JPS5857748A - 半導体装置 - Google Patents

半導体装置

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JPS5857748A
JPS5857748A JP56157153A JP15715381A JPS5857748A JP S5857748 A JPS5857748 A JP S5857748A JP 56157153 A JP56157153 A JP 56157153A JP 15715381 A JP15715381 A JP 15715381A JP S5857748 A JPS5857748 A JP S5857748A
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JP
Japan
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photothyristor
hfe
gate
improved
photo
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JP56157153A
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Toshibumi Yoshikawa
俊文 吉川
Yukinori Nakakura
仲倉 幸典
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Sharp Corp
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Sharp Corp
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    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10FINORGANIC SEMICONDUCTOR DEVICES SENSITIVE TO INFRARED RADIATION, LIGHT, ELECTROMAGNETIC RADIATION OF SHORTER WAVELENGTH OR CORPUSCULAR RADIATION
    • H10F39/00Integrated devices, or assemblies of multiple devices, comprising at least one element covered by group H10F30/00, e.g. radiation detectors comprising photodiode arrays
    • H10F39/10Integrated devices
    • H10F39/103Integrated devices the at least one element covered by H10F30/00 having potential barriers, e.g. integrated devices comprising photodiodes or phototransistors

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

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、ホトサイリスタに関し、特に発光ダイオード
と組み合せて光結合半導体装置として用いられるホトサ
イリスタに関するものである。
第1図に示すように、入力側に発光ダイオードGL、出
力側にホトサイリスタPTを用いて、ワンパッケージ1
こしたホトサイリスタカプラが実用化されている。この
ようなホトサイリスタカプラは電磁リレーIこ比べて、
■入出力間の絶縁性が極めて良い、■動作連関が早い、
■寿命が長い、■ノイズの発生が少ない、■外部磁界の
影響がない、■小型である等の長所があり、各種機器の
電子回路化が進むにつれて、信号伝運系のアイソレーシ
ョンやACコントロール等、広い分野で利用されている
しかし、ホトサイリスタのアノードA#カソードに間〔
こ急峻な電圧が印加されると、ホトサイリスタ本来のブ
レークオーバー電圧よりも低い電圧でオン状態になる。
この現象は急峻な立上り電圧(dv/d、)が印加され
ると、第2図のホトサイリスタ等価回路図に示すように
容量Co(接合容量等)を通して、次式で示す変位電流
が流れることによる。
+ n = ’ Q/dt = ” ” )/=c−d
V/+ v ’ Q t ・・・+t+dt     
dt ここて、C,ニ一定と仮定すると、C1)式は更に次の
ようになる。
1D=co /dt  ・・・τ2) この結果 dv/d、の値が大きいとサイリスタはオン
状態となる。このような現象を起こびない最大の立上り
電圧(”7.)、mを臨界オフ電圧上昇率という。
そこで実際にホトサイリスタカプラを使用する場合には
、第3図に示すように、ホトサイリスタのゲートPGと
カソードにの間に、抵抗R6とコンデンサC6を接続し
、急峻な電圧が印加びれた場合の誤動作を防止している
。ところで、実際の使用上、抵抗、コンデンサを外付け
することは取付場所、コストアップの点より大変不便で
ある。
本発明は、上記従来のホトサイリスタカプラにおける問
題点に鑑みてなされたもので、外付部品の不用なホトサ
イリスタカプラに関するものである。
ホトサイリスタの急峻な立上り電圧による誤動−■止の
改善方法については、種々報告されてしする。その結果
、ホトサイリスタの(d V/ 、 ’) M値を大き
くするには、主として次の方式が知られている。
(1) PNP)ランリスタのhPEを小さくする。
【2)  ゲート抵抗R6を小びくする。
V しかし、上記の方法によって(/、)M値を大きくした
場合、最小トリが電流!1.が大きくなり、実用上問題
である。そこで、(dv/)t  M と12.を同時に解決するために、次の2つの方式が提
案でれている。
(3:  ゲート抵抗をトランジスタで制御する方式こ
の方式は第7図に示すようにホトサイリスタPTにトラ
ンジスタQ1及びQ2を更に付加した構成よりなり、急
峻な電圧を印加した場合、変位電流の一部はトランジス
タQl のベースに印加σれ、トランジスタQ1 をオ
ンとし、  6.値を上げる。光を照射した時はホトト
ランジスタQ2をオンとし、トランジスタQ、はオフと
なり、■1.は小さく保てる。しかし、上記回路を/チ
1化する憂こは誘電分離技術が必要で、工程が複雑にな
るという欠点がある。
(4)  ゲート抵抗をMOSFETで制御する方式こ
の方式は第5図に示す構成よりなり、この回路例ではト
ランジスタ(h 、Q3からなるホトサイリスタとトラ
ンジスタQ2 、Qaからなるホトサイリスタが逆並列
に一組の接続されている。動作原理は次のとおりである
今、トランジスタQs 、Qxよりなるホトサイリスタ
を考える。ホトサイリスタQl 、Qsのゲート抵抗R
61に並列にMO5FETQsを接続しMOS FET
 Q6のゲート電位をトランジスタQ3のベースに接続
している。このためホトサイリスタQ、、Qlのアノー
ド電位がMO8FETQ6のしきい値電圧VTを越える
とMO5FETQgがオン状態となり、ホトサイリスタ
のゲート抵抗を小さくする。いわゆる零交差機能をもち
、アノード電位がしきい値電圧vTを越えるとホトサイ
リスタがオンしにくくなり、実質的に /dtが高くな
る。この方式はMO8FETQsのゲートに敗戦の高電
圧が印加されることになり、高電圧に耐え得る素子構造
とするために作成時に特別な工程が必要となる。
そこで本発明は複雑な工程を用いずに(4)Mを改善す
る方法を提案する。
上記目的はラテラル型(横型)ホトサイリスタにおいて
、熱処理、裏面処理等によりPNP トランジスタのh
pw及び光感度を大きくシ、かつ、ゲート抵抗を小さく
し、更にゲート抵抗をホトサイリスタと同一チップに作
り込むことにより達成できる。以下、本発明を実施例を
用いて説明する。
第g図は本発明によるラテラル型ホトサイリスタの構造
である。/はN型半導体基板で通常−θ〜3; 0nc
−rの比抵抗で20θ〜グθOμの厚さをもったシリコ
ンを用いる。コ、3は上記N型基板/の所定の場所にP
型不純物であるボロンをj〜Z0μ拡散形成したもので
、拡散深さは耐圧。
hFE等により変化させる。コはアノード、3はゲート
として形成されている。次にグはゲート3の中にN型不
純物リンを拡散し、カソードを形成(メ0拡散深さはゲ
ート3の拡散深さにより変化し、コ〜、20μ程度であ
る。半導体基板/上のJ゛は絶縁膜で、一般的にはS 
i 02が用いられる。
上記領域−13,グの夫々に設けられたt、7gはアノ
ード電極、ゲート電極、カソード電極であり、一般的薔
こはAノが用いられる。
断面構造は上述のように従来の横型ホトサイリスタと同
じ構造をもつが、(/、)ッを大きくするためこの実施
例によるホトサイリスタは、ホトサイリスタに含まれる
PNP トランジスタのhPEを大きく且つゲート抵抗
を小さくしたものである。即ちこのようなhFE及びゲ
ート抵抗の特性は通常トランジスタのベース領域のライ
フタイムを大きくすることによって得られ、熱処理を施
こすことによって特性が得られる。
7例として、カソード領域グの拡散終了後り00℃N2
中にて熱処理すると、PNPトランジスタのhPEはi
、5−.2倍改善される。この場合一般のホトサイリス
タは表面を5i02で保護されており、酸素雰囲気中で
熱処理すると他方のNPN)ランリスタのhPEは大幅
に劣化する。
従−て、5i02膜を一度剥離する等、別の工程追加が
必要である。hFEを大きくするために無転位拡散技術
、不純物濃度の最適化等いかなる方法を用いてもよい。
又、受光素子等に適用されている如くウェハーの裏面に
リン処理を行うと、PNPトランジスタの50は1.5
%、2..5倍と大きくなる。さらにこの処理は光感度
を、、20〜3θ%upできる。。
上記熱処理、裏面処理等によって、PNPトランジスタ
のhFEを変化させたホトサイリスタを第1図に示す如
く光結合した装置において、ホトサイリスタをオフから
オン状態へ移行させるに必要な発光ダイオードの順方向
電流の最小値(最小トリガ電流: IFT)と臨界オフ
暇圧上昇率 ’dtの関係を第Z図ζこ示す。
図中に示すhPHの値はそれぞれの素子において、vo
EをjVに設定してコレクタ電流を変化した。場合のh
PEのピークの値を示す。
第2図の直線Aはゲート抵抗R6を6/にΩに固定、(
N P N l−ランジス、りのhFEも固定)した場
合に、PNP )ランジ不夕のhFEを02゜0.5.
10..2に順次変化させたときの■FEと(d′/d
t)Mとの関係を示す。直線Aは比較的緩やかな勾配を
もち、IFTに対する( 4t)Mの変化が小さいこと
を示す。
次にPNP トランジスタのhFEを一定(NPNトラ
ンジスタのhFEも一定)Gこ叫、ゲート抵抗Roを変
化させた場合のIFTと(4t)Mとの関係を直線B2
に示す。直線B2はPNPI−ランリスタの”pgを−
に設定した場合で、従って直線A上のり、8=コの点を
通る直線となる。
hPEを7.0.0.5.θコと変化させた場合憂こは
直線A上の各hPHの点を通って直線B−2とほぼ平行
な直線で表わす変化を示す。直線B2から判るようにゲ
ート抵抗を変化させた場合J  ■PHに対して(4)
M燻化が非常に大きい。
今ホトサイリスタのPNP)ランリスタがhFEに −2に設定されているとすると、発光ダイオードの最小
トリガ電流!−FTがJmAである場合、従田子では(
/dt)Mは”’p s e cであるが本発明によれ
ば直線B2から/ / OV/p secとなり72倍
の改善が得られる。l、T==/θmAに対しては72
倍も(4)〜を大きくすることができる。PNP I−
ランリスタのhFEが更(こ大きくなると効果は更tこ
一層顕著になる。
従来のラテラル型ホトサイリスタでは hPE”θθ3〜θJ 、 Ro=、50〜/θθにΩ
程度で使用きれているが、本発明番こおいては上述のよ
う番こhFBが大きく、Roが小さい方が望ましい。
本発明によるdXt値の大幅な改善は、以下のよう(こ
説明きれる。
まず、ホトサイリスタ(こ右いて、PNPトランジスタ
部分の応答を考える。トランジスタの応答は次式で表わ
される。
tPNP:hFE xtD   −・−131tDはP
NP l−ランリスタの構造等により決定される値であ
る。一般的にhPEを大きくすると、”応答は遅くなり
、急峻な信号に追随できなくなる。
次にゲート抵抗の効果を考えに0第r図の等価回路にお
いてホトサイリスタのゲートPG、カソードに間にゲー
ト抵抗R6を接続した場合を考える。上記式fil 、
 C+に基づく変位電流は、まずゲート抵抗R6に流れ
、ゲートの電位は次式となる。
V a =i DRoL9CRodv4  ”’ (4
1上記V。の値がサイリスタの活性電圧V。B以上にな
ると、サイリスタはオン状態となる。そこてゲート抵抗
R6を小さくすると臨界オフ電圧上昇率は大きくなる。
ところで、 4.による変位電流は過渡現象である。こ
のため上記一つの効果は相乗効果が期待できる。このよ
うにPNP)ランリスタのhPEを大きくし、かつゲー
ト抵抗を小さくすることにより、 4.値を大幅に改善
できる。
又、PNP)ランリスタのり、Eを大きくする方法は一
般に光感度を大きくする効果を伴う。このためI  を
小さくする効果があり、 4値T の改善効果をでらに高める。一般的に上述のように20
θ℃にてN2中Cごてアニールすると光感度は約20〜
30%改善される。
でらに、ゲート抵抗PGは容易にホトサイリスタと/チ
ップ化できる。第2図に一例を示す。2は半導体基板/
の中にP型不純物ボ“ロンを拡散して作成する抵抗てあ
り、抵抗の一端はゲート部3と重ねて作成し、他方は電
極10によりウソード電極♂と接続する。
同一抵抗値のものを使用して外付抵抗と抵抗内蔵した場
合を比較すると、抵抗内蔵の方がdV/dt値は2〜3
倍大きくなる。これは”6tの過渡現象は分布関数とし
て考える必要があり、ゲート抵抗をホトサイリスタに近
づけて設置することの必要性を意味する。この効果によ
り、本発明はざらに改善できる。
ところで一チップ化した場合、発光ダイオードによる光
照射により半導体中に電子・正孔が発生し、伝達度変調
薔こよ1てゲート抵抗値が変化する。
−例きして、ゲート抵抗R6=jOKΩの場合発光ダイ
オードに10mA流すと、抵抗値は約%に変化する。こ
のため、’FTが大きくなる。しが1本発明によればゲ
ート抵抗を大幅に小びくてき実質上抵抗変化は無視でき
る。又、抵抗値を小さくできるため、チップ面積も小ざ
くできる。
又、第2図において、//jこ示すように抵抗部分2を
Aノでカバーすると、光によるゲート抵抗の変化はさら
に小でくなる。
以上の説明のように本発明によりラテラル型ホトサイリ
スタの 4.値を非常に大きくでき、外部部分の不要な
ホトサイリスタカプラを作ることができる。
亦、実施例はホトサイリスタ7個について説明したが、
逆並列接続/チップ昏こも適用できる。
又、ホトサイリスタに必らず一般のサイリスタにも適用
できる。
【図面の簡単な説明】
第1図は光結合されたホトサイリスタを示す図、第一図
はホトサイリスタの等価回路図、第3図は従来の改良型
光結合ホトサイリスタを示す図i第グ図及び第5図は従
来の他の改良型ホトサイリスタの等価回路図、第2図は
本発明(こよる横型ホトサイリスタの断面図、第7図は
本発明によるホトサイリスタの動作を説明するための(
dv/d、)−■PTの関係を示す特性図、第2図は本
発明によるホトサイリスタの動作を説明するための等価
回路図、第2図は本発明による他の実施例の断面図であ
る。 GL:発光ダイオード、  PT:ホトサイリスタ、 
 RG :ゲート抵抗。 代理人 弁理士  福 士 愛 彦 第1図      第2図 第3図 第。図      第5s 第6図

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、 PNPNよりなる4vホトサイリスタにおいて、
    ホトサイリスタに含まれるPNP)ランリスタのhFE
    を大きくし、且つゲート抵抗を小さくして、臨界オフ電
    圧上昇率を改善したことを特徴とする半導体装置。 2、前記ホトサイリスタは半導体基板の裏面にリン拡散
    層を備え名ことによってPNPI−ランリスタのhFE
    の増大が図られてなる特許請求の範囲第1項記載の半導
    体装置。 3、前記ゲート抵抗は、ホトサイリスタ本体と同一半導
    体基板に一体に形成でれてなる特許請求の範囲第1項記
    載の半導体装置。
JP56157153A 1981-09-30 1981-09-30 半導体装置 Granted JPS5857748A (ja)

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JPH0337746B2 JPH0337746B2 (ja) 1991-06-06

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS58140160A (ja) * 1982-02-15 1983-08-19 Sharp Corp 半導体装置
US5424563A (en) * 1993-12-27 1995-06-13 Harris Corporation Apparatus and method for increasing breakdown voltage ruggedness in semiconductor devices

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5383471A (en) * 1976-12-28 1978-07-22 Mitsubishi Electric Corp Semiconductor switching device
JPS5565461A (en) * 1978-11-10 1980-05-16 Oki Electric Ind Co Ltd Semiconductor switch

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5383471A (en) * 1976-12-28 1978-07-22 Mitsubishi Electric Corp Semiconductor switching device
JPS5565461A (en) * 1978-11-10 1980-05-16 Oki Electric Ind Co Ltd Semiconductor switch

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS58140160A (ja) * 1982-02-15 1983-08-19 Sharp Corp 半導体装置
US5424563A (en) * 1993-12-27 1995-06-13 Harris Corporation Apparatus and method for increasing breakdown voltage ruggedness in semiconductor devices

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JPH0337746B2 (ja) 1991-06-06

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