DE2853292A1

DE2853292A1 - Optisch aktivierbares halbleiterbauelement

Info

Publication number: DE2853292A1
Application number: DE19782853292
Authority: DE
Inventors: Andre Jaecklin
Original assignee: BBC BROWN BOVERI and CIE; BBC Brown Boveri AG Switzerland
Current assignee: BBC Brown Boveri AG Switzerland
Priority date: 1978-11-24
Filing date: 1978-12-09
Publication date: 1980-06-12
Also published as: JPS5572085A; FR2442510B1; DE2853292C2; NL7908500A; GB2036430B; FR2442510A1; US4366496A; GB2036430A; SE7909541L

Description

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Optisch aktivier bar es. Halbleiterbauelement

Die Erfindung betrifft ein optisch aktivierbares Halbleiterbauelement mit mindestens einem lichtempfindlichen Oberflächenbereich, der einen PN-Uebergang enthält, welcher bei Bestrahlung des Bauelementes mit Licht in Sperrichtung vorgespannt ist. Die Erfindung bezieht sich insbesondere auf lichtzündbare Thyristoren, die eine derartige Struktur aufweisen.

Ein derartiger Thyristor ist beispielsweise aus der DE-OS 2 4o8 079 bekannt. Dieses bekannte Bauelement besteht aus einem Haupt- und einem zwecks Zündverstärkung integrierten Hilfsthyristor. Die anodenseitige Basiszone wird in einem schmalen Kanal bis an die kathodenseitige Oberfläche geführt, so dass der durch diese Basiszone und der kathodenseitigen Basiszone gebildete PN-Üebergang ebenfalls direkt an die kathodenseitige Oberfläche grenzt. Bei Bestrahlung der kathodenseitigen Oberfläche mit Licht zündet zunächst der Hilfsthyristor, der dann anschliessend eine Zündung des Hauptthyristors bewirkt.

Um die Lichtintensität des zur Zündung erforderlichen Lichtes möglichst gering zu halten,ist bereits vorgeschlagen worden, dem an die Oberfläche des Bauelementes tretenden PN-Uebergang eine fingerförmige Struktur zu geben und die entlang dieser PN-Uebergänge fliessenden Ströme auf einzelne Bereiche der P-Basiszone zu konzentrieren..In diesen Bereichen wird dann der N-Emitter eines Hilfsthyristors angeordnet.

Der Nachteil dieser Strukturen besteht darin, dass

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^diese Oberflächengeometrie

eine erhebliche Reduktion der ohne Oberflächeneffekte vorhandenen Blockierspannung zur Folge hat.

Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, optisch aktivierbare Halbleiterbauelemente der eingangs beschriebenen Art so weiter zu entwickeln, dass die Reduktion der Blockierspannung durch Oberflächeneffekte gering gehalten werden kann.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss durch die Merkmale des kennzeichnenden Teils des Anspruchs 1 gelost. Besonders vorteilhafte Ausgestaltungen dieser Merkmale enthalten die Unt eransprüche.

Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus den folgenden, anhand von Figuren beschriebenen Ausführungsbeispielen«

Es zeigenr

Fig. la eine Draufsicht auf den lichtempfindlichen Oberflächenbereich einer Photodiode, wobei der PN-Uebergang unterschiedliche Gestaltungsformen gemass der Erfindung aufweist,

Fig.. Ib einen Querschnitt der Diode nach Fig. la entlang der Linie I-I,

Fig. 2a eine Draufsicht auf den lichtempfindlichen Oberflächenbereich eines lichtzündbaren Thyristors, und

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Pig. 2h einen Querschnitt dieses Thyristors entlang der Linie II-II.

In Fig. la und Ib ist eine Photodiode 1 mit einem PN-Uebergang 2 dargestellt. Der PN-Uebergang 2 ist an mehreren Stellen an die Oberfläche 3 des Bauelementes geführt und bildet dort die Teilbereiche 4, 5, 6 und 7. Der an die Oberfläche 3 geführte PN-Uebergang besitzt dort vorzugsweise entweder eine kreisrunde Gestalt, wie im Bereich 4 oder eine schlauchförmige Gestalt, wie in den Bereichen 5 und 6. Der Radius R

•10 des Kreises bzw. die Breite B des schlauchförmigen Teiles des PN-Ueberganges 2 ist einerseits vorgegeben durch die Ausdehnung der Raumladungszone in der N-Zone 8, die sich bei minimaler Spannung, bei der das Bauelement noch zünden soll ergibt. Diese Ausdehnung liegt je nach Dotierung der N-Zone etwa zwischen 5 und 50 ium. Andererseits kann der Radius R bzw. die Breite B Null werden; nämlich wie Pig. Ib für den Bereich 7 zeigt, wenn die P-Zonen S₃ 9' sich überschneiden und der Schnittpunkt 10 in der Nähe der bestrahlten Oberfläche liegt. Mit wachsendem Abstand dieses Schnittpunktes von der Oberfläche muss die zur Zündung erforderliche Lichtstärke'ständig erhöht werden.

Falls das Verhältnis von Länge L zu Breite B der schlauchförmigen PN-Uebergänge etwa zwischen 1 und 5 liegt, steht eine relativ grosse zusammenhängende Fläche im P-Gebiet zur Verfügung. Dadurch wird die Querleitfähigkeit verbessert und die Zündempfindlichkeit erhöht.

Solange ausserdem für den gekrümmten PN-Uebergang des Bereiches 6 die Bedingung r>^B eingehalten wird, sind auch zusammengesetzte Strukturen der in Fig. la gezeigten Grundformen möglich:. Kreuzpunkte allerdings, wie sie z.B. in der

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CH-PS 594 984 offenbart werden, haben sich bei den neuen Bauelementen nicht als zweckmässig erwiesen.

Ein Ausführungsbeispiel für den Zündbereich eines lichtzündbaren Thyristors 11 ist in den Figuren 2a und 2b dargestellt. Mit 12, 13_a 14 sind die entsprechenden Teilbereiche benannt, die durch den an die kathodenseitige Oberfläche stossenden PN-Uebergang 15 gebildet werden. Während mit 16 die N -Kathodenzone des Hilfsthyristors gekennzeichnet ist. Der äussere Graben 17 hat eine Isolationsfunktion zu erfüllen (vgl. auch DE-OS 2 4o8 079). Die gestrichelte Linie l8 gibt dabei die Grenze des lichtempfindlichen Bereichs an.

Die Erfindung ist nicht auf Dioden und Thyristoren beschränkt sondern kann' beispielsweise auch bei Phototransistören verwendet werden.

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Claims

BBC Aktiengesellschaft P/dh

Brown, Boveri & Cie.
Baden (Schweiz)

Patent anspräche

Optisch aktivierbares Halbleiterbauelement mit mindestens einem lichtempfindlichen Oberflächenbereich, der einen PN-Uebergang enthält, welcher bei Bestrahlung des Bauelementes mit Licht in Sperrichtung vorgespannt ist, dadurch gekennzeichnet, dass der PN-Üebergang (2, 15) im lichtempfindlichen Oberflächenbereich eine einfache, vorzugsweise kreisförmige oder schlauchförmige geometrische Gestalt besitzt, und damit einen entsprechend geformten Teilbereich (4, 5, 6, J₃ 12, 13, I¹O definiert.
2. Optisch aktivierbares Halbleiterbauelement nach Anspruch

1, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis von Länge L, zu Breite B des schlauchförmigen Teilbereichs ^ 5 ist.
3. Optisch aktivierbares Halbleiterbauelement nach Anspruch

2, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Teilbereich (6) eine gekrümmte schlauchförmige Gestalt besitzt und wobei vorzugsweise der Radius der Krümmung _χτ₍ mindestens 5 mal grosser ist als die Breite des Schlauches.
4. Optisch aktivierbares Halbleiterbauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der PN-Üebergang (2, 15) im lichtempfindlichen Oberflächenbereich mindestens zwei Teilbereiche (4, 5, 6, 7, 12, 13, 14) definiert.

5· Optisch aktivierbares Halbleiterbauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet ₃ dass es sich bei dem Bauelement um einen lichtzündbaren Thyristor handelt.

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