周縁の全周またはほぼ全周に沿って該第
    三領域の表面と上記第二半導体領域の表面とに共に接触
    する部分を有し； かつ、上記寸法x_Eは、上記第三領域の直径に代え、該正
    多角形またはほぼ正多角形の第三領域の面積に等しい
    か、ほぼ等しい円の直径であること； を特徴とする請求項6,7,8または９に記載のサージ防護
    デバイス。
11. 【請求項１１】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第一の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
    くともその面内一方向に沿う一断面においては一つ以上
    の数Ｎ個から成る第三領域と， 上記第一半導体領域の上記表裏両主面の中、上記一方に
    対向する他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第二の
    pn接合を形成する第四の半導体領域と， 上記第一半導体領域とは対向する側から上記第四半導体
    領域に接触し、該第四半導体領域に対し該第四半導体領
    域にとっての少数キャリアを注入することができ、少な
    くともその面内一方向に沿う一断面においては一つ以上
    の数Ｍ個から成る第五領域とを有し， 上記第四、第五領域に共にオーミック接触し、第一デバ
    イス端子に接続した第一のオーミック電極と、上記第
    二、第三領域に共にオーミック接触し、第二デバイス端
    子に接続した第二のオーミック電極との間に、上記第一
    pn接合または上記第二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、上記
    第一、第二のデバイス端子間にてサージ電流を吸収し始
    め， 該降伏後、上記第四半導体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、または上記第二半導体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、上記第五領域から
    上記第四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、上記一対のデバイス端子間を
    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双極性サージ吸収用
    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； 上記第二のオーミック電極は、面内において互いに直交
    するx,y両方向の中、ｘ方向に沿う方向において、上記
    第三領域の表面と、該第三領域の両側の上記第二半導体
    領域の表面とに共に接触する部分を有し； 上記第一のオーミック電極は、面内において互いに直交
    するx,y両方向の中、ｘ方向に沿う方向において、上記
    第五領域の表面と、該第五領域の両側の上記第四半導体
    領域の表面に共に接触する部分を有しており； かつ、 ρ_Ｂを上記第一、第三領域間の部分における第二半導体
    領域または上記第一，第五領域間の部分における第四半
    導体領域のシート抵抗， Vfを上記第三領域または上記第五領域を順バイアスする
    電圧， C_Oを上記第一のpn接合または上記第二のpn接合の単位面
    積当たりの接合容量， dV/dtをそれ以下には応答させたくないサージの立ち上
    がりの鋭さ， として、上記第三領域または上記第五領域の上記ｘ方向
    寸法x_Eが、 に基づいて規定されていること； を特徴とするサージ防護デバイス。
12. 【請求項１２】上記第三領域または上記第五領域の上記
    ｘ方向寸法x_Eは、上記第一、第二デバイス端子間に印加
    されるサージの極性にかかわらず、上記ブレーク・オー
    バした状態を維持し得る範囲で許容し得る最大保持電流
    値の絶対値I_Hmaxに対し、S_Bを上記第二半導体領域また
    は上記第四半導体領域の面積として、 なる関係も満たしていること； を特徴とする請求項11に記載のサージ防護デバイス。
13. 【請求項１３】上記第三領域または上記第五領域の上記
    ｘ方向寸法x_Eは、上記第一、第二デバイス端子間に印加
    されるサージの極性にかかわらず、上記ブレーク・オー
    バした状態を維持するに必要な最小の保持電流値の絶対
    値I_Hminに対し、S_Bを上記第二半導体領域または上記第
    四半導体領域の面積として、 なる関係も満たしていること； を特徴とする請求項11または12に記載のサージ防護デバ
    イス。
14. 【請求項１４】上記第四半導体領域から注入された少数
    キャリアの中、第二半導体領域にに到達する量比β、ま
    たは上記第二半導体領域から注入された少数キャリアの
    中、上記第四半導体領域に到達する量比βに応じ、上記
    式 に代えて、上記第三領域または上記第五領域の上記ｘ方
    向寸法x_Eが、 に基づいて規定されていること； を特徴とする請求項11,12または13に記載のサージ防護
    デバイス。
15. 【請求項１５】上記数Ｎと数Ｍは共に等しく、上記第二
    半導体領域と上記第四半導体領域の各形状及び上記面積
    S_Bも共に同じであって、上記第三領域と上記第五領域の
    上記ｘ方向寸法x_E同志及び上記ｙ方向寸法y_E同志も共に
    同じ寸法であること； を特徴とする請求項11,12,13または14に記載のサージ防
    護デバイス。
16. 【請求項１６】上記第三領域及び上記第五領域はそれぞ
    れ短辺と長辺を有する矩形またはほぼ矩形の平面形状を
    有し； 該第三領域または該第五領域に関する上記ｘ方向寸法x_E
    は上記それぞれの短辺方向寸法であること； を特徴とする請求項11,12,13,14または15に記載のサー
    ジ防護デバイス。
17. 【請求項１７】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第一の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、それ
    ぞれの平面形状が円形またはほぼ円形である一つ以上の
    数Ｎ個から成る第三領域と， 上記第一半導体領域の上記表裏両主面の中、上記一方に
    対向する他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第二の
    pn接合を形成する第四の半導体領域と， 上記第一半導体領域とは対向する側から上記第四半導体
    領域に接触し、該第四半導体領域に対し該第四半導体領
    域にとっての少数キャリアを注入することができ、それ
    ぞれの平面形状が円形またはほぼ円形である一つ以上の
    数Ｍ個から成る第五領域とを有し， 上記第四，第五領域に共にオーミック接触し、第一デバ
    イス端子に接続した第一のオーミック電極と、上記第
    二、第三領域に共にオーミック接触し、第二デバイス端
    子に接続した第二のオーミック電極との間に、上記第一
    pn接合または上記第二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、上記
    第一、第二のデバイス端子間にてサージ電流を吸収し始
    め， 該降伏後、上記第四半導体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、または上記第二半導体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、上記第五領域から
    上記第四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、上記一対のデバイス端子間を
    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双極性サージ吸収用
    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； 上記第二のオーミック電極は、上記円形またはほぼ円形
    の第三領域の周縁の全周またはほぼ全周に沿って該第三
    領域の表面と上記第二半導体領域の表面とに共に接触す
    る部分を有し； 上記第一のオーミック電極は、上記円形またはほぼ円形
    の第五領域の周縁の全周またはほぼ全周に沿って該第五
    領域の表面と上記第四半導体領域の表面とに共に接触す
    る部分を有しており； かつ、 ρ_Ｂを上記第一、第三領域間の部分における第二半導体
    領域または上記第一、第五領域間の部分における第四半
    導体領域のシート抵抗， Vfを上記第三領域または上記第五領域を順バイアスする
    電圧， C_Oを上記第一のpn接合または上記第二のpn接合の単位面
    積当たりの接合容量， dV/dtをそれ以下には応答させたくないサージの立ち上
    がりの鋭さ， として、上記第三または第五領域の直径x_Eが、 に基づいて規定されていること； を特徴とするサージ防護デバイス。
18. 【請求項１８】上記第三領域または上記第五領域の上記
    の直径x_Eは、上記第一、第二デバイス端子間に印加され
    るサージの極性にかかわらず、上記ブレーク・オーバし
    た状態を維持し得る範囲で許容し得る最大保持電流値の
    絶対値I_Hmaxに対し、S_Bを上記第二半導体領域または上
    記第四半導体領域の面積として、 なる関係も満たしていること； を特徴とする請求項17に記載のサージ防護デバイス。
19. 【請求項１９】上記第三領域または上記第五領域の上記
    の直径x_Eは、上記第一、第二デバイス端子間に印加され
    るサージの極性にかかわらず、上記ブレーク・オーバし
    た状態を維持するに必要な最小の保持電流値の絶対値I_H
    minに対し、S_Bを上記第二半導体領域または上記第四半
    導体領域の面積として、 なる関係も満たしていること； を特徴とする請求項17または18に記載のサージ防護デバ
    イス。
20. 【請求項２０】上記第四半導体領域から注入された少数
    キャリアの中、第二半導体領域に到達する量比β、また
    は上記第二半導体領域から注入された少数キャリアの
    中、上記第四半導体領域に到達する量比βに応じ、上記
    式 に代えて、上記第三領域または上記第五領域の上記直径
    x_Eが、 に基づいて規定されていること； を特徴とする請求項17,18または19に記載のサージ防護
    デバイス。
21. 【請求項２１】上記数Ｎと数Ｍは共に等しく、上記第二
    半導体領域と上記第四半導体領域の各形状及び上記面積
    S_Bも共に同じであって、上記第三領域と上記第五領域の
    上記直径同志も共に同じ寸法であること； を特徴とする請求項17,18,19または20に記載のサージ防
    護デバイス。
22. 【請求項２２】上記第三領域及び上記第五領域の平面形
    状が上記円形またはほぼ円形に代えて正多角形またはほ
    ぼ正多角形であり； 上記第二オーミック電極は該正多角形またはほぼ正多角
    形の第三領域の周縁の全周またはほぼ全周に沿って該第
    三領域の表面と上記第二半導体領域の表面とに共に接触
    する部分を有し； 上記第一オーミック電極は該正多角形またはほぼ正多角
    形の第五領域の周縁の全周またはほぼ全周に沿って該第
    五領域の表面と上記第四半導体領域の表面とに共に接触
    する部分を有しており； かつ、上記寸法x_Eは、上記第三領域または上記第五領域
    の直径に代え、該正多角形またはほぼ正多角形の第三領
    域または第五領域の面積に等しいか、ほぼ等しい円の直
    径であること； を特徴とする請求項17,18,19,20または21に記載のサー
    ジ防護デバイス。