[其他]具有控制电极的半导体器件

说明书

电流控制半导体器件中，半导体基片一个主表面的基区有许多发射极条状区，第一电流电极与条状区欧姆接触，第二电流电极与基片另一主表面欧姆接触，第一控制电极与条状区一端基区欧姆接触连到控制端，第二控制电极与条状区另一端基区欧姆接触，仅通过基区电阻电连接第一控制电极，基片上有加速偏压装置，切断电流时，把低于条状区电导区加速偏置到另一端。加速偏压可为条状区末端电流旁路区，补偿第一和第二电流电极的结构等等。

本发明涉及到一种具有控制电极的半导体器件，能用控制信号切断主电流，例如：门关断半导体闸流管（下面简称为“GTO”）或半导体体管（下面简称为“TRS”），能够用控制电流关断其导通状态，更具体地说，本发明涉及到控制电极的结构和PN结的结构，用以改进半导体器件切断电流的特性。

垂直型的半导体器件能使主电流横穿半导体基片厚度流动，从而适宜做大功率器件。

垂直型的GTO或TRS一般有如下结构：一个发射极层，至少用一个有一定宽度的条状区域形成，该发射极层制作在一个基极层上，并与半导体基片的一个主表面相联通，同时与邻近发射极的基区层相联通，在条状区域上形成一个主电极，并与之保持电接触;在基极层上形成一个控制电极，并与之保持电接触，从而在条状区域的宽度方向上的两端形成控制电极，因此条状区域实质上用控制电极环绕着。同时另一个主电极在半导体基片的另一个主表面上形成，并与之保持电接触。每个主电极都与一对主末端中相应的一个连接，控制电极与控制端相连接。具有这种结构的GTO在美国专利号3，474，303中予以公布。

现在，将在下面用实例详细解释GTO。图1表示一个通用的GTO的实例。参见图1，在半导体基片1的一个主表面上相间隔地制成一个阴极电极2和一个门电极3，且分别与阴极端5和门极端6相连接。进而，在半导体基片1的另一个主表面上制成一个阳极，且与阳极端7相连接。图2是图1中表示的GTO部分垂直剖视图。在图2用同一标号表示与图1中相同的部分。如图2所示，半导体基片1包括一个n型发射极层20，一个P型基极层30，一个n型基极层10，和一个P型发射极层40。

图2所示的结构可认为是GTO的一个单元结构，图1的GTO可以用许多平行的GTO单元结构结构在一起形成。也就是说，每个n型发射区20都有一个条形区域，阴极电极2与每个条状的n型发射区20保持欧姆30接触。一对门电极3都与P型基极层30保持欧姆接触，而P型基极层是位于每个n型条状区域20沿其宽度方向上的两端，并直接与门端6相连接，阳极电极4与P型发射层40保持欧姆接触。进一步，在半导体基片1露出PN结的表面部分制作一层钝化膜，诸如二氧化硅膜，玻璃膜或硅胶膜，此钝化膜在图1和图2中未示出。此外，在半导体基片1掺杂寿命时间抑制剂，例如金。

下一步，将参见图2解释一下通用的GTO的关断情况。为了关断已经进入导电状态的GTO，必须从门电极6输出一个门电流。与此同时，在P型基区层30中使GTO继续保持导通状态的积累的剩余载流子那些最邻近门电极3的载流子首先流出去，然后那些高门电极3有一定空间距离的载流子再流出去。结果，允许多数载流子流过半导体基片1的导电区，逐渐地从门电极端变成关断状态。因此，在通用的GTO中，从n型发射区20的两端等量地将门电流抽出，最后，只有在n型发射区20的中央部位留下导电区C₁。也就是说，多数载流子被集中到一个窄的导电区。位于n型发射区20下面的P型基区层30就变为关断状态，即变成没有剩余载流子，因此，这部分的电阻变成等同于热平衡时的阻值。这样一来，从门电极3到位于n型发射区20中央部位下方的导电区由门电流通路形成的电阻r变成大于关断作用初期的阻值。从而门电流很难抽取。在上述状态下足以完全关断GTO的门电流不能被抽出时，在电流集中区域由于功率损耗使温度上升变得很快，导至产生热破坏。