JPS5914907B2 - 双方向負性抵抗半導体素子 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は良好な電気的特性を有する二極負性抵抗半導体
素子の内部構造に関する。

従来の二極負性抵抗半導体素子の構造は第１図ａの様な
表面を酸化被膜等で被つたプレーナ型があつた。

この場合の動作はＮＰＮ（又はＰＮＰ）トランジスタの
ベースオープン動作として説明される。すなわち、ＮＰ
Ｎトランジスタの外部電流搬送率をα、特に小電流時の
αをαｏとすれば、第２図に示すブレークオーバー電圧
Ｖ１、Ｖ２に相当する電圧をＶＢ、又負性抵抗領域に入
つてから最低点の電圧をＶｃとすると実験的に ＶＣ＝ＶＢｎＮ／１−αｏの関係がある事が一般的に知
られている。

ここでＶＢを超えた電圧が素子に印加された場合には、
第１図ｂに示すように電流が急速に流れ始めるが、この
際電流の増加と共に１０αが１に近ずくと端子電圧はＶ
Ｂより小となり負性抵抗特性を示しαが１に到つて上式
のＶＣになる。上述の負性抵抗特性を利用し易いものと
するためには、トランジスタのエミッタ放出効率γ、べ
１５−ス輸送効率βを大きくすることが従来より行われ
てきた。

すなわちγを大きくする為にエミッタ・ベースの不純物
濃度差を大きくし、βを大きくする為にベース層の巾を
せまくし、ベース層に注入される少数キャリアのライム
タイムを長くするク０ 方法等が一般に行われてきた。
従来行われてきた第１図に示す構造ではベースの巾ｗは
実際的には１０〜３０ミクロン程度でこれを高精度でコ
ントロールせねばならない。又コストダウンの目的で、
ウエ・・の直径の大形化を行うと、工程途中の取扱２５
い不注意により生ずるワレを防止する為にはウエ・゛の
厚さは最小１５０ミクロン程度が必要であり、このため
ジャンクション部の深さは６０〜７０ミクロンとなる。
この様に深い拡散ではジャンクション部の深さ３０のバ
ラツキは大きくなり又長時間高温で拡散する為に基板の
結晶の乱れ等の不都合があり少数キャリア−のライフタ
イムの低下を来たすなど製造上多大の困難を伴なう。

一方少数キャリアのライフタイムを長くする一つの方法
としては使用する基３５板の比抵抗を上げる方法がある
が、この方法では素子のブレークダウン電圧も高くなり
実際の応用面で種々の不都合がでてくる。そのため電圧
を低くするにはＮ層の深さを浅くして不純物濃度勾酸を
急峻なものとする必要がでてくる。しかしそうするとベ
ースの巾を広くせねばならないといつた矛盾を生する事
となる。又Ｐ型基板１の両面からＮ型不純物を拡散して
形成したＮエミツタ層２をもつ第１図の構造の素子にお
いて、接合が基板の表面に露出した部分はシリコン酸化
被膜４等により被われているが、この部分の横力向拡散
は縦方向に比して遅く表面での不純物濃度勾配が中心部
より急であり、かつ表面近くはシリコン酸化被膜等によ
る結晶の乱れ等で表面近傍で倶発的ブレークダウンが起
こり、したがつて特性の揃つた信頼度の高い負性抵抗特
性を持つ素子を得るのが困難であつた。

本発明については以上述べた様な種々の難点を改善し製
造が容易でかつ信頼度の高い負性抵抗特性を有する二極
負性抵抗半導体素子を提供するものである。

つぎに本発明の基本原理について説明する。

先に述べた様に、輸送効率βを上げるためには、ベース
層で再結合する少数キヤリアが少ない方が望ましい。こ
の理由からベース層のライフタイムを長くするためには
高比抵抗の半導体基板を用いることは先に述べた。しか
して、半導体基板の比抵抗が高ければ、実際問題として
、ベースＰ一層の巾が相当広くても少数キャリヤーの再
結合は少ない〜 本発明において従来の構造と異るのは高比抵抗ベースＰ
一層のエミツタＮ層に接する部分の特に周辺部を除いた
中央部にＰ一層と同じ導電型を持ち、このＰ一層よりも
高い不純物濃度を持つた局部的ｐ＋領域を設けしかもこ
のｐ＋領域とエミツタ層との間の接合の周辺外側に高比
抵抗半導体ベースＰ一層とエミツタ拡散層と、によつて
生ずる接合を配した点である。

この薄いｐ＋領域の上にさらにベースＰ一層と逆の導電
型をもつＮ層を拡散するとベースＰ一層とＮ層とによつ
て生ずるジャンクシヨンの耐圧はｐ＋層とＮ層とによつ
て生ずるジャンクシヨンの耐圧よりも高くなるので素子
は表面ではなく内部のｐ＋層，Ｎ＋層によつて生ずるジ
ヤンクシヨンによつて耐圧が決まる。従つて前記Ｎ層，
ｐ＋層のデイメンジヨンを適当に選ぶ事により素子のブ
レークダウン特性を決めることができる。従つて少数キ
ヤリアの再結合する領域はｐ＋層がほとんどでベースｐ
一層では少数キャリヤーは再結合する事なしに通過する
のでベースＰ一層の巾を相当広くとる事ができるのであ
る。次に図面を用いて本発明の実施例を説明する。第２
図ａに示す如く、厚さ２５０ミクロン、比抵抗５〜１０
０ル庸のＰ型シリコン半導体基板１の両面に熱酸化によ
り酸化被膜４を作る。次に既知の光学的手段によりｐ＋
層７と８を拡散するためにこの部分の酸化被膜を除去す
る。ここからボロンを不純物源として深きが３０ミクロ
ンとなる様に拡散を行う。その後この基板に再度酸化被
膜を設け前と同様光学的手段によりＮ層２および３とな
るべき部分の酸化被膜を除去してここからリンを不純物
源として深さが１５ミクロンとなる様に拡散する。この
上に電極５と６をそれぞれ設けて一個の素子となる。こ
の様にして得られた素子の半導体基板１に残されたＰ一
層１（高比抵抗ベース層）の巾は２３０ミクロン程度又
Ｎ層２，３及びｐ＋層７，８の厚さはそれぞれ１５ミク
ロンおよび３０ミクロンとなる。

従つて前記の従来の構造の素子と比ベベース層の巾は数
倍となり又Ｎ層の深さは約１／４となるので拡散の深さ
の精度の向上が計られ製造の容易な構造とすることがで
きる。又この場合素子のブレークダウン耐圧はｐ＋層７
，８及びＮ層２，３の境界に生じたジャンクシヨンによ
つて決るのでこのジャンクシヨン部の深さ、２，３層の
不純物濃度勾配を適当に選ぶことにより任意に設計でき
る。

ｐ一層１は高比抵抗領域で少数チヤリアの輸送効率は非
常に良くなりトランジスタの輸送効率βはこのベース層
の厚さｗにはほとんど関係せず主としてｐ＋層の巾で影
響を受ける事となる。従つてβを大きくする為にＰ一層
１の巾をせまくする必要がないので基板１の厚さを２５
０ミクロン程度と大きくとれるのである。第２図ｂはａ
図に示す素子の特性であり、第１図ｂの特性に比べ、ブ
レークダウン電圧に達すると直ちに負性抵抗領域に移る
という改善点も見出される。

第３図は一面のみから不純物拡散を行なうことにより得
られた横形構造の素子に本発明を実施した例を示すもの
であり、この構造の素子は一対の電極５および６が図に
示す如く一方の面にのみ取り出されているので、この素
子を基板面に組立てるに便利である。

基本動作特性は第２図のものと当然同じである。第４図
は、第２図と同様に上下に一対の電極５，６を有する縦
形構造であるが、接合端は側面に露出され、それが絶縁
保護膜９により保護されている。いわゆるメサ構造のも
のに本発明を実施した例であり、第２図のプレーナ構造
に比べ表面接合端における欠点が少ないので良品歩留ま
りは幾分向上される。この様に本発明の構造を用いるこ
とにより、ベース巾ｗの正確なコントロールを必要とせ
ず又厚い半導体基板を用いるため工程途中でのワレが減
少し、浅い拡散を行うため拡散時間が短縮され、素子表
面でブレークダウンを起さない為に信頼度が向上する等
の多大な長所を持つため製造が容易となり、しかも良好
で信頼度の高い負性抵抗特性を持つた素子を得ることが
できた。

なお上記実施例ではＰ導電型ベース層にＮ導電型エミツ
タ層を配したＮＰＮ構造の素子について述べたが、これ
とは逆のＰＮＰ構造の素子についても本発明が適用でき
るのは当然である。

【図面の簡単な説明】

第１図ａは従来のブレーナ型負性抵抗素子の断面図、同
ｂ図はその特性曲線図である。 第２図ａは本発明による双方向負性抵抗半導体素子の断
面図、同ｂ図はその特性曲線図である。第３図は横形構
造の本発明実施例の断面図、第４図はメサ形構造の本発
明実施例の断面図である。１・・・・・・Ｐ型高比抵抗
基板（ベース層）、２，３・・・・・・エミツタ層、４
・・・・・・シリコン酸化被膜、５，６・・・・・・電
極、７，８・・・・・・局部的低比抵抗ベース層、９・
・・・・・絶縁保護膜。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ Ｐ（又はＮ）導電型の高比抵抗ベース層と、このベ
   ース層を間において一対のＮ（又はＰ）導電型のエミッ
   タ層を有し、該両エミッタ層の周辺部を除いた中央部に
   接する該ベース層部分は局部的に該ベース層と同一導電
   型の薄い低比抵抗層とされ、該中央部接合はＮ（又はＰ
   ）導電型層と低比抵抗のＰ（又はＮ）導電型層との間の
   接合からなり、さらに該両低比抵抗層の間には高比抵抗
   ベース層が介在され、該周辺部接合はＮ（又はＰ）導電
   型層と高比抵抗のＰ（又はＮ）導電型ベース層との間の
   接合からなることを特徴とする双方向負性抵抗半導体素
   子。