JPS59201466A - ゲ−トタ−ンオフサイリスタ - Google Patents

ゲ−トタ−ンオフサイリスタ

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Publication number
JPS59201466A
JPS59201466A JP58076406A JP7640683A JPS59201466A JP S59201466 A JPS59201466 A JP S59201466A JP 58076406 A JP58076406 A JP 58076406A JP 7640683 A JP7640683 A JP 7640683A JP S59201466 A JPS59201466 A JP S59201466A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
region
gto
emitter region
short
emitter
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.)
Pending
Application number
JP58076406A
Other languages
English (en)
Inventor
Minoru Kato
実 加藤
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Toshiba Corp filed Critical Toshiba Corp
Priority to JP58076406A priority Critical patent/JPS59201466A/ja
Priority to EP84302855A priority patent/EP0130669A1/en
Publication of JPS59201466A publication Critical patent/JPS59201466A/ja
Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10DINORGANIC ELECTRIC SEMICONDUCTOR DEVICES
    • H10D18/00Thyristors

Landscapes

  • Thyristors (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】 〔発明の技術分野〕 この発明はダートターンオフサイリスタに関するもので
ある。
〔発明の技術的背景とその問題点〕
従来のダートターンオフサイリスタ(以下GTOと称す
)はオン状態における通電電流(アノード電流)を大き
くしてゆくと、ゲートに負のバイアスを施しても直ちに
ターンオフせず、つい[は転流失敗を起こすようになる
。これはダート負バイアス状態にしてもGTOの通電時
の電流路となる部位にキャリアが残留しているためであ
る。
このような転流失敗を防止し最大通電電流(最大可制御
電流)を増加させるために、アノードショートと呼ばれ
る対策が施される。
第1図は、アノードショート対策の施されたGTOの構
造を模式的に示したもので、Nエミッタ領域14の中心
部の直下にPエミッタ領域12の存在しない領域すなわ
ちアノードとなるPエミッタ領域12とNペース領域1
ノとがアノード電極15によシショートしたいわゆるア
ノードショート部11aを設けるようにしたものである
。ここで、一般に高周波動作を目的としたGTOでは、
ダートとなるPベース領域13内に形成されるNエミッ
タ領域14の形状は図のように短冊状に分割されたもの
が多い。これはGTOのダートが負バイアスされた際に
、通電時の電流路となるNエミッタ領域14内のキャリ
アがくしの目状のPペース領域13によって効果的に引
き抜かれるようにするためである。
ところで、図の16で示すNエミッタ領域14の中央部
付近には残留キャリアが残シやすく、この付近の直下の
Nベース領域11にもキャリアが残留しやすい。このN
ベース領域11に残留したキャリアはPペース領域13
、Nベース領域11、Pエミッタ領域12からなるPN
P トランジスタをオンさせることになシ、ターンオフ
時の通電電流の立ち下がり時間を引き伸ばし、GTOの
動作速度とオフゲイン(通電電流工Aとターンオフに要
するダート電流■。との比)を低下させる原因となる。
従って残留キャリアの残シやすいNエミッタ領域14の
中央部直下にアノードショート部11aを設け、Nベー
ス領域11内の残留キャリアを、PNP )ランジスタ
構造とならないアノードショート部11aから抜くよう
にしている。
ところで従来のGTOでは、上記のようにNエミッタ領
域14が短冊状であると、それに応じてPエミッタ領域
12も短冊状にしていた。このよ′うなものでは基板1
0の表面側および裏面側にNエミッタ領域14およびP
エミッタ領域12をそれぞれ形成する際に拡散マスクの
ずれなどによってNエミッタ領域14とアノードショー
ト部11gとがわずかにずれても、ター7オフ状態にさ
しかかったときに不均一にキャリア残留部が形成され、
ターンオフ時間が増加したシ、ターンオフ時における極
部的な電流集中を招いたシする不都合が生じた。このた
めGTOの通電電流(可制御電流)を大きくとることが
できず、高周波動作にも限界があった。例えば第1図で
示す構造のGTOをテレビの電源部等に用い63 kH
z (テレビの基本周波数約15.75kHzの4倍)
で動作させることは不可能であった。
また、アノードショート部11afNエミッタ領域14
に沿い設けると、1つのNエミッタ領域14について第
1図の斜線9で示す領域のみが実質的なPNPN型のサ
イリスク構造となシ、GTOとして有効なエミッタ面積
が縮小される欠点がある。従って、一定の通電電流を得
ようとするとベレットサイズを大型化しなければならな
かったO 〔発明の目的〕 この発明は上記のような点に鑑みなされたもので、可制
御電流および動作速度の低下やペレットサイズの大型化
を招くことなくオフダインが改善されたダートターンオ
フサイリスクを提供しようとするものである。
〔発明の概要〕
すなわちこの発明に係るダートターンオフサイリスクで
は、裏面に第1電極が形成された一方導電型の第1エミ
ツタ領域を他方導電型の半導体基板の裏面側に形成し、
上記半導体基板の表面側にr−ト電極の接続される一方
導電型の第2ベース領域を形成し、これら第1エミツタ
領域および第2ペース領域で挾まれた半導体基板の他方
導電型領域を第1ペース領域といさらに上記第2ペース
領域内の表面側領域に第2電極が接続される他方導電型
の第2エミツタ領域を形成して、上記第1ペース領域0
形状を・第1エミツタ領域を貫ぬくマトリクス状配列の
複数の貫通領域を有するようなものとし、この貫通領域
を経てこの貫通領域に接続した第1電極へGTOが負ダ
ートバイアスされた際の第1ペース領域内の過剰なキャ
リアを抜くようにしたものである。
〔発明の実施例〕
以下図面を参照してこの発明の一実施例につき説明する
。第2図は半導体基板20の裏面側のPエミッタ領域2
2およびNベース領域2ノの構造を改善したもので、第
1図の従来のものと変更がない部位には第1図と同一符
号を付しその説明を省略する。ここに示すように、第1
ペース領域となるNペース領域21は、上部において連
結しマトリクス状に配列した柱状のN型貫通領域21c
f有しておシ、このN型貫通領域21cが半導体基板2
0の裏面側に形成されたPエミッタ領域22を垂直方向
に貢く形となる。ここで、このN型貫通領域21cは半
導体基板20上面のNエミッタ領域14の中央部直下に
沿った位置に設ける。
次いで、半導体基板2Qの裏面側全面に第1電極として
アノード電極25を被着し、半導体基板の上面側には模
式的に示すようにPペース領域13の露出部上にダート
電極G、Nエミッタ領域14の露出部上に第2電極とし
てカンード電極Kiそれぞれ形成する。
上記のような構造のGTOでは上記Nペース領域2ノの
N型貫通領域21aは、7ノード電極25に接し、この
接した部位においてアノード電極25とショートしたも
のとなっている。以下このアノード電極15とNペース
領域ttx。
N型貫通領域21cとがショートしている部位をショー
ト部2ノ8と称す。
このN型貫通領域21cは短冊状ではなく島状に配列し
ているため、従来の第1図のGTOK比らべ、Pエミッ
タ領域22からNエミッタ領域14に至るサイリスタ構
造を形成する有効エミッタ面積を広くすることができ、
チップサイズを大型化させることなく充分な通電電流を
確保できる。また、GTOがターンオフする際にこのN
型貫通領域21cからNペース領域21内の過剰キャリ
アが抜かれるが・このN型貫通領域21C全通して抜か
れてゆくため、このN型貫通領域21aの配置密度或い
は断面面積を適当に選ぶことによシ、第1図の従来のも
のと同等の特性を有するGTOを得ることができる。
ところで発明者は、GTOのNエミッタ領域を短冊形に
分割したGTOよシも、Nエミッタ領域を一体となった
層状のものとし、このNエミッタ領域内に柱状に貫くよ
うなマトリクス配列の複数のP型貫通領域を有するPベ
ース領域全形成したGTOO方が周波数特性が改善され
ることを発見した。
第3図は上記のよりなGTOに本発明によるショート部
21sを設けたものである。第3図において、従来のG
TOと同様にN型の半導体基板20にP型の不純物全導
入し、半導体基板20表面に第2ペース領域としてPペ
ース領域23を形成するとともに、半導体基板20の裏
面側にはP型不純物を選択拡散によシ第2図のGTOと
同様の構造のPエミッタ領域22を第1エミツタ領域と
して形成する。そしてこれらのP型頭域で挾まれた半導
体基板2θのN型領域を第1ペース領域となるNペース
領域21とする。
さらに半導体基20の表面側のPペース領域23上に例
えばマ) I)クス状配列の島状のシリコン酸化膜を拡
散阻止膜として配置し、N型不純物を選択拡散して、第
2エミツタ領域としてのNエミッタ領域24を形成する
。従って、Nエミッタ領域24も下層のPペース領域2
3から伸びる柱状のP型貫通領域23cによシ垂直方向
に貫かれる。
次いで、半導体基板20の裏面側全面に第1電極として
アノード電極25を被着し、半導体基板20の上面側に
は模式的に示すようにPベース領域23の露出部上にダ
ート電極GXNエミッタ領域24の露出部上に第2電極
としてのカンード電極Kをそれぞれ、形成する。
第4図は、第3図におけるGTOのP型貫通領域23C
とショート部218との位置関係を示すための平面図で
ある。図で明らかなようにショート部21guPペース
領域23の隣接する4ケ所のP型貫通領域23cで囲ま
れた領域(単位胞)の略中夫にくるように設ける。これ
は、Pペース領域23がダート負ノ9イアス状態にさし
かかったときに、Nエミッタ領域24を貝〈P型貫通領
域23cの周囲からオン状態のキャリアが抜かれ隣り合
う4ケ所のP型貫通領域33aが囲む領域の略中央部に
残留キャリアが残シやすいためである。
なお、第2図および第3図ではショート部218および
P型貫通領域23cの断面形状が正方形の場合を示した
が、これは正方形の他、円形、多角形などでもよい。
〔発明の効果〕
第5図のグラフは、N型貫通領域21cの断面形状すな
わちショート部218の形状を円形として第2図と同様
の構造のGTO’i型製造−1通電電流■AおよびGT
Oをオフ状態にするために要するり゛−ト電流工Gとの
比すなわちオフゲインとショート部21sの径φとの関
係を測定した結果を示したもので、オフゲインが高い程
通電電流の制御効率が高いといえる。第5図の曲線aで
示すものはショート部21mの数n k 100とした
もので、l)、曲線すはショート部21sの数n f 
200としたものである。
また、第6図に示すものは、上記と同様に円形のショー
ト部21t+を有するGTOのオフゲインとショート部
数n(ショート部密度)との関係を測定した結果である
。これらのグラフで明らかなように、ショート部数nを
増す程、またショート部組φを大きくする程オフヶ9イ
ンが向上する。例えば通電電流工□=5Aで63 kH
z動作をさせるにはショート部組φを50μm以上にし
、ショート部数nを150以上にすればよく、ショート
部組φが80μmでショート部数nが150のGTOで
は、素子損失(消費電力)が太キ<ナルが、 63 k
Hz動作が可能であった。また、上記と同一の条件で動
作させ素子損失全実用上問題がない程度にするため[は
ショート部組φが100μmの場合ショート部数nを2
00以上にすればよいことが明らかになった。さらに例
えばテレビの電源用のGTOとして実用的な素子を実現
するためには、ショート部21.の形状を円形とし、行
列方向等間隔にマトリクス配列させた場合、直径φが8
0μm以上でショート部数nが150以上必要であシ、
ショート部2)8の形状が正方形である場合には701
1m角以上の面積を有しショート部数nが150以上必
要であることが確認された。
なお、前記第5図および第6図におけるGTOの動作条
件は通電電流(可制御電流) IA=5A。
周波数f=100Hz、通電時間(通電電流のパルス幅
)tw=1oμ1leeである。
また、r−夕は記載していないが第2図に、示すよりな
Nエミッタ領域が短冊状のものでも、ショート部21s
の面積および間隔を適当に選択することによシ)第1図
の従来のGTOのアノードショート部の効果と同等もし
くはそれ以上の過剰キャリア吸収能力を有するGToを
形成することができた。
さらに、Nエミッタ領域およびアノードショート部を短
冊状にした従莱のGTOでは、アノードショート部の面
積が広く、有効エミッタ面積が小さかったが、本発明に
よるものではショート部21Bを島状にして配列させた
ため、一般に従来のものよシも有効エミッタ面積を広く
することができる。特に第4図に示すようにショート部
21.を行、列方向に等間隔に配置したものでは有効エ
ミッタ面積を広くして、効率的なGTO動作を行なわせ
ることができる。
加えて、ショート部21Bをマトリクス状に配列させる
と、例えば基板2o上面に形成されたNエミッタ24の
・母ターンとのずれが生じた場合でも、GTOがターン
オフ状態にさしかがったときのNペース領域21内の残
留キャリアの分布が第1図のものに比らべよシ分散した
ものとなるため極部的な電流集中が発生しにくいものと
なる。
なお、上記実施例における各部の導電型をそれぞれ全く
逆にして、第1電極としてアノード電極のかわシにカソ
ード電極を、第2電極としてカソード電極のかわシにア
ノード電極をそれぞれ設け、電圧電流の向きが逆である
GTOを構成してもよい。
以上のようにこの発明によれば、ペレットサイズの大型
化、通電電流(可制御電流)の低下および動作速度の低
下を招くことがなくオフダインの改善されたダートター
ンオフサイリスタを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は従来のGTOの構造を説明する斜視図、第2図
はこの発明の一実施例に係るダートクーンオフサイリス
タ(GTO)の斜視図、第3図はこの発明の他の実施例
を示す斜視図、第4図は第3図のGTOの一部を示す平
面図、第5図はこの発明によるGTOのショート部組φ
とオフダインとの関係を示すグラフ、第6図はこの発明
によるGTOのショート部数nとオフダインとの関係を
示すグラフである。 20・・・半導体基板、2ノ・・・Nペース領域、21
c・・・N型貫通領域、21[I・・・ショート部、2
2・・・Pエミッタ領域、23・・・Pベース領域、2
3c・・・P型貫通領域、24・・・Nエミッタ領域。 出願人代理人  弁理士 鈴 江 武 彦手続補正書 昭和5Q°6カi(’1日 特許庁長官 若杉和夫  殿 ■、事件の表示 特願昭58−76406  号 2、発明の名称 ケゝ−トクーンオノブイリスタ 3、補正をする者 事件との関係 特許出願人 (潮 東京芝浦電気株式会社 4、代理人

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 裏面に第1電極の形成された一方導電型の第1エミツタ
    領域と、この第1エミツタ領域上に形成された他方導電
    型の第1ベース領域と、この第1ペース領域上に形成さ
    れダート電極の接続された一方導電型の第2ペース領域
    と、上記第2ペース領域内に形成され上面に第2電極の
    接続された第2エミツタ領域とを具備し、上記第1ベー
    ス領域は、その下部に形成された第1エミツタ領域を貫
    きマトリクス状に配置された柱状の複数の貫通領域を有
    し、この貫通領域を通して上記第1ベース領域が第1エ
    ミツタ領域とともに第1電極に接続されていることを特
    徴とするケ9−トターンオフサイリスタ。
JP58076406A 1983-04-30 1983-04-30 ゲ−トタ−ンオフサイリスタ Pending JPS59201466A (ja)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP58076406A JPS59201466A (ja) 1983-04-30 1983-04-30 ゲ−トタ−ンオフサイリスタ
EP84302855A EP0130669A1 (en) 1983-04-30 1984-04-27 Gate turn off thyristor with mesh cathode structure

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP58076406A JPS59201466A (ja) 1983-04-30 1983-04-30 ゲ−トタ−ンオフサイリスタ

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JPS59201466A true JPS59201466A (ja) 1984-11-15

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ID=13604369

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP58076406A Pending JPS59201466A (ja) 1983-04-30 1983-04-30 ゲ−トタ−ンオフサイリスタ

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JP (1) JPS59201466A (ja)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS61224356A (ja) * 1985-03-25 1986-10-06 モトローラ・インコーポレーテツド ゲートターンオフスイツチおよびその製造方法
JPS6390166A (ja) * 1986-10-02 1988-04-21 Mitsubishi Electric Corp 電力用半導体装置
JPS63265465A (ja) * 1986-12-01 1988-11-01 Toshiba Corp 半導体装置

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS61224356A (ja) * 1985-03-25 1986-10-06 モトローラ・インコーポレーテツド ゲートターンオフスイツチおよびその製造方法
JPS6390166A (ja) * 1986-10-02 1988-04-21 Mitsubishi Electric Corp 電力用半導体装置
JPS63265465A (ja) * 1986-12-01 1988-11-01 Toshiba Corp 半導体装置

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