JPS6022830B2 - 光制御サイリスタ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、カソード側に設けられた少なくとも１つの受
光領域と、カソ−ド側の主ェミツタ領域と、ドーピング
濃度がアノ−ド側に向って低下するカソード側のベース
領域と主ェミッタ領域と受光領域との間でカソード側の
ベース領域内にある補助ェミツタ領域とを有する半導体
片及びカソード側のベース領域と接触するェミツタ電極
を備えた光制御サィリスタに関する。

このようなサイリスタは既に公知である。

このサィリスタは原理的に２つの部分からなり、それら
の１つは光により制御可能な補助サィリスタにより形成
され、他の部分は主サィリスタにより形成される。光に
より制御可能な補助サィリスタは、主サィリスタの制御
電流増幅器として働き、点弧開始後負荷電流を導く。光
により制御可能な補助サィリスタと主サィリスタとの間
にもう１つの別の補助サィリスタを配置することも可能
である。光により制御可能な補助サィリスタの光電流は
、受光領域に光を照射した際に、上記領域に接触する電
極（集合電極）内に、そしてそこから半径方向に、補助
サィリスタないし主サィリスタのェミッタに向って流れ
る。

補助サィリスタないし主サィリスタのベース領域とェミ
ツタとの間のｐｎ接合の個所におけるェミツタ・ベース
電圧がある電圧値、約０．５Ｖの電圧を越えると、当該
サイリスタが点弧する。実用的には、光導体を用いて光
ゲートサィリスタを制御することが望まれる。

この光導体は通常１側あるいはそれ以下の直径を待つ。
受光領域の直径は、特にベース領域の導電率に依存する
ｄｕ／ｄｔ面寸量の向上のため、一方においては、光導
体の直径より、光導体を接触させるのに必要なだけ大き
くされる。しかし他方において、できるだけ僅かな光エ
ネルギーで済ますために、光により制御可能な補助サィ
‐リスタの感度が高くなくてはならない。例えば、ベー
ス領域のドーピング濃度を下げて高い固有抵抗を持たせ
、その結果僅かな電流でも点弧のために充分な電圧が得
られるようにすることによって光感度を高めることがで
きる。本発明の目的は、最初に述べたようなサイリスタ
を改良し、ベース領域が高いドーピング濃度を有すると
きにも高い光感度が得られるようにすることにある。

この目的は本発明によれば、冒頭に述べたサイリスタに
おいて、‘ａ｝ カソード側のベース領域内に２つの溝
を備え、この溝は少くとも補助ェミッタ領域と同じ深さ
であり、｛ｂ｝ 第１の溝は補助ヱミッタ領域の受光領
域と反対側を画成し、｛ｃー 第２の溝は受光領域とべ
‐ス領域との間にあり、第１の溝とともに補助ェミッタ
領域の１つ又は複数の橋状部を形成し、橋状部は溝の少
くとも２つの側面において画成され、【ｄー 補助ェミ
ッタ領域は補助ェミッタ電極を通り橋状部を介して、礎
の外側にあるベース領域の部分と結合されていることに
より達成される。

光感度については、補助ェミツタ領域と溝の外側に存在
する補助ェミッタ電極の部分との間の光電流に対するバ
ルク抵抗が決定的な役割をする。

このバルク抵抗は、ベース領域のドーピング濃度が与え
られている場合には溝の深さに著しく関係するが、本発
明におけるようにベース領域のドーピング濃度がアノー
ド側に向って低下する場合には、光感度はもっぱら溝の
深さに関係するのである。本発明のように二つの溝を形
成することにより、電流は溝の下を貫流するように強制
される。また溝の外側に存在する補助ヱミツタ電極の部
分は補助ェミツタ領域と接続されている。したがって補
助ェミツタ領域下に、補助ェミッタを点弧に導く決った
電圧が形成される。本発明を発展させたものの態様は特
許請求の範囲第２項以下に記載されている。

以下本発明を図示の実施例に基づき詳しく説明する。

なお第１図ないし第８図において、互に同一ないし機能
的に等しい部分には同一の符号を付してある。又第１，
５，７図においては、図を見易くするため、電極にハッ
チングを入れてある。第１図に示す半導体素子は、主ェ
ミッタ領域１、補助ェミッタ領域２、及び両ェミッタ領
域に対して共通のベース領域３を有し、ベース領域３の
ドーピング濃度は深さと共に低下している。補助ェミッ
タ領域２は、光により制御可能な補助サィリスタ、主ェ
ミツタ領域１は主サイリスタにそれぞれ属している。主
ェミツタ領域１はェミツタ電極５、補助ェミッタ領域２
は補助ェミッタ電極４とそれぞれ接触している。受光領
域８で示されている。この領域８はリング状の集合電極
９によって囲まれ、この集合電極９はセグメント状の突
出部１０を持っている。補助ェミツタ領域２はセグメン
ト状の形状を持っている。補助ェミツタ電極４の補助ェ
ミッタ領域２と俊舷する部分は、補助ェミッタ電極４の
ベース領域３と接触する部分から、補助ェミッタ領域２
の周囲の一部に存在するセグメント状の溝６により分離
されている。ベース領域３の受光領域８と補助ェミツタ
電極４との間にもう１つの１」ングセグメント状の溝７
が存在し、その端部は溝６の端部、ェミツタ領域２の端
部及び橋状部１１と重なり合っている。補助ェミッタ電
極４のベース領域３と接触する部分を支持する補助ェミ
ッタ領域２の部分は、溝６，７により両側が境界付けら
れた橋状部１１を形成する。領域８の光が照射されると
、ベース領域３内に電子正孔体が生じ、その場合、ヱミ
ッタ電極５の図示の極正においては、正孔は先ずカソー
ド側に向う領域８の方向へ流れ出し、他方電子はアノー
ド側へ吸い出される。

キャリアの流路は第２図において矢印により午概略的に
表示してある。この図から、電流は溝６，７の存在によ
り、ベース領域３の弱ドープされた内層を通る迂回路を
流れざるを得ないことが明らかである。このためには、
溝６と７が、少なくともェミッタ領域２と同じ深さを有
することが必要である。これらの溝は、例えば公知のフ
オトレジスト技法とェミッタ領域エッチングを利用する
ことにより形成することができる。電流（光電流）は溝
６，７を迂回して、ェミッタ電極４の領域８から離れた
部分に離れ、ェミッ夕領域２の下部に電圧降下を生じる
。光により制御される補助サィリスタの光電流は、リン
グセグメント状の溝７の開ロ内に配置された集合電極９
の突出部１０を経て、半径方向に外部へ流れる。

この配置により、光電流が補助サイリスタの点弧に必要
な大きさを越えるや否や、補助サィリスタのための光電
流が集中せしめられる。補助サィリスタは、集中により
蓮せられた高い制御電流密度によって、比較的僅かな点
弧遅れ時間で導適する。集合電極９は、補助サィリスタ
の動作のために必要不可欠のものではない。しかし、突
出部１０に対応する少なくとも１つの電極を備え、もっ
て光電流が均等に補助ェミッタ領域２へ流れうるように
するのが流ましい。第４図は、受光領域８が、残りのベ
ース領域３より薄くされ得ることを示す。

補助サィリス夕の点弧感度をより一層高め、集合電極９
とェミツタ領域２との間に、もう１つの溝１７を設ける
ことができる。第５図及び第６図に示す装置は、第１図
ないし第３図に示す装置と、主ェミッタ領域１が今や他
の補助ェミッタ領域として用いられ、ェミッタ領域１の
領域８から離れた側に、主サィリスタの構成要素である
第３のェミツタ領域１３が設けられている点で本質的に
異なっている。

ェミッタ領域１３は電極１４を有する。補助ェミッタ電
極４は、溝６の両端部間にあるセグメント状の突出部１
５を備えている。このセグメント状の突出部１５により
第２の補助サィリスタ（ェミッタ領域１）のための制御
電流が集中せしめられ、これに伴い第２の補助サィリス
タは、上記と同じように僅かな点弧遅れ時間で点弧され
る。セグメント状の突出部１０，１５の長さは変えるこ
とができる。

この長さによりェミッタ領域１，２の実効周緑長、即ち
領域８に対向するｐｎ接合の実効周縁長が調整され、こ
れに伴い光により制御される補助サィリスタ及び第２の
補助サィリスタの導通特性が定められる。ェミッタ領域
２が領域８に対向している側での実効周緑長の、ェミッ
タ領域１が帯城８に対向している側での実効周緑長に対
する比を３：１以下に、例えば第５図に示すようにほぼ
１：１にすると、光により制御される補助サィリス夕は
、単に電流増幅器として働き点弧されることがない。こ
のようにすれば、導適期間中、光により制御される補助
サィリスタ内に負荷電流路が生じないという利点がある
。第７図及び第８図に、補助ェミッタ領域２が受光領域
８を覆ってもよいことが示されている。この場合には、
溝７により補助ェミッタ領域２が狭められて橋状部１６
が形成され、この橋状部１６に両橋状部１ １がつなが
る。生成された正孔は、矢印により示すように、補助ヱ
ミッタ２に対して垂直に、この下に沿う経路を取り、そ
して溝６ないし７を迂回してェミッタ電極４に流れ、そ
こから補助サィリスタないし主サィリスタの構成部分で
あるェミッタ領域１へ流れる。先の実施例では溝をリン
グセグメント状のものとして示した。

この形状は、受光領域８が中央に配置される場合に好適
である。しかし、この溝は他の形状を持ち、例えば半径
方向に延びていてもよい。またリングセグメント状の溝
を半径方向の溝とともに用いることもできる。これらの
溝はまた互に結合し、それらの間に、補助ヱミッタ領域
の１つ又は複数の狭い橋状部が生ずるようにすることも
できる。溝は、絶縁物又は高抵抗の材料で満たすことが
できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の平面図、第２図及び第３図
はそれぞれ第１図のローロ線及びｍ−ｍ線に沿う断面図
、第４図は本発明の他の実施例の断面図、第５図は本発
明のさらに他の実施例の平面図、第６図は第５図のＷ−
打線に沿う断面図、第７図は本発明のさらに別の実施例
の平面図、第８図は第７図の側一皿線に沿う断面図であ
る。 １・・・・・・主ヱミツタ領域、２・・…・補助ェミツ
タ領域、３…・・・ベース領域、４……補助ェミッタ領
域、５・・・・・・ェミッ夕電極、６，７・・・・・・
溝、８・・・・・・受光帯域、９・・・・・・集合電極
、１０・…・・集合電極のセグメント状突出部、１１・
・・・・・橋状部、１３・・・・・・第三のヱミッタ領
域、１５・・・・・・補助ェミッ夕領域のセグメント状
突出部。 Ｆね．Ｉ Ｆｉｇ．２ Ｆｉ９．３ Ｆｉｇ‐ム Ｆｉｇ．６ Ｆｉｇ．８ Ｆｉｇ．５ Ｆｉｇ．７

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ カソード側に設けられた少なくとも１つの受光領域
   と、カソード側の主エミツタ領域と、ドーピング濃度が
   アノード側に向つて低下するカソード側のベース領域と
   、主エミツタ領域と受光領域との間でカソード側のベー
   ス領域内にある補助エミツタ領域とを有する半導体片、
   およびベース領域とも接触する少くとも１つの補助エミ
   ツタ電極を備えた光により制御されるサイリスタにおい
   て、（ａ） カソード側のベース領域３内に２つの溝６
   ，７を備え、この溝は少くとも補助エミツタ領域２と同
   じ深さであり、（ｂ） 第１の溝６は補助エミツタ領域
   ２の受光領域８と反対側を画成し、（ｃ） 第２の溝７
   は受光領域８とベース領域３との間であり、第１の溝６
   とともに補助エミツタ領域２の１つ又は複数の橋状部１
   １，１６を形成し、橋状部は溝６，７の少くとも２つの
   側面において画成され、（ｄ） 補助エミツタ領域２は
   補助エミツタ電極を通り橋状部１１，１６を介して、溝
   ６，７の外側にあるベース領域３の部分と結合されてい
   ることを特徴とする光制御サイリスタ。 ２ 補助エミツタ領域がリングセグメントして形成され
   、第２の溝７の端部が第１の溝６の端部および補助エミ
   ツタ領域２の端部と重畳しており、補助エミツタ領域２
   は両側においてそれぞれ橋状部１１を形成するように２
   つの溝６，７がリングセグメントして形成されているこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第１項記載のサイリスタ
   。 ３ 受光領域を囲むリング状の集合電極９がベース領域
   ３と接触していることを特徴とする特許請求の範囲第１
   項または第２項記載のサイリスタ。 ４ 集合電極が、第２の溝７の端部間にあるリングセグ
   メント状の突出部１０を有することを特徴とする特許請
   求の範囲第２項または第３項記載のサイリスタ。 ５ 補助エミツタ電極がリング状に形成され、第１の溝
   ６の端部間にあるリングセグメント状の突出部１５を有
   することを特徴とする特許請求の範囲第２項ないし第４
   項のいずれかに記載のサイリスタ。 ６ ベース領域は受光領域８の部分においてベース領域
   の残りの部分より薄くされていることを特徴とする特許
   請求の範囲第１項ないし第５項のいずれかに記載のサイ
   リスタ。 ７ 補助エミツタ領域２が受光領域８をも覆つているこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第１項ないし第５項のい
   ずれかに記載のサイリスタ。 ８ ２つの溝６，７が互に連通していることを特徴とす
   る特許請求の範囲第２項ないし第７項のいずれかに記載
   のサイリスタ。