JPH0738081A - 複合型半導体装置 - Google Patents

複合型半導体装置

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JPH0738081A
JPH0738081A JP15831093A JP15831093A JPH0738081A JP H0738081 A JPH0738081 A JP H0738081A JP 15831093 A JP15831093 A JP 15831093A JP 15831093 A JP15831093 A JP 15831093A JP H0738081 A JPH0738081 A JP H0738081A
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JP
Japan
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semiconductor layer
layer
semiconductor
type
gate
Prior art date
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Application number
JP15831093A
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English (en)
Inventor
Takayasu Kawamura
貴保 川村
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Meidensha Corp
Meidensha Electric Manufacturing Co Ltd
Original Assignee
Meidensha Corp
Meidensha Electric Manufacturing Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 自己消弧型半導体スイッチ素子にダイオード
を内蔵させることにより、部品点数が低減し、小型化可
能にして高性能で高信頼性の複合型半導体装置を得る。 【構成】 Pエミッタ層11,Nベース層12,Pゲー
ト層13,N+エミッタ層14からなる自己消弧型半導
体スイッチ素子であるSIサイリスタ10A(又はゲー
トターンオフサイリスタ)にP型半導体層41とN+
半導体層からなるダイオード40を内蔵させる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は複合型半導体装置に係
り、特に静電誘導型サイリスタやゲートターンオフサイ
リスタ等の自己消弧型半導体素子とダイオードを一体に
組込んだ複合型半導体装置に関する。
【0002】
【従来の技術】近年、電力用半導体の分野では、応用装
置の高効率化、低騒音化の観点から、高周波化に対応で
きる半導体装置の要求が高まっている。
【0003】静電誘導型サイリスタ(SIサイリスタ)
は、他の電力用半導体素子に比べて優れた高周波特性が
認められているが、ターンオフ時にゲートから大電流を
引き抜く必要があり、ゲートパワーが他の半導体素子よ
りも大きくなるという欠点があった。そこで、SIサイ
リスタのカソードをnチャンネルMDSFETのソース
に直列に接続(カスコード接続)することにより、高速
のSIサイリスタを電圧制御型のデバイスとして簡単に
駆動できる技術が開発されている。
【0004】SIサイリスタ等のバイポーラ用半導体素
子とMOSFETを組み合わせて電圧駆動型のデバイス
を構成する手段として、図3に示すカスコード接続が提
案されている。図3において10は自己消弧型半導体ス
イッチ素子であるSIサイリスタ又はゲートターンオフ
サイリスタからなる主デバイス、20はnチャンネルM
OSFET、30は定電圧半導体素子であるツェナーダ
イオードであって、Aはアノード端子、G1は主デバイ
ス10のゲート端子、G2はMOSFET20のゲート
端子、Dはドレイン、Sはソース、Cはカソード端子で
ある。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】図3のカスコード接続
で使用するSIサイリスタは、基本的には、ゲート順電
流を流さなくても点弧するノーマリオン型のSIサイス
リタであるが、MOSFETのドレイン−ソース間に印
加される電圧がSIサイリスタのゲート・カソード間を
逆バイアスするため、カスコードモジュール全体として
は、ノーマリオフ特性を示す。オン状態ではMOSFE
Tの電圧降下分がSIサイリスタのゲート・カソード間
に逆バイアスとして印加されるので、これを阻止し逆に
オン期間中は常にSIサイリスタのゲート・カソード間
に順方向に電圧を印加する目的でツェナーダイオードが
用いられている。
【0006】しかしツェナーダイオードはターンオフ時
にブレークオーバーさせてSIサイリスタのゲート電流
を引き抜く必要があるため、ターンオフ損失を増すとい
う問題を招く。特にツェナー耐圧を高くすると損失も大
きくなるため、ツェナーダイオードの耐圧は可制御電流
値におけるMOSFETの順方向電圧降下とほぼ同等に
することが望ましいと言える。
【0007】通常カスコード接続に用いられる比較的耐
圧の低いMOSFETのオン抵抗は10〜15mΩであ
り、可制御電流100Aクラスのデバイスではツェナー
ダイオードの耐圧としては1.5V程度が望ましいこと
になる。しかし通常の熱拡散法を用いた、ツェナーダイ
オードではツェナー耐圧を5V以下にすることは難し
く、この結果カスコードデバイスのターンオフ時の損失
低減に大きな障害となっていた。
【0008】本発明は上述の問題点に鑑みてなされたも
ので、その目的は、自己消弧型半導体スイッチ素子にダ
イオードを内蔵させることにより、部品点数が低減し、
モジュールの小型化と信頼性の向上が図れる高性能な複
合型半導体装置を提供することである。
【0009】
【課題を解決するための手段】本発明は、上記目的を達
成するために、所定極性の第1の半導体層を共通のベー
ス領域とし、該第1の半導体層の一方の面に該第1の半
導体層とは異極性の第2の半導体層を形成してアノード
層となし、前記第1の半導体層の他方の表面に該第1の
半導体層とは異極性の第3の半導体層を設けてゲート層
となし、この第3の半導体層とは隣接離間して前記第1
の半導体層の表面部に該第1の半導体層と同極性の第4
の半導体層を形成してカソード層となし、前記第3の半
導体層とは高抵抗半導体層で分離された第5の半導体層
を前記第3の半導体層に近接させて形成し、前記第4の
半導体層とは別の同極性の第6の半導体層を形成すると
ともに、前記第5の半導体層と第6の半導体層42とを
金属層で短絡する。
【0010】また、前記第3の半導体層間の間隔および
該第3の半導体層と第5の半導体層41の間隔を狭くし
て電圧を印加しない状態で上記第3の半導体層と第5の
半導体層間の領域が空乏層によりピンチオフされている
ことを特徴とする。
【0011】
【作用】第1の半導体層、第2の半導体層、第3の半導
体層、および第4の半導体層によって自己消弧型半導体
スイッチ素子が形成され、第5の半導体層と第6の半導
体層を金属層で短絡することによってダイオードが形成
される。さらに、ダイオードを囲む2つの拡散層間の間
隔を狭くすることにより、寄生デバイスの動作が抑制さ
れる。
【0012】
【実施例】以下に本発明の実施例を図1〜図2を参照し
ながら説明する。
【0013】図1は本発明の実施例による複合型半導体
装置を示すもので、自己消弧型の主デバイスであるSI
サイリスタとダイオード一体に組込んだものである。
【0014】図1において、11はPエミッタ層(第1
のP型半導体層)、12はNベース層、(第1のN型半
導体層)、13は櫛形の形状をしたP型ゲート層(第2
のP型半導体層)、14は隣接するP型ゲート層13間
に設けられたN+エミッタ層(第1のN+型半導体層)、
15はPエミッタ層11の表面に設けられたアノード電
極、16はN+エミッタ層14の表面に設けられたカソ
ード電極、17はP型ゲート層13の表面に設けられた
ゲート電極、18は酸化膜であって、これらによりSI
サイスリタ10Aが構成される。
【0015】本実施例は、耐圧の低いダイオードを複数
個直列にSIサイリスタ10Aのゲートに付加したこと
を特徴とするものであって、上記P型ゲート層13a
(13)に隣接して該P型ゲート層13aとは独立した
(高抵抗半導体層で分離された)別のP型拡散層(第3
のP型半導体層)41を複数個設け、P型拡散層41と
このP型拡散層41に近接するPゲート層13aとの間
の領域、および互いに近接する各P型拡散層41との間
の領域に上記N+型カソード層14とは独立した第2の
+層42を設け、Pゲート層13aからPN接合を複
数個経由してゲート電極端子Gに至ることを特徴とする
ものである。この場合、SIサイリスタ10AのPゲー
ト層13a側から見て逆方向となるNP接合部は半導体
表面において金属層43で短絡してダイオード40を形
成し、図2の回路と等価な機能を持たせたことを特徴と
するダイオード内蔵型SIサイリスタとなる。
【0016】また、図1の半導体装置ではP型エミッタ
層11およびN型ベース層12とN+拡散層42で構成
されるダイオードがオフ状態で導通しないように上記ゲ
ートとは異なるP型拡散層とそれに隣接するP型ゲート
層13aとの間隔を狭くして両方のP型拡散層らか広が
る空乏層で上記隣接するP型拡散層間の領域(チャンネ
ル領域)をピンチオフするようにしている。
【0017】図1の複合型半導体装置は図2の等価回路
で表すことが出来るから、図3のカスコードデバイスを
作成する場合には、ゲート電極端子GにnチャンネルM
OSFETのソースを接続し、主デバイス10のカソー
ドにMOSFETのソースを接続すればモジュールの構
成ができる。
【0018】本実施例によれば次のような効果が得られ
る。すなわち、 (a).図3のカスコード接続においてツェナーダイオ
ードの代わりにダイオードをツェナーダイオードとは逆
向きに複数個直列接続した構造を採用することにより、
ターンオン時にSIサイリスタのゲートとMSOFET
のソース間に印加される電圧をダイオードの直列数で細
かく制御できるため、従来よりも損失の少ないカスコー
ド接続デバイスが実現可能になる。
【0019】(b).本発明のダイオード内蔵形デバイ
スはダイオードを構成するP型およびn+型半導体層の
形成がP型ゲート層やn+型エミッタ層の形成と同時に
できるため、従来のように製造プロセスを増やすことな
く、マスクパターンの変更のみにより製作できる。
【0020】(c).ダイオード部におけるn+半導体
層に隣接する2つのP型拡散層の間隔を狭くすることに
よりダイオード内蔵に伴う寄生デバイスの動作を抑制す
ることができる。
【0021】図1の複合型半導体装置は次のような実施
の態様となる。
【0022】(1).P型半導体の一方の主面にn型半
導体層を形成し、このn型半導体層の上記P型半導体と
は反対側の主面に第2のP型半導体層および前記n型層
よりも濃度の高いn+型半導体層を交互に並べたことを
特徴とする静電誘導型サイリスタにおいて前記第2のP
型半導体層とは高抵抗半導体層で分離された第3のP型
半導体層を第2のP型半導体層に近接させて少なくとも
1つ以上形成し、この第3のP型半導体層と第2のP型
半導体層の間の領域および近接する第3のP型半導体層
間の領域に上記n+型半導体層とは別の第2のn+型半導
体層を形成したことを特徴とする半導体装置であって、
この半導体装置の第3のP型半導体にゲート電極を設
け、前記第2のP型半導体から上記ゲート電極を見て逆
方向となるnP接合部の半導体表面を金属膜で短絡した
ことを特徴とする半導体装置。
【0023】(2).上記第1項の静電誘導型半導体装
置において、前記第3のP型半導体層間の間隔および第
3のP型半導体と第2のP型半導体層の間隔を充分狭く
して電圧を印加しない状態で上記P型半導体層の間の領
域が空乏層によりピンチオフされていることを特徴とす
る半導体装置。
【0024】(3)上記第1項また第2項の半導体装置
の第1のn+半導体層(カソード)をnチャンネルMO
SFETのドレインに接続し、ゲート電極を前記MOS
FETのソースに接続し前記MOSFETのソースをカ
ソード端子、前記MOSFETのゲートをゲート端子、
前項半導体装置の第1のP型半導体層をアノード端子に
結線したことを特徴とした3端子複合半導体装置。
【0025】
【発明の効果】本発明は、以上の如くであって、自己消
弧型半導体スイッチ素子に少なくとも1つのダイオード
を内蔵させたものであるから、製造プロセスを増すこと
なく、マスクパターンの変更のみによりダイオード内蔵
が可能にして、部品点数を低減でき、モジュールの小型
化が可能で、高信頼性の複合型半導体装置が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例による複合型半導体装置の正断
面図。
【図2】図1の複合型半導体装置の等価回路図。
【図3】複合型半導体装置のカスコード接続図。
【符号の説明】
10A…静電誘導型サイリスタ(SIサイリスタ) 11…Pエミッタ層 12…Nベース層 13,13a…Pゲート層 14…N+エミッタ層 15…アノード電極 16…カソード電極 17…ゲート電極 18…酸化膜 40…ダイオード 41…P型半導体層 42…N+型半導体層 G…ゲート電極端子 K…カソード電極端子
フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 H01L 29/744 H01L 29/74 G 7210−4M 27/06 T

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 所定極性の第1の半導体層12を共通の
    ベース領域とし、該第1の半導体層の一方の面に該第1
    の半導体層とは異極性の第2の半導体層11を形成して
    アノード層となし、前記第1の半導体層の他方の表面に
    該第1の半導体層とは異極性の第3の半導体層13を設
    けてゲート層となし、この第3の半導体層とは隣接離間
    して前記第1の半導体層の表面部に該第1の半導体層と
    同極性の第4の半導体層14を形成してカソード層とな
    し、前記第3の半導体層とは高抵抗半導体層で分離され
    た第5の半導体層31を前記第3の半導体層に近接させ
    て形成し、前記第4の半導体層とは別の同極性の第6の
    半導体層42を形成するとともに、前記第5の半導体層
    41と第6の半導体層42とを金属層43で短絡したこ
    とを特徴とする複合型半導体装置。
  2. 【請求項2】 請求項1の複合型半導体装置において、
    前記金属層43をゲート電極としたことを特徴とする複
    合型半導体装置。
  3. 【請求項3】 請求項1又は2の複合型半導体装置にお
    いて、前記第3の半導体層間13,13aの間隔および
    該第3の半導体層13aと第5の半導体層41の間隔を
    狭くして電圧を印加しない状態で上記第3の半導体層1
    3aと第5の半導体層41間の領域が空乏層によりピン
    チオフされていることを特徴とする複合型半導体装置。
JP15831093A 1993-06-29 1993-06-29 複合型半導体装置 Pending JPH0738081A (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2011029386A (ja) * 2009-07-24 2011-02-10 Sharp Corp 半導体装置および電子機器

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2011029386A (ja) * 2009-07-24 2011-02-10 Sharp Corp 半導体装置および電子機器

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