DE10250609B4 - Thyristorbauelement mit verbessertem Sperrverhalten in Rückwärtsrichtung - Google Patents

Abstract

Thyristorbauelement, das folgende Merkmale aufweist:
– einen Halbleiterkörper (100) mit einer Vorderseite (101), einer Rückseite (102) und einem Rand (103), einer ersten Halbleiterzone (20) eines ersten Leitungstyps, die im Bereich der Rückseite (102) ausgebildet ist, und einer sich an die erste Halbleiterzone (20) anschließenden zweiten Halbleiterzone (30) eines zweiten Leitungstyps, wobei der Rand (103) im Bereich des Übergangs zwischen der ersten und zweiten Halbleiterzone (20, 30) unter einem ersten Winkel (α1) positiv abgeschrägt verlaufend ausgebildet ist, wobei die erste Halbleiterzone (20) stärker als die zweite Halbleiterzone (30) dotiert ist,
– wenigstens eine im Bereich der Vorderseite (101) des Halbleiterkörpers (100) angeordnete dritte Halbleiterzone (50) des zweiten Leitungstyps und wenigstens eine vierte Halbleiterzone (40) des ersten Leitungstyps, die zwischen der wenigstens einen dritten Halbleiterzone (50) und der zweiten Halbleiterzone (30) angeordnet ist,
– wobei die Vorderseite (101) des Halbleiterkörpers (100) im Bereich des Randes (103) unter einem zweiten...

Description

• Die vorliegende Erfindung betrifft ein Thyristorbauelement mit verbessertem Sperrverhalten in Rückwärtsrichtung
• Ein derartiges Thyristorbauelement ist hinlänglich bekannt und beispielsweise in der EP 0 039 509 A2 oder in der US 4,079,403 beschrieben. Die erste Halbleiterzone im Bereich der Rückseite des Halbleiterkörpers, die üblicherweise p-dotiert ist, bildet den sogenannten anodenseitigen Emitter des Thyristorbauelements, die sich daran anschließende komplementär dotierte zweite Halbleiterzone die anodenseitige Basis, die im Bereich der Vorderseite angeordnete wenigstens eine dritte Halbleiterzone bildet den kathodenseitigen Emitter und die zwischen diesem kathodenseitigen Emitter und der anodenseitigen Basis angeordnete vierte Halbleiterzone bildet die kathodenseitige Basis des Bauelementes.
• Thyristorbauelemente zeichnen sich in hinlänglich bekannter Weise durch ihre Eigenschaften aus, Spannungen in nicht angesteuertem Zustand sowohl in der sogenannten Vorwärtsrichtung, also bei Anlegen einer positiven Spannung zwischen dem anodenseitigen Emitter und dem kathodenseitigen Emitter, als auch in Rückwärtsrichtung, also bei Anlegen einer negativen Spannung zwischen dem anodenseitigen Emitter und dem kathodenseitigen Emitter sperren zu können. Maßgeblich für die Spannungsfestigkeit des Bauelementes in Rückwärtsrichtung ist dabei zum Einen die Spannungsfestigkeit des pn-Übergangs zwischen dem rückseitigen anodenseitigen Emitter und der sich daran anschließenden anodenseitigen Basis, die maßgeblich durch die Abmessungen und die Dotierungskonzentration der anodenseitigen Basis, die auch als n-Basiszone des Bauelementes bezeichnet wird, bestimmt ist. Darüber hinaus ist der Stromverstärkungsfaktor α_pnp eines durch die kathodenseitige Basis, die anodenseitige Basis und den anodenseitigen Emitter gebildeten pnp-Bipolartransistors relevant für die Rückwärtssperrfähigkeit.
• Kritisch hinsichtlich der Spannungsfestigkeit ist dabei insbesondere der Randbereich des Bauelementes. Zur Erhöhung der Spannungsfestigkeit im Randbereich in Rückwärtsrichtung ist es bekannt, den Rand im Bereich dieses pn-Übergangs derart abzuschrägen, dass die Querschnittsfläche der Halbleiterzonen im Bereich des pn-Überganges in Richtung der schwächer dotierten Halbleiterzone, üblicherweise der n-Basiszone, abnimmt. Man spricht in diesem Zusammenhang von einer positiven Abschrägung. Eine derartige Abschrägung zur Erhöhung der Spannungsfestigkeit im Randbereich von pn-Übergängen ist in Baliga: "Power Semiconductor Devices", PWS Publishing, ISBN 0-534-94098-6, Seiten 103-105 und 116-119, ausführlich beschrieben. Die positive Abschrägung bewirkt, dass die Potentiallinien im Randbereich zur Kathodenseite hin gekrümmt werden, wodurch sich die Feldstärke an der Oberfläche reduziert. Allerdings bewirkt diese Krümmung der Potentiallinien, dass sich eine neutrale Zone, die bei Anlegen einer Sperrspannung nicht von einer Raumladungszone erfasst ist, im Randbereich der n-Basiszone verringert.
• Zur Erhöhung der Spannungsfestigkeit eines Thyristorbauelements in Vorwärtsrichtung ist es aus Baliga a.a.O, Seite 116-119 bekannt, die Vorderseite des Bauelements zum Rand hin abzuschrägen.
• Durch die Abfolge der kathodenseitigen Basiszone, der komplementär dazu dotierten anodenseitigen Basiszone oder n-Basiszone und der anodenseitigen Emitterzone ist in dem Thyristorbauelement ein pnp-Bipolartransistor gebildet. Die Ver ringerung der neutralen Zone im Randbereich aufgrund der positiven Abschrägung des Randes bewirkt eine verstärkte Injektion der kathodenseitigen Basiszone, die als Emitter dieses Bipolartransistors wirksam ist, im Randbereich des Bauelements, wobei das Vorhandensein dieses Bipolartransistors die Rückwärtsspannungsfestigkeit des Bauelements negativ beeinflusst. Hierbei gilt, dass die Rückwärtsspannungsfestigkeit um so geringer ist, je größer der Verstärkungsfaktor dieses Bipolartransistors ist.
• Aus der EP 0 230 278 A2 ist ein Thyristorbauelement mit einer einfachen positiven Abschrägung an seinem Rand bekannt, bei dem ausgehend von einer n-Basis ein n-dotierter Kanal durch die p-Basis bis an die Vorderseite des Bauelements reicht und dort durch eine Anschlusselektrode kontaktiert ist. Diese Struktur bildet einen Teil eines JFET, der im selben Halbleiterkörper wie der Thyristor integriert ist. Der n-dotierte Kanal unterbricht bei diesem Bauelement die p-Basis des Thyristors abschnittsweise.
• Die US 5,710,442 beschreibt ein Thyristorbauelement mit einer im Bereich einer Vorderseite des Bauelements angeordneten p-Basis und einem im Bereich einer Rückseite des Bauelements angeordneten p-Emitter. Bei diesem Bauelement ist sowohl die Vorderseite als auch die Rückseite zum Rand hin abgeschrägt. Darüber hinaus weist der Rand des Bauelements im Bereich eines pn-Übergangs zwischen der n-Basis und der p-Basis eine erste Abschrägung derart auf, dass der Querschnitt des Bauelements in Richtung der p-Basis abnimmt. Im Bereich des pn-Übergangs zwischen dem p-Emitter und der n-Basis ist eine zweite Abschrägung vorhanden, durch welche der Querschnitt des Bauelements ausgehend von der n-Basis in Richtung des p-Emitters abnimmt. Bei dem bekannten Bauelement nimmt darüber hinaus die Dotierungskonzentration in der p-Basis als auch in dem p-Emitter in Richtung des Randes des Bauelementes ab.
• Ziel der vorliegenden Erfindung ist es deshalb, ein Thyristorbauelement der eingangs genannten Art zur Verfügung zu stellen, bei dem zur Erhöhung der Rückwärtsspannungsfestigkeit die Verstärkung dieses Bipolartransistors im Randbereich reduziert ist und bei dem mögliche negative Auswirkungen auf die Spannungsfestigkeit in Vorwärtsrichtung abgemildert sind.
• Dieses Ziel wird durch ein Halbleiterbauelement gemäß der Merkmale der Ansprüche 1 und 4 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
• Das oben genannte Ziel, die Spannungsfestigkeit in Rückwärtsrichtung zu erhöhen, wird bei einer Ausführungsform der Er findung dadurch erreicht, dass die die kathodenseitige Basis bildende vierte Halbleiterzone im Bereich des Randes des Halbleiterkörpers durch wenigstens einen. Abschnitt der zweiten Halbleiterzone, die die anodenseitige Basis oder die n-Basiszone bildet, unterbrochen ist, wobei dieser Abschnitt der anodenseitigen Basis bis an die Vorderseite des Halbleiterkörpers reicht.
• Der wenigstens eine im Bereich des Randes angeordnete Abschnitt der kathodenseitigen Basis, der durch die anodenseitige Basis von den übrigen Abschnitten der kathodenseitigen Basis getrennt ist, weist keine darin angeordneten kathodenseitigen Emitterzonen auf und ist im übrigen vorzugsweise floatend angeordnet. Diese Unterbrechung der kathodenseitigen Basis bewirkt, dass die Stromverstärkung des durch den anodenseitigen Emitter, die anodenseitige Basis und die kathodenseitige Basis gebildeten Bipolartransistors im Randbereich erheblich reduziert ist, woraus eine erhöhte Spannungsfestigkeit des Thyristorbauelements in Rückwärtsrichtung resultiert.
• Diese Unterbrechung der kathodenseitigen Basiszone bewirkt allerdings eine Verringerung der Spannungsfestigkeit des Thyristorbauelements in Vorwärtsrichtung, wobei die Spannungsfestigkeit in Rückwärtsrichtung mit zunehmendem Abstand zwischen den wenigstens zwei Abschnitten der kathodenseitigen Basis zunimmt, die Spannungsfestigkeit in Vorwärtsrichtung allerdings mit diesem zunehmenden Abstand abnimmt. Hierzu ist anzumerken, dass die Anforderungen an die Vorwärtsspannungsfestigkeit von Hochspannungs-Thyristorbauelementen üblicherweise geringer sind als die Anforderungen an die Spannungsfestigkeit in Rückwärtsrichtung. Darüber hinaus ist bei Hochspannungs-Thyristorbauelementen üblicherweise im Zentrum des in Draufsicht normalerweise kreisförmigen Bauelementes eine Schutzstruktur vorgesehen, deren Durchbruchspannung üblicherweise um einige 100 V niedriger ist, als die Spannungsfestigkeit in Vorwärtsrichtung am Rand. Durch die erfindungsgemäße Maßnahme kann somit ein erheblicher Gewinn der Spannungsfestigkeit in Rückwärtsrichtung erzielt werden, ohne die Spannungsfestigkeit in Vorwärtsrichtung im Randbereich so weit abzusenken, dass die Durchbruchspannung der Schutzstruktur erreicht oder gar unterschritten wird.
• Übliche Werte für den Abstand der beiden Abschnitte der kathodenseitigen Basis in lateraler Richtung bzw. für die Breite des diese beiden Bereiche trennenden Abschnittes der bis an die Vorderseite reichenden anodenseitigen Basis liegen zwischen 10 μm und 250 μm, vorzugsweise zwischen 50 μm und 130 μm.
• Die Vorderseite des Halbleiterkörpers ist im Randbereich zusätzlich abgeschrägt, wobei in diesem Fall eine sogenannte negative Abschrägung vorliegt, um in bekannter Weise die Spannungsfestigkeit in Vorwärtsrichtung im Randbereich zu verbessern.
• Eine erfindungsgemäße kathodenseitige Basisstruktur mit Unterbrechung im Randbereich lässt sich beispielsweise dadurch herstellen, dass nach Herstellung der die anodenseitige Basis- bzw. die n-Basiszone bildenden zweiten Halbleiterzone die kathodenseitige Basis unter Verwendung einer auf die Vorderseite aufgebrachten Maske erzeugt wird, wodurch die Maske bewirkt, dass trennende Abschnitte der n-Basiszone zwischen den beispielsweise mittels Implantation mit nachfolgendem Hochtemperaturschritt hergestellten Abschnitten der kathodenseitigen Basiszone verbleiben. In dem beabstandet zum Rand angeordneten Abschnitt der kathodenseitigen Basiszone werden anschließend die kathodenseitigen Emitterzonen erzeugt.
• Das eingangs genannte Ziel wird bei einem weiteren erfindungsgemäßen Thyristorbauelement dadurch erreicht, dass die Dotierungskonzentration in der ersten Halbleiterzone, die den anodenseitigen Emitter des Thyristors bildet, in Richtung des Randes abnimmt, wobei der anodenseitige Emitter im Randbereich vorzugsweise wesentlich schwächer dotiert ist, als im Zentralbereich des Bauelementes.
• Diese Abnahme der Dotierungskonzentration im Randbereich führt dazu, dass eine sich bei Anlegen einer Sperrspannung in Rückwärtsrichtung ausbildende Raumladungszone tiefer in diesen schwächer dotierten Randbereich eindringen kann, wodurch sich bei einer gegebenen Sperrspannung die Krümmung der Raumladungszone in der kathodenseitigen Basiszone bzw. der n-Basiszone in Richtung der kathodenseitigen Basiszone verringert. Dies wiederum hat eine Vergrößerung der Dicke der neutralen Zone im Randbereich, und damit eine Erhöhung der Rückwärtsspannungsfestigkeit im Randbereich zur Folge.
• Die Vorwärtsspannungsfestigkeit des Bauelementes wird durch diese Maßnahme nicht negativ, sondern infolge des verringerten Emitterwirkungsgrades der ersten Halbleiterzone sogar positiv beeinflusst. Zur Einstellung der Vorwärtsspannungsfestigkeit des Bauelementes können beliebige herkömmliche Maßnahmen getroffen werden. Zu diesen Maßnahmen gehört erfindungsgemäß das Vorsehen einer zum Randbereich hin abgeschrägten Vorderseite des Halbleiterkörpers. Diese Maßnahme zur Erhöhung der Spannungsfestigkeit in Vorwärtsrichtung ist grundsätzlich beispielsweise in Baliga, a.a.O., Seite 116-119 beschrieben.
• Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend in Ausführungsbeispielen anhand von Figuren näher erläutert.
• 1 zeigt ein erfindungsgemäßes Halbleiterbauelement mit einer unterbrochenen kathodenseitigen Basiszone im Randbereich im Querschnitt.
• 2 zeigt Verläufe der Spannungsfestigkeit in Vorwärtsrichtung und Rückwärtsrichtung abhängig vom Abstand der wenigstens zwei durch die Unterbrechung der kathodenseitigen Basis erhaltenen Abschnitte.
• 3 zeigt einen Querschnitt durch ein erfindungsgemäßes Halbleiterbauelement gemäß einer weiteren Ausführungsform, bei der die Dotierungskonzentration in einer anodenseitigen Emitterzone in Richtung eines Randbereiches abnimmt (3A) und den schematischen Dotierungsverlauf in der anodenseitigen Emitterzone (3B).
• 4 veranschaulicht den Verlauf des Stromes in Rückwärtsrichtung abhängig von der Spannung in Rückwärtsrichtung bei dem erfindungsgemäßen Halbleiterbauelement mit reduzierter Dotierungskonzentration in der anodenseitigen Emitterzone im Randbereich im Vergleich zu einem Thyristorbauelement ohne Reduzierung der Dotierung im Randbereich.
• In den Figuren bezeichnen, sofern nicht anders angegeben, gleiche Bezugszeichen gleiche Teile und Halbleiterbereiche mit gleicher Bedeutung.
• 1 zeigt einen Querschnitt durch ein erfindungsgemäßes Thyristorbauelement gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung.
• Das Bauelement umfasst einen Halbleiterkörper 100 mit einer Vorderseite 101, einer Rückseite 102 und einem zwischen der Vorderseite 101 und der Rückseite 102 verlaufenden Rand 103. Der Halbleiterkörper 100 umfasst eine in dem Ausführungsbeispiel p-dotierte Halbleiterzone 20, die als durchgehende Schicht im Bereich der Rückseite 102 ausgebildet ist. An diese erste Halbleiterzone 20 schließt sich in Richtung der Vorderseite 101 eine n-dotierte zweite Halbleiterzone bzw. Halbleiterschicht 30 an. Im Bereich der Vorderseite 101 sind stark n-dotierte dritte Halbleiterzonen 50 vorgesehen, die durch eine p-dotierte vierte Halbleiterzone 40 gegenüber der zweiten Halbleiterzone 30 getrennt sind. Die erste Halbleiterzone 20 bildet den anodenseitigen Emitter des Thyristorbauelements und ist mittels einer Anodenelektrode 25 kontaktiert. Die zweite Halbleiterzone 30 bildet die anodenseitige Basis bzw. n-Basis des Thyristorbauelements, die auch als n-Basiszone bezeichnet wird. Die dritten Halbleiterzonen 50, die gemeinsam durch eine Kathodenelektrode 52 kontaktiert sind, bilden den kathodenseitigen Emitter und die vierte Halbleiterzone 40 bildet die kathodenseitige Basis des Thyristorbauelements. Zur Verbesserung der Vorwärtsspannungsfestigkeit sind in üblicher Weise Kathodenkurzschlüsse im Bereich der kathodenseitigen Emitterzonen vorgesehen.
• Die Querschnittsdarstellung in 1 zeigt lediglich den Randbereich des beispielsweise symmetrisch und in Draufsicht kreisförmig ausgebildeten Thyristorbauelements, wobei der Vollständigkeit halber zum besseren Verständnis in 1 zudem ein weiter von Rand beabstandeter Ausschnitt dargestellt ist, in dem die kathodenseitige Basiszone 40 mittels einer Gate-Elektrode 42 kontaktiert ist, über welche der Thyristor gezündet werden kann. Selbstverständlich sind beliebige andere Zündstrukturen, insbesondere kontaktlose Strukturen zur Lichtzündung des Thyristors, einsetzbar.
• Der Thyristor gemäß 1 wird bei Anlegen einer positiven Spannung zwischen dem Anodenanschluss A und dem Kathodenanschluss K in Vorwärtsrichtung betrieben, während er bei Anlegen einer negativen Spannung zwischen dem Anodenanschluss A und dem Kathodenanschluss K in Rückwärtsrichtung betrieben wird. Maßgeblich für die Spannungsfestigkeit in Rückwärtsrichtung ist die Sperrfähigkeit des pn-Übergangs zwischen dem anodenseitigen Emitter 20 und der n-Basis 30 sowie der Stromverstärkungsfaktor α_pnp. Zur Erhöhung der Spannungsfestigkeit im Randbereich verläuft der Rand 103 unter einem Winkel α1 im Bereich dieses pn-Übergangs derart abgeschrägt, dass sich die Querschnittsfläche des Halbleiterkörpers 100 von dem stärker dotierten anodenseitigen Emitter 20 in Richtung der schwächer dotierten n-Basiszone 30 reduziert. Man spricht in diesem Zusammenhang von einer positiven Abschrägung des Randes 103. Hieraus resultiert in bekannter Weise ein Krümmung des Potentiallinienverlaufs in der n-Basiszone im Randbereich 103 nach oben, wie dies gestrichelt für eine Potentiallinie im Rückwärtssperrfall in 1 dargestellt ist, und eine Reduzierung der Feldstärke auf der Randoberfläche.
• Das Schaltsymbol des durch die kathodenseitige Basis 40, die n-Basiszone 30 und den anodenseitigen Emitter 20 gebildeten pnp-Bipolartransistors ist in 1 eingezeichnet. Die Stromverstärkung dieses Bipolartransistors wirkt der Spannungsfestigkeit des Thyristors in Rückwärtsrichtung entgegen, wobei dieser Transistor im Randbereich wegen des dort gekrümmten Potentiallinienverlaufes eine verstärkte Injektion erfahren würde.
• Erfindungsgemäß ist deshalb vorgesehen, die kathodenseitige Basiszone 40 im Bereich der Vorderseite 101 des Halbleiterkörpers 100 so auszugestalten, dass sie durch einen bis an die Vorderseite 101 reichenden Abschnitt 34 der kathodenseitigen Basiszone 30 unterbrochen ist, um dadurch wenigstens zwei in lateraler Richtung voneinander getrennte Abschnitte der kathodenseitigen Basiszone zu bilden, die in 1 mit dem Bezugszeichen 40A und 40B bezeichnet sind. Der in Richtung des Randes 103 angeordnete Abschnitt 40B ist dabei floatend angeordnet. Der im Zentralbereich des Bauelementes ange ordnete Abschnitt 40A enthält die kathodenseitigen Emitterzonen 50 und dient zur Zündung des Thyristorbauelements.
• Die Unterbrechung der kathodenseitigen Basis reduziert die Stromverstärkung des durch die kathodenseitige Basis 40A, 40B, die anodenseitige Basis 30 und den anodenseitigen Emitter 20 gebildeten pnp-Bipolartransistor erheblich, woraus eine Erhöhung der Spannungsfestigkeit des Thyristorbauelements in Rückwärtsrichtung im Randbereich resultiert. Allerdings resultiert aus der Unterbrechung der Basiszone 40 bei Anlegen einer Blockierspannung in Vorwärtsrichtung eine Reduktion der Spannungsfestigkeit in Vorwärtsrichtung. Diese Reduktion der Spannungsfestigkeit ergibt sich aus einer Krümmung des Potentiallinienverlaufes im Bereich der Unterbrechung der kathodenseitigen Basiszone.
• 2 veranschaulicht den Verlauf des Betrages der maximalen Sperrspannung Ur in Rückwärtsrichtung und des Betrages der maximalen Sperrspannung Uv in Vorwärtsrichtung abhängig von dem Abstand der beiden Abschnitte 40A, 40B der kathodenseitigen Basiszone. Hieraus wird deutlich, dass die Spannungsfestigkeit in Rückwärtsrichtung mit zunehmendem Abstand d dieser beiden Abschnitte zunimmt, da hieraus eine Abnahme der Stromverstärkung des pnp-Bipolartransistors resultiert. Umgekehrt sinkt mit zunehmendem Abstand dieser Abschnitte 40A, 40B die Spannungsfestigkeit in Vorwärtsrichtung, da mit zunehmendem Abstand dieser Abschnitte die Potentiallinien im Sperrspannungsfall in Vorwärtsrichtung im Bereich der Unterbrechung der kathodenseitigen Basiszone stärker gekrümmt werden.
• Zur Anhebung der Spannungsfestigkeit in Vorwärtsrichtung ist bei dem Bauelement gemäß 1 vorgesehen, die Vorderseite 101 zum Rand hin in bekannter Weise abzuschrägen, wobei insbesondere der pn-Übergang zwischen dem Abschnitt 40B der kathodenseitigen Basis und der darunter liegenden anodenseitigen Basis im Bereich des abgeschrägten Abschnittes des Randbereiches 103 der Vorderseite 101 liegt.
• 3 zeigt eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Thyristorbauelements, bei dem zur Erhöhung der Spannungsfestigkeit in Rückwärtsrichtung die erste Halbleiterzone 20 im Bereich der Rückseite 102, die den anodenseitigen Emitter bildet, in Richtung des abgeschrägt verlaufenden Randes 103 schwächer dotiert ausgebildet ist. Hierdurch wird bewirkt, dass bei Anliegen einer Spannung in Rückwärtsrichtung, also bei einer negativen Spannung zwischen der Anode A und der Kathode K die Potentiallinien in der anodenseitigen Basiszone 30 weniger stark in Richtung der kathodenseitigen Basiszone 40 gekrümmt werden, als bei herkömmlichen Thyristorbauelementen. Dies hat zur Folge, dass die Stromverstärkung des durch die kathodenseitige Basis 40, die anodenseitige Basis 30 und den anodenseitigen Emitter 20 gebildeten Bipolartransistors im Randbereich erheblich reduziert ist.
• Im Bereich der Vorderseite 101 kann das Thyristorbauelement wie ein herkömmliches Thyristorbauelement ausgebildet sein. In dem dargestellten, nicht maßstäblich gezeichneten Beispiel befindet sich ein die kathodenseitige Basis 40 kontaktierender Gate-Anschluss G im Zentrum des in Draufsicht kreisförmigen Bauelementes. Die kathodenseitigen Emitterzonen 50 sind mittels einer Kathodenelektrode 52 kontaktiert, wobei Kathodenkurzschlüsse zwischen den kathodenseitigen Emitterzonen 50 zu der kathodenseitigen Basis 40 vorhanden sind. Zur Verbesserung der Spannungsfestigkeit des Bauelementes in Vorwärts richtung ist die Vorderseite 101 in Richtung des Randes 103 zusätzlich abgeschrägt.
• 3B zeigt schematisch den Dotierungsverlauf der p-dotierten anodenseitigen Emitterzone 20 in dem stärker dotierten zentralen Bereich 21 und dem schwächer dotierten Randbereich 22. Die Dotierung nimmt im Übergangsbereich zwischen dem stark dotierten Bereich 21 und dem schwächer dotierten Randbereich 22 von einem oberen Dotierungswert N_A auf einen niedrigeren Dotierungswert N_A-ab, wobei im Übergangsbereich ein großer Gradient vorhanden sein kann.
• Üblicherweise verringern sich technologiebedingt die Abmessungen in lateraler Richtung der stärker dotierten Zone 21 in Richtung der zweiten Halbleiterzone; die mit der Abschrägung des Randes einhergehende laterale Verschmälerung der schwächer dotierten Zone 22 von der Rückseite 102 in Richtung der Vorderseite 101 wird dadurch abgeschwächt.
• 4 veranschaulicht den Verlauf des Rückwärtsstromes Ir abhängig von einer zwischen der Anode A und der Kathode K angelegten negativen Rückwärtsspannung Ur für das erfindungsgemäße Thyristorbauelement gemäß 3 und ein herkömmliches Thyristorbauelement. Hieraus wird deutlich, dass bei dem erfindungsgemäßen Halbleiterbauelement die Rückwärtsspannungsfestigkeit gegenüber einem herkömmlichen Bauelement deutlich erhöht ist. Ein nennenswerter Rückwärtsstrom setzt bei dem erfindungsgemäßen Halbleiterbauelement bei betragsmäßig größeren Sperrspannungen ein.
• Es wird darauf hingewiesen, dass die Reduzierung der Dotierung in der anodenseitigen Emitterzone im Randbereich eine Erhöhung der Spannungsfestigkeit in Rückwärtsrichtung mit sich bringt. Die Dotierung im Randbereich darf allerdings nur so weit verringert werden, dass auch bei maximal zulässiger Rückwärtssperrspannung eine daraus resultierende Raumladungszone noch vollständig durch die anodenseitige Emitterzone 22 aufgenommen werden kann, da ein Durchgreifen der Raumladungszone an die anodenseitige Anschlusselektrode eine sofortige Zerstörung des Bauelementes mit sich bringen würde.

A

Anodenanschluss

G

Gateanschluss

K

Kathodenanschluss

20

erste Halbleiterzone,

anodenseitiger Emitter

21, 22

Teilgebiete des anodenseitigen Emitters

25

Anodenelektrode

30

zweite Halbleiterzone,

anodenseitige Basis, Drift-Zone

31, 32, 33, 34

an der Vorderseite endende

Abschnitte der zweiten

Halbleiterzone

40, 40A, 40B

vierte Halbleiterzone

42

Gate-Elektrode

50

dritte Halbleiterzone,

kathodenseitiger Emitter

52

Kathodenelektrode

100

Halbleiterkörper

101

Vorderseite

102

Rückseite

103

Rand

Claims (6)

1. Thyristorbauelement, das folgende Merkmale aufweist: – einen Halbleiterkörper (100) mit einer Vorderseite (101), einer Rückseite (102) und einem Rand (103), einer ersten Halbleiterzone (20) eines ersten Leitungstyps, die im Bereich der Rückseite (102) ausgebildet ist, und einer sich an die erste Halbleiterzone (20) anschließenden zweiten Halbleiterzone (30) eines zweiten Leitungstyps, wobei der Rand (103) im Bereich des Übergangs zwischen der ersten und zweiten Halbleiterzone (20, 30) unter einem ersten Winkel (α1) positiv abgeschrägt verlaufend ausgebildet ist, wobei die erste Halbleiterzone (20) stärker als die zweite Halbleiterzone (30) dotiert ist, – wenigstens eine im Bereich der Vorderseite (101) des Halbleiterkörpers (100) angeordnete dritte Halbleiterzone (50) des zweiten Leitungstyps und wenigstens eine vierte Halbleiterzone (40) des ersten Leitungstyps, die zwischen der wenigstens einen dritten Halbleiterzone (50) und der zweiten Halbleiterzone (30) angeordnet ist, – wobei die Vorderseite (101) des Halbleiterkörpers (100) im Bereich des Randes (103) unter einem zweiten Winkel (α2) gegenüber übrigen Bereichen der Vorderseite (101) derart abgeschrägt zum Rand hin verlaufend ausgebildet ist, dass eine Spannungsfestigkeit des Bauelementes in Vorwärtsrichtung angehoben ist, wobei der zweite Winkel (α2) kleiner als der erste Winkel (α1) ist, und – wobei die vierte Halbleiterzone (40) im Bereich des Randes (103) an der Vorderseite (101) durch wenigstens einen Ab schnitt (34) der zweiten Halbleiterzone (30), der bis an die Vorderseite (101) reicht, unterbrochen ist.
2. Thyristorbauelement nach Anspruch 1, bei dem der näher zum Rand (103) liegende Abschnitt der vierten Halbleiterzone (40) floatend angeordnet ist.
3. Thyristorbauelement nach einem der Ansprüche 1 oder 2 bei dem die Abmessungen des die vierte Halbleiterzone (40) unterbrechenden Abschnittes der zweiten Halbleiterzone (30) in lateraler Richtung des Halbleiterkörpers 10 μm und 160 μm, vorzugsweise zwischen 50 μm und 250 μm beträgt. Geänderter Patentanspruch 4
4. Thyristorbauelement, das folgende Merkmale aufweist: – einen Halbleiterkörper (100) mit einer Vorderseite (101), einer Rückseite (102) und einem Rand (103), einer ersten Halbleiterzone (20) eines ersten Leitungstyps, die im Bereich der Rückseite (102) ausgebildet ist, und einer sich an die erste Halbleiterzone (20) anschließenden zweiten Halbleiterzone (30) eines zweiten Leitungstyps, wobei der Rand (103) im Bereich des Übergangs zwischen der ersten und zweiten Halbleiterzone (20, 30) unter einem ersten Winkel (α1) positiv abgeschrägt verlaufend ausgebildet ist, wobei die erste Halbleiterzone (20) stärker als die zweite Halbleiterzone (30) dotiert ist, – wenigstens eine im Bereich der Vorderseite (101) des Halbleiterkörpers (100) angeordnete dritte Halbleiterzone (50) des zweiten Leitungstyps und wenigstens eine vierte Halbleiterzone (40) des ersten Leitungstyps, die zwischen der wenigstens einen dritten Halbleiterzone (50) und der zweiten Halbleiterzone (30) angeordnet ist, – wobei die Vorderseite (101) des Halbleiterkörpers (100) im Bereich des Randes (103) unter einem zweiten Winkel (α2) gegenüber übrigen Bereichen der Vorderseite (101) derart abgeschrägt zum Rand hin verlaufend ausgebildet ist, dass eine Spannungsfestigkeit des Bauelementes in Vorwärtsrichtung angehoben ist, wobei der zweite Winkel (α2) kleiner als der erste Winkel (α1) ist, und – wobei die Dotierungskonzentration in der ersten Halbleiterzone (20) in Richtung des Randes (103) abnimmt.
5. Halbleiterbauelement nach Anspruch 4, bei dem in der ersten Halbleiterzone (20) im Bereich (22) des Randes (103) eine erste Dotierungskonzentration und in den übrigen Bereichen (21) eine zweite höhere Dotierungskonzentration vorhanden ist.
6. Halbleiterbauelement nach einem der Ansprüche 5 oder 6, bei dem sich die Abmessungen der stärker dotierten Zone (21) in lateraler Richtung des Halbleiterkörpers in Richtung der zweiten Halbleiterzone (30) verringern.