JPS60234366A - 光駆動型サイリスタ - Google Patents

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】 〔発明の利用分野〕 本発明は、光信号によるゲート制御が可能なサイリスタ
に係９、特に光信号による点弧感度が高く、しかも臨界
オフ亀圧上昇率を充分に大きく与えることかできるよう
にした元ａｄ型サイリスタに関する。

〔発明の背型〕

４ｔｔｔｉ構造のスイッチング素子であるサイリスタは
、小電力がら太′屯力のスイッチングに広く使用されて
いるか、近年、従来から知られている、例えは′屯気伯
号トリガ型とでもいうべきサイリスタに加えて、光エネ
ルギーによって直接トリガで゛きる、光祁動型サイリス
タが現われ、その用途は広がるばかりと７よっている。

この光駆動型サイリスタは、基本的には眠気信号トリガ
型サイリスタと同じく、少くともｐｎｐｎの４層の半尋
体ノーと、その内外側層にオーミック接触した一対の主
電極とから構成されているが、トリガ端子はなく、半纏
体層の所定の部分に光を照射させることによってターン
オンさせることができるようになっているものであり、
このため、（１）主回路と制御回路との間での尚電圧耐
力をもった電気的なアイソレーションか各局で、主回路
の′１圧が高く７よっても制御回路が汲雑になる處れが
ない。

（２）　’に磁誘導などによるノイズに対して強く、誤
動作の虞れが少ない。

などの利点がおシ、従って、高′祇圧直流込屯用サイリ
スタ変換装置などへの応用に、近年多くの期待がかけら
れるようになってきた。

ところで、このような用途におけるサイリスタ素子に与
えられている昧題の一つに、臨界オフ亀圧上昇率（略し
てｄｖ／ｄｔ耐量と叶ぷ）を損わずに如何にして光点弧
感度を上げるががある。

第１図に光＝動型サイリスタの一例を示す。

この第１図において、光サイリスタ（光駆動型サイリス
タのこと）１００は、ｎペースＪ＊１．ｐベース層２．
ｐエミッタ層３．ｎエミッタ層４．上記ｎエミツタ層３
にオーミック接触したアノード電極５．上記ｎエミツタ
層４にオルミック接触したカソード咀極６．ｎエミッタ
層４とは別に設けられているｎエミッタｌｆｉ　４ＬＩ
と４００のそれぞれとｎベース層２とにオーミック接触
し、これらの間を低抵抗接続する電極印、６００．それ
にｐベースノー２の所定の表面領域に光信号を照射する
ライトガイド７とで構成されている。

順方向電圧が′電極５，６間処印加され、かつオフ状態
にある元サイリスタ１００にライトカイト７によって光
信号が送シ込まれると、ｐベース層２とｎベース層１、
それにｐエミツタ層３の’ｆ　Ｈに光に薦Ｉｂが発生し
、これが矢印で示すようにカフード電極６に流れ込む。

そして、この結果、ｐベース層２の中には横方向に電位
勾配を生じ、正の電位ｖｏがｎエミツタ層４００の内周
の直下のｎベース層２の中に発生する。

この電位ｖｏの大きさはｎベース層２の横方向の抵抗几
ｐＢと発生した光電流Ｉｂの積で与えられ、この電位■
。がｎエミツタ層４００とｎベース層２との間の接合の
ｂｕｉｌｔ　−ｉｎ％圧に近ずくと、ｎエミツタ層４０
０の内周部から点弧が始まり、光サイリスタ１００が点
弧される。

以上が光サイリスタの点弧動作であるが、一方、光サイ
リスタ１００がオフ状態にあるときには、ｎベース層２
とｎエミツタ層１との間のｐｎ接合に順′亀圧Ｖが掛り
、このｐｎ接合は逆バイアス状態にある。この状態でノ
イズなどにより順電圧Ｖに変化分ｄｖ／ｄｔが発生する
と、このｐｎ接合に変位、を流（コンデンサを流れる電
流）Ｉａが現われるが、この変位電流Ｉｄはその極性が
上記した光電流１ｂと同じであり、従って、この変位ｔ
　Ｎ、　Ｉ　ｄが大きくなるとこのｔＫＩｄによっても
光サイリスク１００は点弧され、誤点弧を生じることに
なる。

そこで、この順方向電圧Ｖの変化分ｄｖ／ｄｔによる点
弧の発生し難さをｄｖ／ｄｔ耐量と呼び、これが小さい
とノイズなどによる誤点弧が発生し易くなり、従って、
このｄｖ／ｄｔ耐量は大きい方が望ましい。

しかしながら、上記したところから明らかなように、こ
のｄｖ／ｄｔ耐量は光点弧感度と同じくｐベースＷｌ　
２の横方向抵抗几ｐＢなとで決まり、従って、この第１
図に示す光サイリスタ１００では、光点弧感度を上げよ
うとすると変化分ｄｖ／ｄｔによる誤点弧も生じ易くな
り、光点弧感度の向上と、ｄｖ／ｄｔ耐量の向上との両
立を図ることが困難であるという欠点がある。

第２図は光点弧感度をｄｖ／ｄｔｉｉｉｉｔ量とは独立
に改曽てきるようにした光サイリスタ１１０の一例で。

この光サイリスタ１１０が第１図の光サイリスタ１００
と異なっている点は、ｎエミツタ層４００とｐベース層
２に対する電極６００が分割され、それぞれごとの電極
６０１．　６０２となり、これら９間を抵抗８によシ接
続した点と、ライトガイド７により印加される光信号の
照射位置がｎエミツタ層４０００表面領域となっている
点である。

この光サイリスタ１１０に１臓方向′亀圧を印加し、ラ
イトガイド７から光信号を照射すると、これによシ内部
で光電流Ｉｂを生じる点は第１図の光サイリスタ１００
と同様であるが、この光サイリスタ１１０では光がｎエ
ミツタ層４００を透過して入射されるため、このｎエミ
ツタ層４００　、！＝　１）ベース層２の接合（Ｊ３接
合）で光電池作用が働き、この接合Ｊ３に電圧が発生す
る。一方、これに対応して電極６００が２つの′＃Ｌ＆
６０１と６０２に分割され、これらの間が抵抗８で接続
されているため、上記したＪ３接合に発生した電圧によ
り、ｎエミツタ層４００→Ｊ３接合→ｐベース層２→電
極６０２→抵抗８→電極６０１→ｎエミッタ層４００　
、という方向に光′電池電流ｉｐが循環する。

この光電池電流Ｉｐはｎベース層２の中では上記し１こ
光′電流１ｂと同じ方向に流れるから、上記した′電圧
ｖ０をさらに高くするように働き、点弧感度を上昇させ
るように作用する。

さらに、抵抗８が押入されているため、光電池電流Ｉｐ
による電圧降下がこの抵抗８に発生するが、この電圧降
下はＪ３接合を順バイアスする方向となるから、これに
よっても点弧感度が向上される。

一方、この光電池を流Ｉｐは光信号が照射されたときに
現われるだけであり、変化分ｄｖ／ｄｔによっては全く
発生しない。

従って、この光電池電流Ｉｐによる点弧感度の向上作用
は、正規の光信号が入射したときだけに現われ、点弧感
度を充分に改善させるか、ｄｖ／ｄｉ耐童を低下させる
ような作用は全くもたないため、結局、この光サイリス
タ１１０によれば、ｄｖ／ｄｔ耐量を低下させることな
く点弧感度を光分に向上させることができることになる
のである。

また、これとは別に、点弧感度に影響を与えないでｄ　
ｖ　／　ｄ　を耐量の向上が得られるようにした光サイ
リスクについては、例えば米国特許＠４１２２４８０号
明ＩＩＩ−１１Ｉ畳に開示されている。

〔発明の目的〕

本発明は、上記した事情に鑑みてなされたもので、その
目的とするところは、光電池作用によシ点弧感度の増加
を図りながらさらにｄｖ／ｄｔ耐量の改善が得られるよ
うにした光サイリスタを提供するにある。

〔発明の概要〕

この目的を達成するため、本発明は、光電池作用による
点弧感度の改善に用いられている外部導電路の抵抗に、
＋Ｖ方方向土圧変化分によって発生する変位′１揶の一
部を流し、これにより変位配流が現われたときには点弧
感度が抑圧されるようにした点を特徴とする。

〔発明の実施例〕

以下、本発明による光サイリスタについて１図示の実施
例によシ詳細に説明する。

第３図及び第４図は本発明の一芙施例で、第３図は平面
図、第４図は第３図のＡ　−Ａ’による断面図であり、
これらの図において、加はｐベース層。

６１はこのｐベー１層加にオーミック接触した電極であ
シ、その他は第２図に示した光サイリスタ１１０と同じ
である。なお、この第３図及び第４図による本発明の元
サイリスタ全体は１２０で表わす。

ｐベースＷｉ　２０は本来のｎベース層２に対して全く
独立した形でｎベース１ｍ　ｌの中に形成されており、
このときのｐベー１層加と２との間のアイソレーション
はｎベース層１との間のｐｎ接合によって与えられるよ
うになっている。

電極６１は電極６０１に対して低抵抗の外部導電路Ｃに
よって接続され、これにより、ｐペー１層加とｎベース
層２の′電極６０２の下の部分とを抵抗８を介して接続
する働きをする。

次に、この実施例の動作について説明する。

まず、元信号による点弧時での動作について説明する。

第４図に示すように、ライトガイド７からｎエミッタｊ
＃４００に光信号が照射されると、第２図で説明した元
サイリスタ１１０と１司様に、ｎベース層２、ｎベース
／ｍｌ、ｐエミッタ層３の籟域で光′電流ｉｂが発生し
、これがｎベース層２を横方向に通ってカソード成極６
に流れ込み、光信号の受光部となっているｎエミツタ層
４００とｎベース層２の間のエミッタ接合を順バイアス
し、点弧作用を発動させる。

一方、これと並行して、これも第２図の光サイリスタ１
１０と同様に、ｎエミツタ層４００とｎベース層２から
なるｐｎ接合部での光電池効果により光電池電流Ｉｐが
発生し、この′電流Ｉｐが、ｐベース層２→電極６０２
→抵抗８→電極６０１→ｎエミッタ層４００→ｐベース
層２．という経路で循環し、このｐｎ接合部をｊ−バイ
アスしてさらに点弧がおこり易くなるように作用する。

従って、この実施例による元サイリスタ１２０によれば
、高い点弧感度を与えることができ、光信号による点弧
を常に確実に行なわせることができる。

なお、この実施例による光ザイリスタ１２０では導電路
Ｃが設げられてお）、これにより′電極６０１と６０２
が′電極６１からｐベース層かに尋電結合されているが
、上記した光信号による点弧動作に際して発生する光電
池′電流Ｉｐは、′電極６１からｐイー１層加には流入
しない。その理由は以下の通９である。すなわち、点弧
が行なわれようとしている状態、つまり順方向阻止状態
では、カソード端子Ｋがマイナス、アノード端子Ａがプ
ラスになるよりな′電圧が印加されており、このため、
ｐイー１層加とｎベース層１の間の接合は逆バイアス状
態になっているからである。そして、この結果、導電路
Ｃの存在によっては、光信号による点弧動作は全く何の
影響も父けす、上記した点弧感度の向上か得られること
になる。

次に、ノイズなどによる順方向電圧Ｖの変化分ｄｖ／ｄ
ｔかＦ：ｌ］加されてしまったときの動作について第５
図によって説明する。

アノード端子Ａとカソード端子１（の間にＩＩＭ方向屯
出０変化分ｄｖ／ｄｉが担われると、ｎベース層２とｎ
ベース層１との接合部の近傍に変位′電流ＩｄＯがほぼ
均一に発生し、これがｎベース層２を横方向に辿ってカ
ソード電極６に流れ込む。そして、この戻位隠ＤｉｃＩ
ｄｏの値が成る程度以上になり、ｎエミッタＪｆｉ４０
０の直下におけるｎベース層２の横方向の抵抗による電
圧降下の大きさが、ｎエミッＩ層４ｏｏとｎベース層２
の間の接合における拡散′電位にまで近づ（と、この光
サイリスタ１２０は点弧し始め、誤点弧を生じる。

しかして、この実施例による光サイリスタ１２０では、
本来のｎベース層２に対して、これとはｎベース層１に
よってアイソレートされて独立して存在するｐベースＪ
ＷＩ２０　ｆＪ′ニー設けられており、上記した変位電
流ＩｄｏｌＪ″−現われるような状態になると、このｐ
イー１層加とｎベースＩ＠１との接合部の近傍でも同じ
ようにして変位電流Ｉｄ１が現われ、この電流Ｉｄ１が
′電極６１から導電路Ｃ１抵抗８を剋って′電極６０２
に、そしてこの電極６０２からｐ−＜−ス層２に入り、
変位電流Ｉｄｏと合流してカソード電極６に流れ込むよ
うになる。なお、このときの変位嶌ＫＩａｏとＩｄｘと
はほぼ等しい電流密度で発生されてくることは説明を要
しないところである。

このようにしてｎペース１加からの変位ｉｔ　１７１ｊ
Ｉｄｘが抵抗８に流れると、この抵抗８には図示の極性
の成田が発生し、この電圧が′電極６０１と６０２との
間に与えられることになり、これによりｎエミッｐ　層
４００　トルベースＪｆｌ　２との間のエミッタ・ベー
ス接合を逆バイアス状態にし、点弧感度を下げるように
作用する。

従って、この実施例による光サイリスタ１２０によれば
、順方向′電圧の変化分ｄｖ／ｄｔが印加されたときに
は、そのときだけ点弧感度か低く抑えられるように動作
し、大きなｄｖ／ｄｔ耐量をもたせることができ、結局
、光信号に対する高い点弧感匿？保ちながら大きなｄｖ
／ｄｔ耐祉を付与することができることになる。

成る実験ｆｌＪによって比較した場合、本発明の実施例
による元サイリスタ１２０の尤）１６号に対する点弧感
度は、第１図の実施例のそれに対して１．４倍程度向上
し、他方、ｄｖ／ｄｔ劇量は第２図の光サイリスク１１
０に比して１．７倍程度向上した。

第６図は本発明の他の一実施例による光サイ１リスタ１
３０を示したもので、この元サイリスタ１３０が第４図
の実施例における元サイリスタ１２０と異なる点は、ｐ
イー１層加を本来のｎベース層２から独立して設けるた
めの手段に、七−ト溝Ｍを用いた点だけでおり、その他
の構造や全体的な機能などは第４図の実施例と同じであ
る。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明によれば、光信号による点
弧動作に対して光電池作用による点弧感度の改善を図っ
た光サイリスタのｄ　ｖ　／ｄ　ｔ　１ｌｉＩｉ諷を、
点弧感度の改善とは独立に増加させることができるため
、従来技術の欠点を除き、光サイリスタに必要な高い光
点弧感反と充分なｄｖ／ｄｔ耐諷とを氷ね備えた光サイ
リスタ全容易Ｋｍ供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は光駆！４ｔＩ型サイリスタの従来例を示す断面
図、第２図は光点弧感度を改善した先駆＃Ａ型サイリス
タの一例を示す断面図、第３図は本発明による光駆動型
サイリスタの一実施例を示す平面図、第４図は第３図の
Ａ　−Ａ’線による断面図、第５図は第３図及び第４図
に示した光駆動型サイリスタの動作を示す説明図、第６
図は本発明の他の一実施例を示す断面図である。 １・・・・・・ｎベース層、２．加・・・・・・ｐベー
ス層、３・・・・・・ｐエミッタ層、４．４０．　４０
０・・曲ｎエミッタ層、５．　６．６０．６１．　６０
１．　６０２・−・−・、！Ｉ−−ミック電極、７・・
・・・・ライトガイド、８・・・・・・抵抗。 第１図 第２図 第３図 第４図 第１頁の続き ［相］発　明　者　八　尾　勉　日立市幸町：所内

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、　第１尋亀型の第１エミッタ層と第２導電型の第１
   ベース層、第１導電型の第２ベース層、及びこの第２ベ
   ース層の表面の選択された部分に形成された第２４電型
   の歯２エミッタ層からはる４１脅構造の半導体基板を備
   え、上記第２エミツタ膚のうちの独立した一部の表面を
   ゲート用光信号の受光面とすると共に、この受光面とな
   った第２エミッタ層と上記第２べ〜ス層の選択さｔｃた
   一部の表面領域との間に所足の抵抗値の外部導電路が形
   成されている光駆動型サイリスタにおいて、上記第１導
   亀型の第２ベースｊ−とは独立した第１尋酩型の第２ベ
   ース層を設け、この独立した第２ベース層と上記受光面
   となった第２導電型の第２エミッタ層との間に外部導電
   路を形成したことを特徴とする光駆動型サイリスタ。 ２、特許請求の範囲第１男において、上記独立した第１
   導亀型の第２ベース層か、上記第２導成型の第１ベース
   層との間のｐｎ接合によるアイソレーションによって形
   成されていることを％徴とする光駆動型サイリスタ。 ３、特許請求の範囲第１項において、上記独立した＠４
   １纏祇型の年２ベース増が、上記第１導電型の第２ベー
   ス層の表面に設けたモート溝によるアイソレーションに
   よって形成されていることを特徴とする尤脇勤型サイリ
   スタ。