專利名稱：發(fā)光或者受光用半導(dǎo)體器件及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及在形成了一對平坦面的球狀或者圓柱狀半導(dǎo)體上形成了pn結(jié)與一對電極的發(fā)光或者受光用半導(dǎo)體器件及其制造方法。該發(fā)光或者受光用半導(dǎo)體器件能夠適合于太陽能電池面板、發(fā)光器件、半導(dǎo)體光接觸媒體等的種種用途。
背景技術(shù)：
以往，正在研究下述技術(shù)，即在由p型或者n型半導(dǎo)體形成的小直徑的球狀半導(dǎo)體元件的表面部分上，通過擴散層形成pn結(jié)，將上述多個球狀半導(dǎo)體元件并聯(lián)連接到共通的電極上，并活用到太陽能電池以及半導(dǎo)體光接觸媒體中。
在美國專利第3,998,659號公報中揭示了下述示例，即在n型的球狀半導(dǎo)體的表面形成擴散層，將多個球狀半導(dǎo)體的擴散層連接在共通的膜狀電極(正極)的同時，將多個球狀半導(dǎo)體的n型芯部連接在共通的膜狀電極(負極)，由此構(gòu)成太陽能電池。
在美國專利第4,021,323號公報中揭示了下述太陽能轉(zhuǎn)換器(半導(dǎo)體元件)，它是將p型的半導(dǎo)體元件以及n型的球狀半導(dǎo)體元件配置成矩陣狀，在將上述半導(dǎo)體連接在共通的膜狀電極的同時，使得上述半導(dǎo)體元件的擴散層與共通的電解液接觸，照射太陽光并使得電解液進行電解。又，在美國專利第4,100,051號公報以及第4,136,436號公報中，揭示與上述幾乎相同的太陽能轉(zhuǎn)換器。
另一方面，如WO98/15983以及WO99/10935號國際公開公報所揭示，本發(fā)明的發(fā)明者提出了在由p型半導(dǎo)體以及n型半導(dǎo)體形成的球狀半導(dǎo)體元件上形成了擴散層、pn結(jié)、1對電極的粒狀發(fā)光或者受光用半導(dǎo)體器件，并且提出了能夠適用于將上述多個半導(dǎo)體器件串聯(lián)連接或者將這些多個串聯(lián)體并聯(lián)連接而提供給太陽能電池、水電解等的光接觸媒體裝置、各種發(fā)光裝置、彩色顯示器等的半導(dǎo)體器件。
使用于該半導(dǎo)體器件中的半導(dǎo)體元件是直徑為1～2mm左右的小粒，夾著球狀半導(dǎo)體的中心的一對頂部上形成一對電極。然而，在上述國際公開公報中所揭示的半導(dǎo)體元件的制造階段中，還存在下述各種問題。
在球狀半導(dǎo)體上形成一對電極(正極與負極)時，很難特定電極形成位置，又，球狀的半導(dǎo)體容易滾動并且不容易進行處理，而很難排列多個半導(dǎo)體元件。
又，即使在形成一對電極的情況下，由于不能夠判別哪個電極為正極、哪個電極為負極，故在排列多個半導(dǎo)體元件并進行串聯(lián)連接時，很難判別正極、負極，而需要熟練的技術(shù)，生產(chǎn)效率下降，當誤判定正極、負極式，會產(chǎn)生次品。
本發(fā)明的目的在于提供一種具有一對平行的平坦面并且不容易滾動的球狀發(fā)光或者受光用半導(dǎo)體器件。本發(fā)明的另一目的是提供一種在一對平行的平坦面上形成一對電極的球狀或者圓柱狀發(fā)光或者受光用半導(dǎo)體器件。本發(fā)明的再一目的是提供一種設(shè)置了一對能夠識別的電極的球狀或者圓柱狀發(fā)光或者受光用半導(dǎo)體器件。本發(fā)明的再一目的是提供一種上述發(fā)光或者受光用半導(dǎo)體器件的制造方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的發(fā)光或者受光用半導(dǎo)體器件的特點在于，具備由p型或者n型半導(dǎo)體形成的大致球狀的、在其中心兩側(cè)的兩個頂部形成平行的第1、第2平坦面的半導(dǎo)體元件；形成于包含所述第1平坦面的半導(dǎo)體元件的表層部分上的擴散層以及通過所述擴散層形成的大致球面狀的pn合；分別設(shè)置在所述第1、第2平坦面上并且與所述pn結(jié)兩端連接的第1、第2電極(第1方面)。
這里，最好，所述第1、第2平坦面的平均直徑小于兩平坦面間的距離(第2方面)。最好，所述第1、第2平坦面的直徑不同(第3方面)。最好，所述半導(dǎo)體元件由圓球狀的半導(dǎo)體元件制作成(第4方面)。
本發(fā)明的另一發(fā)光或者受光用半導(dǎo)體器件的特點在于，具備半導(dǎo)體元件，所述半導(dǎo)體元件由p型或者n型半導(dǎo)體構(gòu)成的圓柱狀并且在所述半導(dǎo)體元件的兩個端部上形成與軸心垂直的平行的第1、第2平坦面；形成于包含所述第1平坦面的半導(dǎo)體元件的表層部分上的擴散層以及通過所述擴散層形成的pn結(jié)；分別設(shè)置在所述第1、第2平坦面上并且與所述pn結(jié)的兩端連接的第1、第2電極(第5方面)。
這里，最好，所述第1、第2平坦面的直徑小于兩平坦面間的距離(第6方面)。
在第2方面或者第6方面的半導(dǎo)體器件中，最好采用下述構(gòu)造。所述半導(dǎo)體元件由單結(jié)晶半導(dǎo)體構(gòu)成(第7方面)。所述半導(dǎo)體元件由硅半導(dǎo)體構(gòu)成(第8方面)。所述半導(dǎo)體元件由硅與鍺的混晶半導(dǎo)體構(gòu)成(第9方面)。所述半導(dǎo)體元件是由砷化鎵(GaAs)、磷化銦(InP)、磷化鎵(GaP)、氮化鎵(GaN)、硒化銦銅(InCuSe)中的任意一種化合物半導(dǎo)體構(gòu)成(第10方面)。所述半導(dǎo)體元件由p型半導(dǎo)體構(gòu)成，所述擴散層由n型擴散層構(gòu)成，在所述第2平坦面上形成p型擴散層，在所述p型擴散層的表面上設(shè)置第2電極(第11方面)。所述半導(dǎo)體元件由n型半導(dǎo)體構(gòu)成，所述擴散層由p型擴散層構(gòu)成，在所述第2平坦面上形成n型擴散層，在所述n型擴散層的表面上設(shè)置第2電極(第12方面)。
本發(fā)明的發(fā)光或者受光用半導(dǎo)體器件的制造方法的特點在于，具備制作由p型或者n型半導(dǎo)體形成的球狀半導(dǎo)體元件的第1工序；在所述半導(dǎo)體元件的頂部形成第1平坦面的第2工序；在包含所述第1平坦面的半導(dǎo)體元件的表層部分上形成與半導(dǎo)體元件的導(dǎo)電形態(tài)不同的擴散層并且通過所述擴散層形成大致球面狀的pn結(jié)的第3工序；形成所述半導(dǎo)體元件中的第1平坦面以及在相反側(cè)的頂部上形成與所述第1平坦面平行的、去除了擴散層的第2平坦面的第4工序；在所述第1、第2平坦面上形成與所述pn結(jié)的兩端分別連接的第1、第2電極的第5工序(第13方面)。
本發(fā)明的另一發(fā)光或者受光用半導(dǎo)體器件的制造方法的特點在于，具備制作由p型或者n型半導(dǎo)體形成的球狀半導(dǎo)體元件的第1工序；在所述半導(dǎo)體元件的中心兩側(cè)的兩個頂部上形成平行的第1、第2平坦面的第2工序；在包含所述第1平坦面的半導(dǎo)體元件的表層部分上形成n型擴散層以及通過所述擴散層形成大致球面狀的pn結(jié)的第3工序；在所述第1、第2平坦面上形成與所述pn結(jié)的兩端分別連接的第1、第2電極的第4工序(第14方面)。
這里，最好，在所述第4工序中，使得接觸Al、AuGa、AuB中的任一種小片與在第2平坦面接觸并進行加熱熔融，形成貫通擴散層的p型再結(jié)晶層以及與所述p型再結(jié)晶層相連的第2電極(第15方面)。
本發(fā)明的另一發(fā)光或者受光用半導(dǎo)體器件的制造方法的特點在于，具備制作由p型或者n型半導(dǎo)體形成的圓柱狀半導(dǎo)體元件并且同時在所述半導(dǎo)體元件的一對端部上形成與軸心垂直的平行的第1、第2平坦面的第1工序；在所述半導(dǎo)體元件的表層部分上形成與半導(dǎo)體元件不同導(dǎo)電型的擴散層，同時通過所述擴散層形成pn結(jié)的第2工序；在所述第1、第2平坦面上設(shè)置與所述pn結(jié)的兩端分別連接的第1、第2電極的第3工序(第16方面)。這里，最好，在所述第3工序中，使得接觸Al、AuGa、AuB中的任一種小片與在第2平坦面接觸并且進行加熱熔融，形成與貫通擴散層的p型或者n型再結(jié)晶層以及與該結(jié)晶層相連的第2電極(第17方面)。
附圖簡述

圖1～圖16表示本發(fā)明的最初的實施形態(tài)。
圖1是表示球狀半導(dǎo)體元件的剖視圖。
圖2是表示形成了第1平坦面的半導(dǎo)體元件的剖視圖。
圖3是表示形成了擴散層與pn結(jié)的半導(dǎo)體元件的剖視圖。
圖4是形成了第2平坦面的半導(dǎo)體元件的剖視圖。
圖5是形成了擴散層的半導(dǎo)體元件的剖視圖。
圖6是半導(dǎo)體器件的剖視圖。
圖7是引線框架(lead frame)板的平面圖。
圖8是組合了半導(dǎo)體器件與引線框架板的組合體的縱剖視圖。
圖9是半導(dǎo)體器件與引線框架的擴大剖視圖。
圖10是3組半導(dǎo)體組件與引線框架板的平面圖。
圖11是半導(dǎo)體組件與引線框架板的縱剖視圖。
圖12是半導(dǎo)體組件與引線框架板的縱剖視圖。
圖13是半導(dǎo)體組件的平面圖。
圖14是半導(dǎo)體組件的縱剖視圖。
圖15是半導(dǎo)體組件的側(cè)面圖。
圖16是半導(dǎo)體組件的等價電路圖。
圖17是變化形態(tài)1中的半導(dǎo)體器件的剖視圖。
圖18～圖21表示變化形態(tài)2。
圖18是形成了第1、第2平坦面的半導(dǎo)體元件的剖視圖。
圖19是形成了擴散層的半導(dǎo)體元件的剖視圖。
圖20是設(shè)置了負電極的半導(dǎo)體元件的剖視圖。
圖21是半導(dǎo)體器件的剖視圖。
圖22～圖30表示變化形態(tài)3。
圖22表示圓柱狀半導(dǎo)體材料與半導(dǎo)體元件。
圖23是圖22的XXIII-XXIII線的剖視圖。
圖24是形成了擴散層的半導(dǎo)體元件的剖視圖。
圖25除去了第平坦面的剖視圖。
圖26是形成了擴散層的半導(dǎo)體元件的剖視圖。
圖27是半導(dǎo)體器件的剖視圖。
圖28是半導(dǎo)體元件的平面圖。
圖29是圖28的XXVIII-XXVIII線的剖視圖。
圖30是半導(dǎo)體器件與引線框架的主要部分的擴大剖視圖。
圖31～圖34表示變化形態(tài)4，是半導(dǎo)體組件制造過程中的組合體的平面圖。
圖32表示上述組合體的主視圖。
圖33表示半導(dǎo)體組件的平面圖。
圖34表示半導(dǎo)體組件的剖視圖。
最佳實施形態(tài)以下，參照附圖對于本發(fā)明的實施形態(tài)進行說明。
首先，對于本發(fā)明的半導(dǎo)體器件的構(gòu)造進行說明。
圖1～圖6表示適用于太陽能電池的受光用半導(dǎo)體器件10的制造方法，圖6是該受光用半導(dǎo)體器件10的剖視圖。
如圖6所示，受光用半導(dǎo)體器件器件10例如具備由p型半導(dǎo)體形成的半導(dǎo)體元件1、n型擴散層3、pn結(jié)4、1對電極9a，9b(負電極9a、正電極9b)、p+型半導(dǎo)體形成的擴散層8、防反射膜6a、半導(dǎo)體元件1是由p型的硅單晶體形成，例如由直徑為1.5mm的圓球狀的半導(dǎo)體元件1a(參照圖1)制作成。在半導(dǎo)體元件1的中心兩側(cè)的一對的頂部形成平行的第1、第2平坦面2、7。第1平坦面2例如直徑為0.6mm、第2平坦面7例如直徑為0.8mm。第1、第2平坦面2、7的平均直徑比兩平坦面2、7間的距離小。
在包含第1平坦面2的半導(dǎo)體元件1的表層部分形成擴散層3，在第2平坦面7上不形成n型擴散層3而形成另一擴散層8。該擴散層3是使得磷擴散后的厚度為0.4～0.5μm的n+型擴散層。通過該擴散層3形成幾乎為球面狀的pn結(jié)4(確切地是pn+結(jié))。
在第1平坦面2的擴散層3的表面上，設(shè)有將銀膠燒結(jié)后的薄膜狀的第1電極9a，在第2平坦面7的p+型擴散層8的表面上設(shè)有將銀膠燒結(jié)后的薄膜狀的第2電極9b。在擴散層3的表面上，除了第1、第2平坦面2、7以外，形成由氧化硅膜6形成的防反射膜6a。而且，從以下說明的半導(dǎo)體器件10的制造方法的描述中，也能夠進一步明確半導(dǎo)體器件10的構(gòu)造。
在該半導(dǎo)體器件10中，幾乎球面狀的pn結(jié)4具有光電變換功能，它接受太陽光并進行光電變換而產(chǎn)生約0.6伏特的電動勢。由于在第1、第2平面圖2、7上形成薄膜狀的負電極9a與正電極9b，故半導(dǎo)體器件10不容易旋轉(zhuǎn)，能夠容易地進行固定、容易地進行處理。而且，由于第1、第2平坦面2、7的大小不同，能夠容易地以傳感器或者目視判別負電極9a與正電極9b，能夠提高將多個半導(dǎo)體器件10組裝成半導(dǎo)體組件時的工作效率。
其次，參照圖1～圖6，對于所述半導(dǎo)體器件10的制造方法進行說明。首先，如圖1所示，例如制作直徑為1.5mm、電阻率為1Ωm左右的p型硅單晶體形成的圓球狀的球狀半導(dǎo)體元件1a。能夠通過本發(fā)明者已經(jīng)在特開平10-33969號公報以及國際公開公報WO98/15983號公報中所提出的方法來制造上述的球狀半導(dǎo)體元件1a。在該方法中，采用滴管，使得作為原料的硅粒在滴管的上端側(cè)的內(nèi)部熔融并且使其自由下落，同時利用表面張力作用維持真球狀并且使其凝固，由此，制作成圓球狀的硅單晶體。然而，也能通過機械性的研磨等制作球狀半導(dǎo)體。
其次，如圖2所示，對于球狀半導(dǎo)體元件1a表面的一部分利用機械性化學(xué)的研磨法進行加工，形成直徑0.6mm左右的第1平坦面2。其次，如圖3所示，根據(jù)已知的方法，在整個面上使得磷擴散，形成n+型的擴散層3，形成位于離球狀半導(dǎo)體1的表面起深度為0.4～0.5μm左右的大致球面狀的pn結(jié)4。將在擴散磷的工序中生成的表面的氧化硅膜5暫時通過蝕刻去除，然后在氧氣中加熱形成氧化硅膜6(防反射膜6a)。
其次，如圖4所示，利用機械性的化學(xué)研磨方法對于第1平坦面2的相對側(cè)進行加工，形成直徑0.8mm左右、露出了p型硅單晶體的第2平坦面7。在球的中心兩側(cè)的一對頂部上形成該第1、第2平坦面2、7。由于使得形成與第1平坦面2的直徑不同的第2平面面7的直徑，在下述的引線框架的連接工序中，能容易地判別負電極9a與正電極9b。
其次，如圖5所示，在具有第1、第2平坦面2、7的半導(dǎo)體元件1上，在氧化硅膜掩膜后的狀態(tài)下，利用已知的方法在露出于第2平坦面7上的p型硅單晶體的表面上使得硼擴散，設(shè)置厚度為0.2～0.3μm的p+型的擴散層8。硼在第2平坦面7的p型層上擴散，在第2平坦面7的邊緣上與n+型的擴散層3相接的p+n+結(jié)8a形成在氧化硅膜6的內(nèi)側(cè)，由氧化硅6保護p+n+結(jié)8a的表面。
其次，如圖6所示，在第1平坦面2的擴散層3的表面以及第2平坦面7的擴散層8的表面上分別設(shè)置銀膠，將這些銀膠在氧氣中在600℃～800℃的溫度范圍中加熱燒結(jié)，形成作為連接在pn結(jié)4兩端上并且分別與擴散層3、p+型擴散層8低阻抗連接的負電極9a、正電極9b。如此，完成了適用于粒狀太陽能電池的受光用半導(dǎo)體器件10。
而且，上述制造方法不過是一例，形成n+型擴散層3、蝕刻、形成電極、防反射膜形成的工序等是從已知的方法中選擇的技術(shù)，使用的材料并不限于上述材料，也可以利用以往使用的其他材料進行制造。又，作為防反射膜，也可以采用上述的氧化硅膜以外的氧化鈦膜等已知的防反射膜。
其次，對于采用上述制作成的作為太陽能電極的半導(dǎo)體器件10并且適于大批量生產(chǎn)的價廉樹脂模型類受光用半導(dǎo)體組件30的構(gòu)造及制造方法進行說明。首先，參照圖13～圖16對于其構(gòu)造進行說明。
該受光用半導(dǎo)體組件20具有例如25個半導(dǎo)體器件10、與這些25個半導(dǎo)體器件10電性連接并且由6條引線框架29形成的導(dǎo)電連接機構(gòu)、透光部件31、正極端33以及負極端34。
所述25個粒狀半導(dǎo)體器件10以導(dǎo)電方向一致的狀態(tài)配置成多行多列(在本實施形態(tài)中為5行5列)，利用導(dǎo)電連接機構(gòu)將各列的多個半導(dǎo)體器件10電性串聯(lián)連接，同時將各行的多個半導(dǎo)體器件10電性并聯(lián)連接。上述導(dǎo)電連接機構(gòu)由6條金屬制的引線框架29構(gòu)成，在與各行的半導(dǎo)體器件10鄰接的行的半導(dǎo)體器件10之間裝有引線框架29并且與兩側(cè)的電極9a、9b電性連接，與下端側(cè)的負極端34成一體的引線框架29將第1行的半導(dǎo)體器件10的電極9a電性并聯(lián)連接，與上端側(cè)的負極端33成一體的引線框架29將第5行的半導(dǎo)體器件10的電極9b電性并聯(lián)連接。上述25個半導(dǎo)體器件10以及導(dǎo)電連接機構(gòu)以被埋入到例如由丙烯樹脂以及聚碳酸酯等的透明合成樹脂形成的透光部件31內(nèi)的狀態(tài)而覆蓋，在透光部件31上，形成使得從兩側(cè)使得向各列半導(dǎo)體器件10導(dǎo)入外部光的部分圓筒透鏡部分31a。該部分圓柱透鏡部分31a能夠有效地將外來光導(dǎo)入各列半導(dǎo)體器件10，與形成在平坦面上的情況相比，具有較寬廣的方向性，并且采光性、聚光性、導(dǎo)光性良好。
與上述說明的作為太陽能電池面板的受光用半導(dǎo)體組件20等價的電路如圖16所示。將25個半導(dǎo)體器件10配置成5行5列的矩陣狀，各列的半導(dǎo)體器件10通過6個引線框架29電性串聯(lián)連接，各行的半導(dǎo)體器件10通過引線框架29電性并聯(lián)連接。
對于該半導(dǎo)體組件20，即使當任一半導(dǎo)體器件10產(chǎn)生故障而停止工作的情況下，由于僅沒有產(chǎn)生該發(fā)生故障的半導(dǎo)體器件10所引起的光電動勢，其他沒有發(fā)生故障的半導(dǎo)體器件10正常工作并且產(chǎn)生光電動勢，該光電動勢可靠地輸出到正極性端33與負極性端34，故能夠獲得可靠性以及耐久性良好的受光用半導(dǎo)體組件20。
其次，參照圖7～圖12，對于制造上述的受光用半導(dǎo)體組件20(太陽能電池組件)的方法進行說明。
首先，制作所述半導(dǎo)體器件10。然后，如圖7所示，在鎳鐵合金(Fe56％，Ni42％)的薄板(厚度0.3mm左右)的表面上利用模具對于厚度為3μm左右的鍍銀部分進行沖壓，制作成具有4個開口部分27a、27b的引線框板21～26。在這些引線框架板21～26上形成寬度較大(4mm左右)的外框部分28以及相互平行的寬度較小(1.5mm)的3條引線框架29。而且，對于上下兩側(cè)的2枚引線框架21、26，預(yù)先將兩端部分彎折成直角，平板狀地形成中間的4枚引線框架板22～25。
其次，如圖7～圖9所示，在引線框架板21～25的引線框架29上，分別采用導(dǎo)電性粘接劑30a(例如，銀環(huán)氧樹脂)，對于每5個半導(dǎo)體器件10使得負電極9a在下方并且以相等間距進行粘接著。
其次，在引線框架29上的半導(dǎo)體器件10的正電極9b上涂布導(dǎo)電性粘接劑30b。其次，如圖8所示，在最下段的15個(5個×3)的半導(dǎo)體器件10的正極9b上重疊引線框架板22的引線框架29。同樣地，依次重疊引線框架板23～26，排列各組25個半導(dǎo)體器件10使得在共通的鉛垂面內(nèi)配置成5行5列的正規(guī)的矩陣。其次，為了使得各半導(dǎo)體器件10的正電極9b與負電極9a在上下的引線框架29上電性連接，在最上側(cè)的引線框架板26上施加規(guī)定大小的重量(沒有圖示)，在160～180℃左右的溫度進行加熱并且使粘接劑硬化。
如此，通過6枚引線框架板21～26電性連接各組(各組件)的25個半導(dǎo)體器件10，將3組總共75個半導(dǎo)體器件10正規(guī)地收納在6枚引線框架板21～26的引線框架29之間，對于各組25個半導(dǎo)體器件10，各列的半導(dǎo)體器件10通過引線框架29電性串聯(lián)連接并且各行的半導(dǎo)體器件10通過引線框架29電性并聯(lián)連接。圖9是半導(dǎo)體器件10與其上下兩側(cè)的引線框架29的擴大剖視圖。
如圖10～圖12所示，將75個半導(dǎo)體組件10與6枚引線框架板21～26的組合體收納在成形模具(省略圖示)中，采用透明合成樹脂(例如，丙烯樹脂以及聚碳酸酯等)而成形，在由所述透明合成樹脂形成的透光部件31內(nèi)埋入5行5列的半導(dǎo)體器件10以及與其對應(yīng)的引線框架29并且使得為被透光部件31覆蓋的狀態(tài)。如此，同時形成作為太陽能電池面板的3組受光用半導(dǎo)體組件20。在透光部件31上形成使得外來光從兩側(cè)會聚到各列半導(dǎo)體器件10上的部分圓筒透鏡31a。
最后，切離開3組受光用半導(dǎo)體組件20。此時，首先，在中間的引線框架板22～25上，利用成形模具在引線框架20從透光部件31向外部延伸的兩端的切斷部分32上進行切斷。對于上下兩側(cè)的引線框架板21、26，為了使得該引線框架20以原來的寬度向透光部件31外延伸，切斷切斷部分并且從外框部分28上分離出來。
其次，對于部分地改變了所述實施形態(tài)的各種的變化形態(tài)進行說明。
1)變化形態(tài)1 (參照圖17)圖17所示的半導(dǎo)體器件10A是在第2平坦面7上形成焊接鋁球的正電極9c。而且，省略了上述的p+型擴散層8。制造該半導(dǎo)體器件10時，實行與半導(dǎo)體器件10的制造方法中圖1～圖4相同的步驟，然后，將負電極9a通過焊錫11與引線框架29接合，在第2平坦面7的中心部分上，施加超聲波以及熱量的同時焊接直徑為0.3～0.4mm的鋁球，形成突出的正電極9c。
這里，替代所述鋁球，也可以采用金球。如此，通過球焊接形成的電極適合于在較窄的空間正確地形成電極的情況，比起擴散以及合金化的情況，能夠在更低的溫度下形成低阻抗接觸。由于能夠增大該正電極9c的高度，并且由于能夠增大與引線框架29之間的間隔或者相互串聯(lián)連接半導(dǎo)體器件時與半導(dǎo)體器件電極之間的間隔，故能夠適合于僅在正電極9c上涂布導(dǎo)電性粘接著。而且，上述半導(dǎo)體器件10也可以適用該正電極9c。又，上述說明的半導(dǎo)體器件10A也可以替代所述半導(dǎo)體器件10適用于半導(dǎo)體組件20。
2)變化形態(tài)2 (參照圖18～圖21)首先，參照圖18～圖21，對于制造半導(dǎo)體器件10B的方法進行說明。首先，如圖18所示，與上述實施形態(tài)相同地，制作成在由p型硅單晶體(電阻率1Ωm)形成的圓球狀的半導(dǎo)體元件1a(直徑為1.5mm)中心兩側(cè)的1對頂部上形成平行的第1、第2平坦面2、7b的半導(dǎo)體元件1B。第1、第2平坦面2、7b的直徑分別為0.6mm、0.8mm左右，第1、第2平坦面2、7b的平均直徑小于第1、第2平坦面2、7b之間的距離。其次，如圖19所示，在半導(dǎo)體元件1B的全表層部分作為n型摻雜雜摶使得磷擴散，并形成厚度為0.4～0.5μm左右的n+型擴散層3，通過該擴散層3形成幾乎球面狀的pn結(jié)4b。
其次，如圖20所示，對于在使得磷擴散時產(chǎn)生的氧化硅膜進行蝕刻處理并去除。其次，如圖21所示，在第1平坦面2的中心部分印刷銀膠并且形成直徑為0.4mm、厚度為0.2mm左右的點狀，在氧化性氣體或者惰性氣體中在600℃～800℃的溫度下加熱燒結(jié)，形成與擴散層3低阻抗連接的負電極9a。其次，在第2平坦面7b的表面上加上直徑為0.4mm、厚度為0.3mm左右的點狀的鋁，在惰性氣體或者真空中，急速加熱到750℃～850℃的溫度并且此后立即進行冷卻。結(jié)果，由于鋁與硅共晶反應(yīng)熔融的硅以硅單晶體為晶種，成長為圖示那樣摻雜有鋁的p+型的再結(jié)晶層8b。這是所謂的合金型pn結(jié)的技術(shù)。
由于所述再結(jié)晶層8b貫通擴散層3，殘留在表面的鋁通過p型硅單晶體部分與p+型的再結(jié)晶層8b，形成低電阻接觸的負電極9d。而且，pn結(jié)4b與p+n+結(jié)4d連接。此后，在半導(dǎo)體元件1B的表面上形成防反射膜。
對于該半導(dǎo)體元件1B，不必如所述半導(dǎo)體器件10那樣進行硼的擴散，能夠同時形成p+型的再結(jié)晶層8b與正電極9d。由于正電極9d的高度增加，不會弄臟再結(jié)晶層8b的表面，能夠涂布導(dǎo)電性粘接劑。
這里，替代所述鋁，可采用原子比為金99％、硼1％左右的金(AuB)或者原子比為金99％、鎵1％左右的金(AuGa)而同時地形成再結(jié)晶層8b與正電極9d。而且，替代上述半導(dǎo)體器件10，該半導(dǎo)體器件10B也能夠適用于半導(dǎo)體組件20。
3)變化形態(tài)3 (參照圖22～圖30)如圖27所示，適用作為太陽能電池的受光用半導(dǎo)體器件10C具有圓柱狀的半導(dǎo)體元件41、具有第1，第2平坦面42，43、n型擴散層44、pn結(jié)45、p+型擴散層47、作為反射膜的氧化硅膜46、負電極49a以及正電極49b。該半導(dǎo)體器件10C形成短圓柱狀，雖然與上述半導(dǎo)體器件器件10的形狀不同，而構(gòu)造相同，故這里簡單地進行說明。
半導(dǎo)體元件41是由p型硅單晶體形成的圓柱狀的半導(dǎo)體元件并且在一對的端部形成與軸心垂直的、相互平行的第1、第2平坦面42、43。擴散層44形成在半導(dǎo)體元件41的第1平坦面42與外周面的表層部分，通過該擴散層44在半導(dǎo)體元件41的表層部分上形成pn結(jié)45。利用機械化學(xué)性的研磨去除第2平坦面42的擴散層44，在第2平坦面43上形成p+型擴散層47。對于第1平坦面42，在擴散層44的表面上設(shè)置負電極49a，對于第2平坦面43，在擴散層47的表面上形成正電極49b。而且，擴散層44、pn結(jié)45、擴散層47、正電極49a以及負電極49b等與上述半導(dǎo)體器件10的相同。
其次，參照圖22～圖27對于所述圓柱狀的半導(dǎo)體器件10C的制造方法進行說明。首先，如圖22、圖23所示，制作電阻率為1Ωm左右的p型硅單晶體形成的直徑1.5mm的細長圓柱狀半導(dǎo)體材料40，切斷該圓柱半導(dǎo)體材料40而使得軸心方向的長度為1.6mm，制作成在兩端具有與軸心垂直并相互平行的第1、第2平坦面42、43的短圓柱狀(即粒狀)的半導(dǎo)體元件41。
而且，由p型硅單晶體形成的所述圓柱狀半導(dǎo)體材料40能夠例如通過下述這樣進行制造，即通過從開在石墨制的坩堝底部的噴嘴狀孔穴起使得<111>方位的晶種與坩堝內(nèi)的硅溶液接觸并且從下方引出而使得單晶體成長。由于能夠形成細長的圓柱狀，加工的損失較小，故比較經(jīng)濟。又，圓柱狀半導(dǎo)體材料的直徑并沒有限定在1.5mm，也可以為1～3mm左右。
其次，如圖24所示，在圓柱狀的半導(dǎo)體元件41的全部表面進行磷擴散并設(shè)置深度為0.4～0.5μm的n+型擴散層44，通過該擴散層44在半導(dǎo)體元件41的第1平坦面42與外周面的表層部分上形成pn結(jié)45。
其次，如圖24、25所示，暫時采用氧化氟水溶液除去磷擴散時形成于表面的氧化硅膜，在氧氣中加熱半導(dǎo)體元件41并且在全部表面上形成氧化硅膜46(防反射膜)。此后，利用機械性化學(xué)的研磨法對于第2平坦面43進行研磨，除去n+型擴散層44，形成露出了硅單晶體的第2平坦面43。
其次，如圖26所示，在除去第2平坦面43的氧化硅膜之后在第2平坦面43上擴散硼，并設(shè)置深度為0.1～0.2μm的p+型擴散層47。由此，形成p+n+結(jié)48，能夠使其終端位于氧化硅膜46的內(nèi)側(cè)，并與外部截斷。
其次，如圖27所示，在第1、第2平坦面42、43的中心部分印刷直徑為0.5mm、厚度為0.2mm左右銀膠并使其為點狀，與上述的半導(dǎo)體器件10同樣地進行燒結(jié)，設(shè)置分別與擴散層44、47低阻抗接觸的負電極49a、正電極49b。如此，形成適合于太陽能電池的圓柱半導(dǎo)體狀半導(dǎo)體器件10C。對于該半導(dǎo)體器件10C，也可以與所述圖18～圖21所示相同地形成負極與正極。該半導(dǎo)體器件10C比球狀太陽能電池更容易進行電池的制造，相對于半導(dǎo)體元件的半徑方向而不是所有方向，具有均勻的方向性，能夠獲得比平面狀電池采光能力更高的光電變化性能。
替代所述半導(dǎo)體組件20中的半導(dǎo)體器件10也可以采用半導(dǎo)體器件10C，如圖28～圖30所示，能夠構(gòu)成與所述半導(dǎo)體組件20幾乎相同的半導(dǎo)體組件20A。該半導(dǎo)體組件20A中的引線框架29A、負極端34A、正極端35A、透光部件31A等與上述半導(dǎo)體組件20的相同，故這里采用相同符號并且省略說明。
4)變化形態(tài)4 …(參照圖31～34)其次，對于適用了所述半導(dǎo)體器件10的具有受光功能的半導(dǎo)體組件20B的構(gòu)造以及制造方法進行說明。如圖33、34所示，該半導(dǎo)體組件20B具備具有受光功能的例如72個(12個×6)粒狀半導(dǎo)體器件10、包含金屬制的8個環(huán)狀引線框架51～57的導(dǎo)電機構(gòu)50、透光部件58。72個半導(dǎo)體器件10以導(dǎo)電方向一致的狀態(tài)區(qū)分成12列并且在圓周方向上間隔相等地配置成環(huán)狀而成12列。
導(dǎo)電連接機構(gòu)50具有帶有最下段的負極端51a的環(huán)狀引線框架51、中段環(huán)狀引線框架52～56、帶有最上段的正極端57a的環(huán)狀引線框架57。環(huán)狀引線框架52～56具有與上述實施形態(tài)的引線框架板(21～26)相同的材料、相同的板厚，形成寬度為1.5mm的環(huán)狀?？驙钜€框架51、57與所述引線框架板(21～26)材料相同并且板厚約為1.0mm。
在環(huán)狀引線框架51、57上分別一體形成4個負極端51a、4個正極端57a。在該導(dǎo)電連接機構(gòu)各50中，將各列的6個半導(dǎo)體器件10電性串聯(lián)連接同時將各環(huán)的12個半導(dǎo)體器件10電性并聯(lián)連接。
圓筒狀的透光部件58由丙烯、聚碳酸酯等的透明合成樹脂形成厚壁的圓筒狀。配置成環(huán)狀的12列半導(dǎo)體器件10埋入在透光部件58的周壁58a內(nèi)。在透光部件58的周壁58a的內(nèi)周面上形成使得透過其周壁58a的光向半導(dǎo)體器件10產(chǎn)生漫反射的漫反射面58b。該漫反射面58b是小形的多個棱錐面。
對于制造該半導(dǎo)體組件20B的的方法進行說明。
如圖31、圖32所示，首先，制作環(huán)狀引線框架51～57、72個半導(dǎo)體器件10。其次，與制作上述半導(dǎo)體組件20幾乎相同地，在環(huán)狀引線框架51的上面配置12個半導(dǎo)體器件10而使得負電極9a在下并以導(dǎo)電性粘接劑粘接。其次，在該12個半導(dǎo)體器件10的正電極9b上涂布導(dǎo)電性粘接劑，然后在其上接著環(huán)狀引線框架52，如此順次反復(fù)進行，如圖32那樣進行組裝，此后在環(huán)狀的引線框架57上面施加規(guī)定重量的狀態(tài)下，進行加熱使得粘接劑硬化。
即，在多個環(huán)狀引線框架51、57之間，使得72個半導(dǎo)體器件10以導(dǎo)電方向一致的狀態(tài)進行組裝，區(qū)分成12列，在圓周方向上排列成等間隔配置成環(huán)狀的12列，透過環(huán)狀引線框架51～57串聯(lián)連接各列的6個半導(dǎo)體器件10，同時通過環(huán)狀引線框架51～57并聯(lián)連接各環(huán)的12個半導(dǎo)體器件10。結(jié)果，形成圖31、32所示的組合體60。
其次，將該組合體收納在規(guī)定的成形用模具內(nèi)，通過注入透明合成樹脂，形成圖33、圖34所示的透明合成樹脂制的厚壁的圓筒狀的透光部件58，將12列半導(dǎo)體器件10埋入到透明合成樹脂制的圓筒狀透光部件58的周壁58a內(nèi)。
根據(jù)該半導(dǎo)體組件20B，由于整體上形成圓筒狀，外來光來自全周360度中任意方向的情況下，也能夠可靠的受光并進行光電變換，在負極端51a與正極端57a之間產(chǎn)生約為4.2伏特左右的電動勢。由于在透光部件58的內(nèi)周面上形成漫反射面58b，光電變換效率也變大。而且，由于透光部件58的外徑與內(nèi)徑的差，使得導(dǎo)入入射角大的光而圍繞周壁58a內(nèi)并到達離開的半導(dǎo)體器件10。
其次，對于上述實施形態(tài)的可能的變化例進行說明。
(1)作為構(gòu)成所述半導(dǎo)體元件1、41的半導(dǎo)體，替代硅，還可以采用其他半導(dǎo)體，例如，Si與Ge的混晶半導(dǎo)體或者多層構(gòu)造的半導(dǎo)體，也可以采用GaAs、InP、GaP、GaN、InCuSe等的任意之一，而且，還可以采用其他的半導(dǎo)體。
(2)半導(dǎo)體元件1、41的導(dǎo)電形并不限定于p型，也可以是n型，此時使得形成p型擴散層。
(3)采用化學(xué)氣相成長法(CVD)等其他半導(dǎo)體薄膜生成法，也能夠形成所述擴散層3、44與pn結(jié)4、45。
(4)防反射膜6a、46也可以由氧化硅膜以外的氧化鈦等其他絕緣膜構(gòu)成。又，形成電極9a、9b、49a、49b時，也能夠采用銀膠以外的金屬膠、鋁、金等的電極材料。為了將半導(dǎo)體器件10粘接到引線框架29上，也可以用焊錫替代導(dǎo)電性樹脂。
(5)替代半導(dǎo)體組件20、20A中的透光部件可采用下述構(gòu)造，即在半導(dǎo)體器件的兩面上安裝強化玻璃，在該強化玻璃之間填充透明的乙烯醋酸乙烯酯(EVA)樹脂等，用框架封閉端部。
(6)對于半導(dǎo)體組件20、20A、20B，替代半導(dǎo)體器件10也可以采用半導(dǎo)體器件10A、10B、10C中的任意之一。
安裝在半導(dǎo)體組件20、20A、20B的半導(dǎo)體器件的數(shù)目以及配置形態(tài)并不限定于上述實施形態(tài)中的所描述的，能夠自由地進行設(shè)定。
(7)對于上述半導(dǎo)體組件，以具有受光功能的半導(dǎo)體組件為例進行了說明，而本發(fā)明的半導(dǎo)體器件也可以同樣適用于具有發(fā)光功能的半導(dǎo)體組件。然而，此時，作為半導(dǎo)體器件必須采用具有發(fā)光功能的半導(dǎo)體器件(球狀的半導(dǎo)體器件、圓柱狀的半導(dǎo)體器件或者粒狀的半導(dǎo)體器件)。
作為具有這樣的發(fā)光功能的半導(dǎo)體器件，例如，也能夠適用在WO98/15983號公報以及WO99/10935號公報中本發(fā)明的發(fā)明者提出的各種球狀的發(fā)光二極管，也可以適用其他各種構(gòu)造的發(fā)光二極管。具有這樣的發(fā)光功能的半導(dǎo)體組件可以適用于面發(fā)光形的照明裝置、黑白以及彩色的顯示器或者各種顯示裝置等。
(8)另外，本領(lǐng)域的技術(shù)人員在不離開本發(fā)明的精神的基礎(chǔ)上，能夠?qū)崿F(xiàn)本發(fā)明的其他的種種變形。而且，本發(fā)明范圍并不限于上述實施形態(tài)中所揭示的各種形態(tài)。
權(quán)利要求
1.一種發(fā)光或者受光用半導(dǎo)體器件，其特征在于，具備由p型或者n型半導(dǎo)體形成的大致為球狀的、在其中心兩側(cè)的兩個頂部形成平行的第1、第2平坦面的半導(dǎo)體元件；形成于包含所述第1平坦面的半導(dǎo)體元件的表層部分上的擴散層以及通過所述擴散層形成的大致為球面狀的pn結(jié)；以及分別設(shè)置在所述第1、第2平坦面上并且與所述pn結(jié)兩端連接的第1、第2電極。
2.如權(quán)利要求1所述的發(fā)光或者受光用半導(dǎo)體器件，其特征在于，所述第1、第2平坦面的平均直徑小于兩平坦面間的距離。
3.如權(quán)利要求2所述的發(fā)光或者受光用半導(dǎo)體器件，其特征在于，所述第1、第2平坦面的直徑不同。
4.如權(quán)利要求2所述的發(fā)光或者受光用半導(dǎo)體器件，其特征在于，所述半導(dǎo)體元件由圓球狀的半導(dǎo)體元件制成。
5.一種發(fā)光或者受光用半導(dǎo)體器件，其特征在于，具備半導(dǎo)體元件，所述半導(dǎo)體元件由p型或者n型半導(dǎo)體形成圓柱狀并且在所述半導(dǎo)體元件的兩個端部上形成與軸心垂直的、相互平行的第1、第2平坦面；形成于包含所述第1平坦面的半導(dǎo)體元件的表層部分上的擴散層以及通過所述擴散層形成的pn結(jié)；以及分別設(shè)置在所述第1、第2平坦面上并且與所述pn結(jié)的兩端連接的第1、第2電極。
6.如權(quán)利要求5所述的發(fā)光或者受光用半導(dǎo)體器件，其特征在于，所述第1、第2平坦面的直徑小于兩平坦面間的距離。
7.如權(quán)利要求2或者6所述的發(fā)光或者受光用半導(dǎo)體器件，其特征在于，所述半導(dǎo)體元件由單結(jié)晶半導(dǎo)體構(gòu)成。
8.如權(quán)利要求2或者6所述的發(fā)光或者受光用半導(dǎo)體器件，其特征在于，所述半導(dǎo)體元件由硅半導(dǎo)體構(gòu)成。
9.如權(quán)利要求2或者6所述的發(fā)光或者受光用半導(dǎo)體器件，其特征在于，所述半導(dǎo)體元件由硅與鍺的混晶半導(dǎo)體構(gòu)成。
10.如權(quán)利要求2或者6所述的發(fā)光或者受光用半導(dǎo)體器件，其特征在于，所述半導(dǎo)體元件是由砷化鎵(GaAs)、磷化銦(InP)、磷化鎵(GaP)、氮化鎵(GaN)、硒化銦銅(InCuSe)中的任意一種化合物半導(dǎo)體構(gòu)成。
11.如權(quán)利要求2或者6所述的發(fā)光或者受光用半導(dǎo)體器件，其特征在于，所述半導(dǎo)體元件由p型半導(dǎo)體構(gòu)成，所述擴散層由n型擴散層構(gòu)成，在所述第2平坦面上形成p型擴散層，在所述p型擴散層的表面上設(shè)置第2電極。
12.如權(quán)利要求2或者6所述的發(fā)光或者受光用半導(dǎo)體器件，其特征在于，所述半導(dǎo)體元件由n型半導(dǎo)體構(gòu)成，所述擴散層由p型擴散層構(gòu)成，在所述第2平坦面上形成n型擴散層，在所述n型擴散層的表面上設(shè)置第2電極。
13.一種發(fā)光或者受光用半導(dǎo)體器件的制造方法，其特征在于，具備制作由p型或者n型半導(dǎo)體形成的球狀半導(dǎo)體元件的第1工序；在所述半導(dǎo)體元件的頂部形成第1平坦面的第2工序；在包含所述第1平坦面的半導(dǎo)體元件的表層部分上形成與半導(dǎo)體元件的導(dǎo)電型不同的擴散層并且通過所述擴散層形成大致球面狀的pn結(jié)的第3工序；形成所述半導(dǎo)體元件中的第1平坦面以及在相反側(cè)的頂部上形成與所述第1平坦面平行的、去除了擴散層的第2平坦面的第4工序；在所述第1、第2平坦面上形成與所述pn結(jié)的兩端分別連接的第1、第2電極的第5工序。
14.一種發(fā)光或者受光用半導(dǎo)體器件的制造方法，其特征在于，具備制作由p型或者n型半導(dǎo)體形成的球狀半導(dǎo)體元件的第1工序；在所述半導(dǎo)體元件的中心兩側(cè)的兩個頂部上形成平行的第1、第2平坦面的第2工序；在包含所述第1、第2平坦面的半導(dǎo)體元件的表層部分上形成n型擴散層，同時通過所述擴散層形成大致呈球面狀的pn結(jié)的第3工序；以及在所述第1、第2平坦面上形成與所述pn結(jié)的兩端分別連接的第1、第2電極的第4工序。
15.如權(quán)利要求14所述的發(fā)光或者受光用半導(dǎo)體器件的制造方法，其特征在于，在所述第4工序中，使Al、AuGa、AuB中的任一種的小片與第2平坦面接觸并且進行加熱使其熔融，形成貫通擴散層的p型再結(jié)晶層以及與所述p型再結(jié)晶層相連的第2電極。
16.一種發(fā)光或者受光用半導(dǎo)體器件的制造方法，其特征在于，具備制作由p型或者n型半導(dǎo)體形成的圓柱狀半導(dǎo)體元件并且同時在所述半導(dǎo)體元件的兩個端部上形成與軸心垂直的相互平行的第1、第2平坦面的第1工序；在所述半導(dǎo)體元件的表層部分上形成與半導(dǎo)體元件不同導(dǎo)電型的擴散層，同時通過所述擴散層形成pn結(jié)的第2工序；在所述第1、第2平坦面上設(shè)置與所述pn結(jié)的兩端分別連接的第1、第2電極的第3工序。
17.如權(quán)利要求16所述的發(fā)光或者受光用半導(dǎo)體器件的制造方法，其特征在于，在所述第3工序中，使Al、AuGa、AuB中的任一種的小片與第2平坦面接觸并且進行加熱使其熔融，形成與貫通擴散層的p型或者n型再結(jié)晶層相連的第2電極。
全文摘要
具有受光功能的半導(dǎo)體器件(10)例如具備由p型的硅單結(jié)晶形成的半導(dǎo)體元件(1)、第1,第2平坦面(2,7)、n型擴散層(3)及其pn結(jié)(4)、再結(jié)晶層(8)、防反射膜(6a)、負電極(9a)以及正電極(9b)等。替代該半導(dǎo)體元件(1)也能夠采用圓柱狀的半導(dǎo)體元件。
文檔編號H01L31/0352GK1373907SQ00812460
公開日2002年10月9日 申請日期2000年10月20日 優(yōu)先權(quán)日2000年10月20日
發(fā)明者中田仗祐 申請人:中田仗祐