JPS5931220B2 - reverse conducting thyristor - Google Patents
reverse conducting thyristorInfo
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- JPS5931220B2 JPS5931220B2 JP52011802A JP1180277A JPS5931220B2 JP S5931220 B2 JPS5931220 B2 JP S5931220B2 JP 52011802 A JP52011802 A JP 52011802A JP 1180277 A JP1180277 A JP 1180277A JP S5931220 B2 JPS5931220 B2 JP S5931220B2
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- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10D—INORGANIC ELECTRIC SEMICONDUCTOR DEVICES
- H10D84/00—Integrated devices formed in or on semiconductor substrates that comprise only semiconducting layers, e.g. on Si wafers or on GaAs-on-Si wafers
- H10D84/101—Integrated devices comprising main components and built-in components, e.g. IGBT having built-in freewheel diode
- H10D84/131—Thyristors having built-in components
- H10D84/135—Thyristors having built-in components the built-in components being diodes
- H10D84/136—Thyristors having built-in components the built-in components being diodes in anti-parallel configurations, e.g. reverse current thyristor [RCT]
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Description
【発明の詳細な説明】
この発明は、逆導通サイリスタのオフ電流を低減させる
逆導通サイリスタの構造に関するものである。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to a structure of a reverse conduction thyristor that reduces the off-state current of the reverse conduction thyristor.
サイリスタとダイオードを1ケの半導体基体内に逆並列
に構成したいわゆる逆導通サイリスタの構造例としては
、第1図断面図に示すものがある。An example of the structure of a so-called reverse conduction thyristor in which a thyristor and a diode are arranged in antiparallel in one semiconductor substrate is shown in the sectional view of FIG.
第1図において、1はn型の高抵抗基体であり、n型の
第2ベース層2を構成する。3は第2ベース層2に隣接
し第2ベース層2との間に接合J2を構成するP型の第
1ベース層、4は第2ベース層2に隣接し第2ベース層
との間に接合J1を構成する第2エミッタ層、5は第1
ベース層3に隣接し、第1ベース層3との間に接合J3
を構成する第1エミッタ層、6およびTはそれぞれ主表
面8、9に露出した第1ベース層および第2ベース層で
ある。In FIG. 1, reference numeral 1 denotes an n-type high-resistance substrate, which constitutes an n-type second base layer 2. In FIG. 3 is a P-type first base layer that is adjacent to the second base layer 2 and forms a junction J2 with the second base layer 2; 4 is a P-type first base layer that is adjacent to the second base layer 2 and forms a junction J2 with the second base layer 2; The second emitter layer constituting the junction J1, 5 is the first
Junction J3 adjacent to the base layer 3 and between the first base layer 3
The first emitter layer 6 and T constituting are the first base layer and the second base layer exposed on the main surfaces 8 and 9, respectively.
又10は、主表面8に露出した第1ベース層であり、ゲ
ートを構成する。11はゲート10と電気的接触をなす
ゲート電極、12はカソード電極、13はアノード電極
、14は第2ベース層とアノード電極間にあり、アノー
ド電極とオーミック接触をなすべく第2ベース層に設け
られたnf層、15は表面安定化のために傾斜付けされ
た表面、16はサイリスタ部、1?はダイオード部、1
8は傾斜付け部である。Further, 10 is a first base layer exposed on the main surface 8 and constitutes a gate. 11 is a gate electrode that makes electrical contact with the gate 10, 12 is a cathode electrode, 13 is an anode electrode, and 14 is between the second base layer and the anode electrode, and is provided on the second base layer to make ohmic contact with the anode electrode. 15 is a sloped surface for surface stabilization, 16 is a thyristor part, 1? is the diode part, 1
8 is an inclined portion.
このような構成の逆導通サイリスタの製造法は、周知で
あるから、ここでは省略する。逆導通サイリスタの用途
は、インバータやチヨツパ装置であるため、短かいター
ンオフ時間が要求される。The method of manufacturing a reverse conduction thyristor having such a configuration is well known, and therefore will not be described here. Since reverse conduction thyristors are used in inverters and chopper devices, short turn-off times are required.
ターンオフ時間を短縮するには、サイリスタ部16にラ
イフタイムキラ一となる重金属や格子欠陥を導入する必
要があり、一般的には金、白金電子線照射等が用いられ
ている。又ダイオード部17に通電した後、アノード側
に十電圧、カソード側に一電圧を印加すると、ダイオー
ド部17への通電の際サイリスタ部16の第2ベース層
2へしみ込んだ正孔が、サイリスタ部16の第1エミツ
タ層5へ注入しサイリスタを点弧させ、いわゆる転流失
販を生じる。この転流失販を防止するため、従来よりダ
イオード部17へも重金属等のライフタイムキラ一導入
していた。さらに回路上ダイオード部17への通電后の
蓄積電荷を一定値に保つ必要があるが、従来構造では、
傾斜付けした部分の垂直投影部へもダイオード電流が流
れるので、この部分のライフタイムを制御しなければ、
蓄積電荷を制御出来なかつた。このため、従来構造の逆
導通サイリスタでは、ダイオード部17への通電の際有
効に作用しない傾斜付け部への重金属の導入に伴なうオ
フ電流の増加という欠点があつた。In order to shorten the turn-off time, it is necessary to introduce into the thyristor section 16 a heavy metal or a lattice defect that will kill the lifetime, and gold or platinum electron beam irradiation is generally used. Furthermore, after energizing the diode section 17, if ten voltages are applied to the anode side and one voltage is applied to the cathode side, the holes that have penetrated into the second base layer 2 of the thyristor section 16 when the diode section 17 is energized are transferred to the thyristor section. 16 into the first emitter layer 5 to fire the thyristor, causing what is called a commutation loss. In order to prevent this loss of sales due to commutation, lifetime killers such as heavy metals have conventionally been introduced into the diode section 17 as well. Furthermore, it is necessary to maintain the accumulated charge at a constant value after energizing the diode section 17 in the circuit, but in the conventional structure,
Diode current also flows to the vertically projected part of the inclined part, so if the lifetime of this part is not controlled,
Accumulated charge could not be controlled. For this reason, the reverse conduction thyristor of the conventional structure has the disadvantage that the off-state current increases due to the introduction of heavy metals into the sloped portions which do not work effectively when energizing the diode portion 17.
本発明ばかかる従来の逆導通サイリスタの欠点を除去し
、オフ電流を低減した逆導通サイリスタを提供すること
にある。The object of the present invention is to eliminate the drawbacks of the conventional reverse conduction thyristors and provide a reverse conduction thyristor with reduced off-state current.
本発明の実施例を第2図に示す断面図を用いて説明する
。An embodiment of the present invention will be described using a cross-sectional view shown in FIG.
第2図において1はn型の高抵抗半導体基体であり、n
型の第2ベース層2を構成する。In FIG. 2, 1 is an n-type high-resistance semiconductor substrate;
This constitutes the second base layer 2 of the mold.
3は第2ベース層2に隣接し第2ベース層2との間に接
合J2を構成するp型の第1ベース層、4は第2ベース
層2に隣接し第2ベース層2との間に接合J1を構成す
るp型の第2エミツタ層、5は第1ベース層3に隣接し
、第1ベース層との間に接合J3を構成する第1エミツ
タ層、6および7はそれぞれ主表面8,9に露出した第
1ベース層3、第2ベース層4である。3 is a p-type first base layer adjacent to the second base layer 2 and forms a junction J2 with the second base layer 2; 4 is adjacent to the second base layer 2 and forms a junction J2 with the second base layer 2; A p-type second emitter layer 5 is adjacent to the first base layer 3 and forms a junction J3 with the first base layer; 6 and 7 are respective main surfaces; 8 and 9 are the first base layer 3 and the second base layer 4 exposed.
又10は主表面8に露出した第1ベース層でありゲート
を構成する。11はゲート10と電気的接触をなすゲー
ト電極、12はカソード電極、13はアノード電極、1
4は第2ベース層4とアノード電極13間にあり、アノ
ード電極とオーミツク接触をなすべく第2ベース層2に
設けられたn+層、15は表面安定化のために傾斜付け
された半導体基板1の表面、16はサイリスタ部、17
はダイオード部、18は傾斜付け部である。Further, 10 is a first base layer exposed on the main surface 8 and constitutes a gate. 11 is a gate electrode that makes electrical contact with the gate 10; 12 is a cathode electrode; 13 is an anode electrode;
4 is an n+ layer provided on the second base layer 2 between the second base layer 4 and the anode electrode 13 to make ohmic contact with the anode electrode; 15 is the semiconductor substrate 1 tilted for surface stabilization; surface, 16 is the thyristor part, 17
18 is a diode portion, and 18 is a tilted portion.
19は第2ベース領域2中への表面傾斜付け部のアノー
ド側への垂直投影部に設けた第2ベース層とは異なる導
電型の第3エミツタ層、J4は第3エミツタ層19と第
2ベース層2とにより形成されるPn接合である。Reference numeral 19 denotes a third emitter layer of a conductivity type different from that of the second base layer, which is provided in the vertical projection part of the surface inclined part into the second base region 2 toward the anode side, and J4 denotes the third emitter layer 19 and the second emitter layer. This is a Pn junction formed by the base layer 2.
本発明の主なる点はかかる第3エミツタ層が傾斜付け部
18のアノード側への垂直投影部に存在することにある
。このため傾斜付け部18のアノード側への垂直投影部
へはダイオード通電の際のキヤリアはほとんど流入しな
いので、傾斜付け部18の蓄積電荷はほとんどOとなる
。The main point of the invention is that such a third emitter layer is present in the vertical projection of the sloped portion 18 towards the anode side. Therefore, almost no carriers flow into the vertically projected portion of the inclined portion 18 toward the anode side when the diode is energized, so that the accumulated charge in the inclined portion 18 becomes almost zero.
このため、この領域のキヤリアライフタイムを短縮する
必要はなくなり、従来構造の逆導通サイリスタに比べ傾
斜付け部18へのライフタイムキラ一の導入量は極端に
少なくし、傾斜付け部18の垂直投影下の第1ベース層
3及び第2ベース層2のライフタイムをダイオード部の
第1ベース3及び第2ベース層2のライフタイムより長
くしても同一蓄積電荷量に制御できる。通常電力用半導
体では、J2接合の深さが80〜90μm程度であり、
傾斜角1〜3゜位で傾斜付けを行なうため、傾斜付けに
約3mm程度を必要としている。Therefore, it is no longer necessary to shorten the carrier lifetime in this region, and the amount of lifetime killer introduced into the inclined portion 18 is extremely small compared to the reverse conduction thyristor of the conventional structure, and the vertical projection of the inclined portion 18 is Even if the lifetime of the lower first base layer 3 and second base layer 2 is made longer than the lifetime of the first base layer 3 and second base layer 2 of the diode part, the amount of accumulated charge can be controlled to be the same. In normal power semiconductors, the depth of the J2 junction is about 80 to 90 μm,
Since the inclination is performed at an inclination angle of about 1 to 3 degrees, approximately 3 mm is required for the inclination.
50mm直径の半導体基板を用いた場合には、傾斜付け
に要する面積は、4.2dであり全面積の20%となる
。When a semiconductor substrate with a diameter of 50 mm is used, the area required for tilting is 4.2 d, which is 20% of the total area.
従来の逆導通サイリスタでは、かかる傾斜付け部へも重
金属を導入するためサイリスタ部以外のオフ電流の分担
率が約70?程度であつた。たとえば2500V,40
0A/150A,30μmの特性、定格をもつ高速スイ
ツチング逆導通サイリスタでは、接合部温度125℃に
おけるオフ電流80mAのうち、サイリスタ部のみでオ
フ電流は25mAであり、サイリスタ部以外、すなわち
ダイオード部と傾斜付け部でのオフ電流は55mA程度
であつたが、本発明ではサイリスタ部のみでオフ電流は
20〜30mAであり、サイリスタ部以外でのオフ電流
は傾斜付け部18への重金属の導入量は少なくてすむの
で30mAとなり全体でのオフ電流は+20mA低減し
た。本発明は以上のようにオフ電流の低減に顕著な効果
をもたらし、しかも実際の通電に寄与しない領域に本発
明を実施しているわけであるから、特性及び定格には何
等悪影響を及ぼさないことはいうまでもない。In conventional reverse conduction thyristors, heavy metals are also introduced into the inclined portions, so the share of off-current in areas other than the thyristor portions is approximately 70? It was moderately hot. For example, 2500V, 40
In a high-speed switching reverse conduction thyristor with characteristics and ratings of 0A/150A, 30μm, of the 80mA of off-state current at a junction temperature of 125°C, the off-state current is 25mA only in the thyristor part, and the off-state current is 25mA in the thyristor part only, that is, the diode part and the inclined part. The off-state current at the sloping part was about 55 mA, but in the present invention, the off-state current is 20 to 30 mA only at the thyristor part, and the off-state current at parts other than the thyristor part shows that the amount of heavy metal introduced into the slanted part 18 is small. Therefore, the total off-state current was reduced by +20mA to 30mA. As described above, the present invention has a remarkable effect on reducing off-state current, and since the present invention is implemented in an area that does not contribute to actual current conduction, it does not have any adverse effect on the characteristics and ratings. Needless to say.
本発明の実施例を説明するに第2図を用いて行なつたが
、第2図のp+層からなる第3エミツタ層19の代りに
n型の高抵抗層(ml層)を形成してもよい。The embodiment of the present invention was explained using FIG. 2, but an n-type high resistance layer (ml layer) was formed in place of the third emitter layer 19 made of the p+ layer in FIG. Good too.
なぜなら、第1導電型の第2ベース層(ml)2とアノ
ード電極13との間に存在する当該高抵抗層(n−)は
、アノード電極13からの電子の注入を妨げるように働
き、傾斜付け部18の垂直投影部へは、ダイオード通電
の際キャリアはほとんど流入しないので、傾斜付け部1
8の蓄積電荷はほとんどOになる。このため、高抵抗の
n層は、p+の第3エミツタ層19と全く同様の効果を
生ずる。又第3エミツタ層19の内側の端20が傾斜付
けした部分の垂直投影部分の内側の端よりも内側にある
方が好ましいが、多少外側にあつても同様な効果を得ら
れることを確認した。以上のように本発明により、半導
体基板の周囲にダイオードを配した逆導通サイリスタで
は、オフ電流の低減に顕著な効果が得られる。This is because the high resistance layer (n-) existing between the second base layer (ml) 2 of the first conductivity type and the anode electrode 13 acts to prevent injection of electrons from the anode electrode 13, and the slope When the diode is energized, carrier hardly flows into the vertically projected part of the attached part 18, so the inclined part 1
The accumulated charge of 8 becomes almost O. Therefore, the high resistance n layer produces exactly the same effect as the p+ third emitter layer 19. Furthermore, although it is preferable that the inner edge 20 of the third emitter layer 19 be located inside the inner edge of the vertically projected portion of the inclined portion, it has been confirmed that the same effect can be obtained even if it is located slightly outside. . As described above, according to the present invention, a reverse conduction thyristor in which a diode is arranged around a semiconductor substrate has a remarkable effect in reducing off-state current.
第1図は従来の逆導通サイリスタを説明するための断面
図、第2図は本発明を実施した逆導通サイリスタの縦断
面説明図である・図中、5は第1導電型の第1エミツタ
層、3は第2導電型の第1ベース層、2は第1導電型の
第2ベース層、4は第2導電型の第2エミツタ層、6は
ダイオードを形成する第2導電型の第1ベース層、7は
ダイオードを形成する第1導電型の第2ベース層、8,
9は一対の主表面、19は第2ベースに隣接した第2導
電型の第3エミツタ層、18は傾斜付けした部分の垂直
投影部、17はダイオード部、20は傾斜付けした部分
の垂直投影部の内側の端、21は第3エミツタ層の内側
の端である。FIG. 1 is a cross-sectional view for explaining a conventional reverse conduction thyristor, and FIG. 2 is a longitudinal cross-sectional view of a reverse conduction thyristor embodying the present invention. In the figure, 5 is a first emitter of the first conductivity type. 3 is a first base layer of a second conductivity type, 2 is a second base layer of a first conductivity type, 4 is a second emitter layer of a second conductivity type, and 6 is a second base layer of a second conductivity type forming a diode. 1 base layer; 7 a second base layer of the first conductivity type forming a diode; 8;
9 is a pair of main surfaces, 19 is a third emitter layer of the second conductivity type adjacent to the second base, 18 is a vertical projection of the inclined portion, 17 is a diode portion, and 20 is a vertical projection of the inclined portion. 21 is the inner end of the third emitter layer.
Claims (1)
タ層と第2導電型の第1ベース層、前記第1ベース層に
隣接し第1ベース層とpn接合J_2を形成する第1導
電型の第2ベース層、前記第2ベース層に隣接し第2ベ
ース層とpn接合J_1を形成する第2導電形の第2エ
ミッタ層からなるサイリスタ部と、前記pn接合J_2
を形成まる第1ベース層を第2ベース層を各々一対の主
表面に露出してなるダイオード部とを有し、サイリスタ
部の周囲にダイオード部が配置され、かつ半導体基体の
周縁の第2ベース層に隣接した箇所に、ダイオードの外
周に第2ベース層とpn接合J_4を形成する第2導電
型の第3エミッタ層又は第1導電型の高抵抗層を設け、
半導体基体の最外周縁に傾斜付けを設け、傾斜付けした
部分の垂直投影下の第1ベース層及び第2ベース層の少
なくとも一部の少数キャリアのライフタイムがダイオー
ド部を構成する第1ベース層及び第2ベース層の少数キ
ャリアのライフタイムより長いことを特徴とする逆導通
サイリスタ。 2 サイリスタ部の第2エミッタ層に対向する第3エミ
ッタ層又は第1導電型の高抵抗層の端が、傾斜付けされ
た半導体基体の垂直投影部の内側の端部よりも内側にあ
ることを特徴とする特許請求の範囲第1項記載の逆導通
サイリスタ。 3 サイリスタ部の第2エミッタ層に対向する第3エミ
ッタ層又は第1導電型の高抵抗層の端が、傾斜付けされ
た半導体基体の垂直投影部の内側の端部上かもしくは外
側にあることを特徴とする特許請求の範囲第1項記載の
逆導通サイリスタ。 4 金、白金、Fe、Ni等の重金属や中性子線、電子
線及びγ線等の放射線照射を用い、少なくとも第2ベー
ス層を含む領域のライフタイムを制御したことを特徴と
する特許請求の範囲第1項記載の逆導通サイリスタ。[Claims] 1. A first emitter layer of a first conductivity type and a first base layer of a second conductivity type forming a pn junction J_3, which are adjacent to the first base layer and form a pn junction J_2. a thyristor portion including a second base layer of a first conductivity type to be formed, a second emitter layer of a second conductivity type adjacent to the second base layer and forming a pn junction J_1 with the second base layer, and the pn junction J_2.
and a diode portion formed by exposing a first base layer and a second base layer to a pair of main surfaces, respectively, the diode portion is arranged around the thyristor portion, and the second base layer is formed at the periphery of the semiconductor substrate. A third emitter layer of the second conductivity type or a high resistance layer of the first conductivity type forming a pn junction J_4 with the second base layer around the outer periphery of the diode is provided adjacent to the layer;
A first base layer in which the outermost peripheral edge of the semiconductor substrate is sloped, and the lifetime of minority carriers of at least a portion of the first base layer and the second base layer under the vertical projection of the sloped portion constitutes a diode portion. and a reverse conduction thyristor characterized by having a lifetime longer than the minority carriers of the second base layer. 2. The end of the third emitter layer or the high resistance layer of the first conductivity type that faces the second emitter layer of the thyristor section is located inside the end of the vertically projected part of the inclined semiconductor substrate. A reverse conducting thyristor according to claim 1, characterized in that: 3. The end of the third emitter layer or the high resistance layer of the first conductivity type opposite to the second emitter layer of the thyristor section is on the inner end of the vertically projected part of the inclined semiconductor substrate or on the outside. A reverse conducting thyristor according to claim 1, characterized in that: 4 Claims characterized in that the lifetime of the region including at least the second base layer is controlled using heavy metals such as gold, platinum, Fe, Ni, etc., and radiation such as neutron beams, electron beams, and γ rays. The reverse conducting thyristor according to item 1.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP52011802A JPS5931220B2 (en) | 1977-02-04 | 1977-02-04 | reverse conducting thyristor |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP52011802A JPS5931220B2 (en) | 1977-02-04 | 1977-02-04 | reverse conducting thyristor |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5396776A JPS5396776A (en) | 1978-08-24 |
| JPS5931220B2 true JPS5931220B2 (en) | 1984-07-31 |
Family
ID=11787980
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP52011802A Expired JPS5931220B2 (en) | 1977-02-04 | 1977-02-04 | reverse conducting thyristor |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS5931220B2 (en) |
-
1977
- 1977-02-04 JP JP52011802A patent/JPS5931220B2/en not_active Expired
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS5396776A (en) | 1978-08-24 |
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