(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体集積回路と第１及び第２の太陽電池とが同一半導体基板に形成された半導体装置であって、
前記第１及び第２の太陽電池のそれぞれが、内側の半導体領域の底面及び側面を該半導体領域と導電型の異なる半導体領域が取り囲むように、前記半導体基板の上部の一部に埋め込まれて積層された複数の半導体領域を備え、
前記第１及び第２の太陽電池と前記半導体基板とがｐｎ接合分離され、
前記第１の太陽電池と前記第２の太陽電池にそれぞれ構成されるｐｎ接合が直列に接続されるように前記第１の太陽電池と前記第２の太陽電池が直列接続されていることを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
表面から膜厚方向に沿って前記複数の半導体領域の不純物濃度が順次低くなることを特徴とする請求項１に記載の半導体装置。
【請求項３】
前記第１の太陽電池の前記複数の半導体領域から選択された１の半導体領域と、選択された前記半導体領域と導電型の異なる第２の太陽電池の１の半導体領域とが電気的に接続されて、前記第１の太陽電池と前記第２の太陽電池が直列接続されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の半導体装置。
【請求項４】
前記第１及び第２の太陽電池のそれぞれが、
第１導電型の前記半導体基板の上面の一部に形成された凹部に埋め込まれた、上面の一部に凹部が形成された第２導電型の第１ウェル領域と、
前記第１ウェル領域の前記凹部に埋め込まれた第１導電型の第２ウェル領域と
を備えることを特徴とする請求項１又は２に記載の半導体装置。
【請求項５】
前記第１の太陽電池の前記第２ウェル領域と前記第２の太陽電池の前記第１ウェル領域とを電気的に接続することにより、前記第１の太陽電池と前記第２の太陽電池が直列接続されていることを特徴とする請求項４に記載の半導体装置。
【請求項６】
前記半導体集積回路が、前記第１及び第２の太陽電池が出力する電圧を安定化する電源電圧安定化回路、前記電圧を昇圧する電源電圧昇圧回路、前記電圧を降圧する電源電圧降圧回路、及び前記電圧が一定の値の場合に前記半導体集積回路の他の集積回路に前記電圧を出力する電圧制御回路の少なくともいずれかを備えることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、太陽電池と半導体集積回路が同一半導体基板上に形成された半導体装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体集積回路は、通常、外部から電力を供給されて動作する。しかし、半導体集積回路と、この半導体集積回路に電力を供給する太陽電池とを同一半導体基板上に形成することにより、外部から電力を供給する必要がなくなる。半導体集積回路と同一半導体基板上に形成した太陽電池を、以下において「オンチップ太陽電池」という。
【０００３】
ＳＯＩ（Silicon on Insulator）基板を用いて複数の太陽電池を直列接続したオンチップ太陽電池によって、高電圧を得る方法が提案されている（例えば、非特許文献１参照）。ＳＯＩ基板では複数の太陽電池を互いに絶縁分離して形成できるため、容易に太陽電池の直列接続を実現できる。
【０００４】
また、バルク相補型ＭＯＳ（ＣＭＯＳ）プロセスを用いてオンチップ太陽電池を製造する方法が提案されている（例えば、非特許文献２参照）。ＳＯＩ基板を用いたオンチップ太陽電池よりもバルクＣＭＯＳプロセスで製造したオンチップ太陽電池の方が、ｐｎ接合面積が広いために発電量を大きくすることができる。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】新山  太郎  他、「オンチップ太陽電池駆動287mV、13.3MHzリングオシレータ」、２００７年電子情報通信学会エレクトロニクスソサエティ大会、Ｃ−１２−３６、ｐ．９１
【非特許文献２】柳  至善  他、「バルクＣＭＯＳプロセスで作成したオンチップ太陽電池のＳＯＩとの比較と光センサへの応用」、２００８年電子情報通信学会総合大会、Ｃ−１２−２６、ｐ．１１６
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ＳＯＩ基板を用いたオンチップ太陽電池はｐｎ接合面積が小さく、効率的な発電ができないという問題がある。また、ＳＯＩ基板はバルクＣＭＯＳプロセスで使用される半導体基板に比べて高価であり、一般的に半導体集積回路では、超高速動作が必要な場合や超低消費電力応用などの場合を除いてバルクＣＭＯＳプロセスが採用される。
【０００７】
一方、バルクＣＭＯＳプロセスにより製造されたオンチップ太陽電池では、半導体基板と太陽電池とが絶縁分離されていない。このため、太陽電池を並列接続することは可能でも、直列接続した場合には半導体基板を介して太陽電池間にショート電流が流れるという問題があった。つまり、バルクＣＭＯＳプロセスで製造したオンチップ太陽電池は、ＳＯＩ基板を用いたオンチップ太陽電池に比べて効率的な発電が可能であるが、高電圧を発生することができない。
【０００８】
上記問題点に鑑み、本発明は、バルクＣＭＯＳプロセスを用いて製造され、高電圧を発生可能な太陽電池と半導体集積回路とが同一半導体基板上に配置された半導体装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の一態様によれば、半導体集積回路と第１及び第２の太陽電池とが同一半導体基板に形成された半導体装置であって、第１及び第２の太陽電池のそれぞれが、内側の半導体領域の底面及び側面をその半導体領域と導電型の異なる半導体領域が取り囲むように、半導体基板の上部の一部に埋め込まれて積層された複数の半導体領域を備え、第１及び第２の太陽電池と半導体基板とがｐｎ接合分離され、第１の太陽電池と第２の太陽電池にそれぞれ構成されるｐｎ接合が直列に接続されるように第１の太陽電池と第２の太陽電池が直列接続されている半導体装置が提供される。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、バルクＣＭＯＳプロセスを用いて製造され、高電圧を発生可能な太陽電池と半導体集積回路とが同一半導体基板上に配置された半導体装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の実施形態に係る半導体装置の構成を示す模式図である。
【図２】本発明の実施形態に係る半導体装置の太陽電池と半導体集積回路の接続例を示す模式図である。
【図３】本発明の実施形態に係る半導体装置の他の構成を示す模式図である。
【図４】本発明の実施形態に係る半導体装置の更に他の構成を示す模式図である。
【図５】本発明の実施形態に係る半導体装置の更に他の構成を示す模式図である。
【図６】本発明の実施形態に係る半導体装置の更に他の構成を示す模式図である。
【図７】本発明の実施形態に係る半導体装置にキャパシタを付加した例を示す模式的な回路ブロック図である。
【図８】本発明の実施形態に係る半導体装置が電圧制御回路を備える例を示す模式的な回路ブロック図である。
【図９】本発明の実施形態に係る半導体装置に照射される、入力信号により変調された光の光量の例を示すグラフである。
【図１０】本発明の実施形態に係る半導体装置に、入力信号により変調された光が照射された場合の動作を示す模式的な回路ブロック図である。
【図１１】本発明の実施形態に係る半導体装置に搭載可能な集積回路の例を示す模式的な回路図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
次に、図面を参照して、本発明の実施形態を説明する。以下の図面の記載において、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号を付している。ただし、図面は模式的なものであり、厚みと平面寸法との関係、各層の厚みの比率等は現実のものとは異なることに留意すべきである。また、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることはもちろんである。
【００１３】
また、以下に示す実施形態は、この発明の技術的思想を具体化するための装置や方法を例示するものであり、この発明の実施形態は、特許請求の範囲において、種々の変更を加えることができる。
【００１４】
本発明の実施形態に係る半導体装置１は、図１に示すように、同一半導体基板１００上に配置された半導体集積回路４０と第１の太陽電池１０及び第２の太陽電池２０とを備える。第１の太陽電池１０と第２の太陽電池２０にそれぞれ構成されるｐｎ接合が直列に接続されるように、第１の太陽電池１０と第２の太陽電池が直列接続されている。第１の太陽電池１０と第２の太陽電池２０とを直列接続した構成を、以下において「太陽電池列３０」という。）。
【００１５】
第１の太陽電池１０及び第２の太陽電池２０からなる太陽電池列３０は、半導体集積回路４０に電力を供給する。なお、図１では半導体集積回路４０の詳細な構造の図示を省略しているが、半導体集積回路４０は一般的なバルクＣＭＯＳプロセスで製造される発振回路、演算回路、メモリ回路、無線送受信回路、光電力制御回路などを含む。
【００１６】
第１の太陽電池１０及び第２の太陽電池２０のそれぞれは、内側の半導体領域の底面及び側面をその半導体領域と導電型の異なる半導体領域が取り囲むように積層された複数の半導体領域１１〜１５、２１〜２５を備える。半導体領域１１〜１５、２１〜２５は、図１に示すように半導体基板１００の上部の一部に埋め込まれている。
【００１７】
なお、第１導電型と第２導電型とは互いに反対導電型である。すなわち、第１導電型がｐ型であれば第２導電型はｎ型であり、また、第１導電型がｎ型であれば第２導電型はｐ型である。以下では、第１導電型がｐ型、第２導電型がｎ型である場合について、例示的に説明する。
【００１８】
図１に示した第１の太陽電池１０及び第２の太陽電池２０の構造の詳細を以下に説明する。第１の太陽電池１０及び第２の太陽電池２０のそれぞれは、ｐ型の半導体基板１００の上面の一部に形成された凹部に埋め込まれた、上面の一部に凹部が形成されたｎ型の第１ウェル領域１１、２１と、第１ウェル領域１１、２１の凹部に埋め込まれた、上面の一部に凹部が形成されたｐ型の第２ウェル領域１２、２２と、第２ウェル領域１２、２２の凹部に埋め込まれたｎ型の不純物拡散領域１５、２５とを備える。ただし、他の領域と電気的に接続しない場合は、不純物拡散領域１５、２５は省略してもよい。
【００１９】
図１に示した例では、第１ウェル領域１１、２１のそれぞれは、半導体基板１００に埋め込まれたｎ型の埋め込み領域１１１、２１１と、第２ウェル領域１２、２２を取り囲むように埋め込み領域１１１、２１１上に配置されたｎ型の側壁領域１１２、２１２からなる。
【００２０】
なお、表面から膜厚方向に沿って順次低くなるように、複数の半導体領域１１〜１５、２１〜２５の不純物濃度が設定されている。例えば半導体基板１００の不純物密度は１０16ｃｍ-2程度、第１ウェル領域１１、２１の不純物密度は１０17ｃｍ-2程度、第２ウェル領域１２、２２の不純物密度は１０18ｃｍ-2程度、不純物拡散領域１５、２５の不純物密度は１０19〜１０20ｃｍ-2程度である。
【００２１】
図１に示した半導体装置１では、ｎ型の第１ウェル領域１１、２１によってｐ型の第２ウェル領域１２、２２がｐ型の半導体基板１００から絶縁分離されるため、第１の太陽電池１０と第２の太陽電池２０とを直列接続することができる。例えば、第１の太陽電池１０の複数の半導体領域から選択された１の半導体領域と、選択された半導体領域と導電型の異なる第２の太陽電池２０の１の半導体領域とを電気的に接続することにより、第１の太陽電池１０と第２の太陽電池とを直列接続できる。電気的に接続される半導体領域同士は、例えば金属膜からなる配線層により接続される。
【００２２】
図１に示した例では、第１の太陽電池１０の第２ウェル領域１２と第２の太陽電池２０の第１ウェル領域２１とを電気的に接続している。なお、オーミック抵抗を低くするために、他の半導体領域と電気的に接続される領域の不純物濃度を周囲よりも高くすることが有効である。以下において、周囲よりも不純物濃度の高い領域を「接続領域」という。例えば、図１では第１の太陽電池１０の第２ウェル領域１２内に、周囲よりも不純物濃度の高い接続領域１２１を設けている。
【００２３】
第１の太陽電池１０の不純物拡散領域１５と第１ウェル領域１１とはほぼ同一電位であるため、第１の太陽電池１０と第２の太陽電池２０とを直列接続した太陽電池列３０のマイナス側電極３１は、第１の太陽電池１０の不純物拡散領域１５と第１ウェル領域１１のいずれを使用してもよい。この太陽電池列３０のプラス側電極３２は、第２の太陽電池２０の第２ウェル領域２２である。図１に示した例では、オーミック抵抗を低くするために、第２の太陽電池２０の第２ウェル領域２２内に、周囲よりも不純物濃度の高い接続領域２２１を設けている。この接続領域２２１が太陽電池列のプラス側電極３２として使用される。
【００２４】
したがって、図１に示した半導体装置１の太陽電池列３０の電流経路は、「第１の太陽電池１０の不純物拡散領域１５と第１ウェル領域１１のいずれか」−「第１の太陽電池１０の第２ウェル領域１２」−「第２の太陽電池２０の第１ウェル領域２１」−「第２の太陽電池２０の第２ウェル領域２２」である。「第１の太陽電池１０の不純物拡散領域１５と第１ウェル領域１１のいずれか」と「第１の太陽電池１０の第２ウェル領域１２」間のｐｎ接合、及び「第２の太陽電池２０の第１ウェル領域２１」と「第２の太陽電池２０の第２ウェル領域２２」間のｐｎ接合で、それぞれ電圧が発生する。１つのｐｎ接合で発生する電圧は０．５Ｖ程度であり、図１に示した半導体装置１では１．０Ｖ近くの電圧が発生する。
【００２５】
図１に示した半導体装置１を半導体集積回路４０と接続した例を、図２に示す。図２に示した半導体集積回路４０の例は、ソース電極Ｓ１、ドレイン電極Ｄ１及びゲート電極Ｇ１を有してｎウェル領域４１０に形成されたｐ型チャネルＭＯＳ（以下において、「ｐＭＯＳ」という。）トランジスタ４０１と、ソース電極Ｓ２、ドレイン電極Ｄ２及びゲート電極Ｇ２を有してｐウェル領域４２０に形成されたｎ型チャネルＭＯＳ（以下において、「ｎＭＯＳ」という。）トランジスタ４０２とで構成されたＣＭＯＳトランジスタ回路４００である。ｐウェル領域４２０は、半導体基板１００に埋め込まれたｎ型の埋め込み領域４１１と、埋め込み領域４１１上に配置されたｎ型の側壁領域４１２によってｐ型の半導体基板１００から絶縁分離されている。
【００２６】
図２に示したように、太陽電池列３０のプラス側電極３２をｐＭＯＳトランジスタ４０１のＶDD電極に接続し、マイナス側電極３１をｎＭＯＳトランジスタ４０２のＶSSに接続することで、０．９Ｖ程度の電圧をＣＭＯＳトランジスタ回路４００に印加することができる。
【００２７】
なお、図３に示すように半導体装置１の第１の太陽電池１０と第２の太陽電池２０を構成してもよい。即ち、第１の太陽電池１０と第２の太陽電池２０は、上面の一部に凹部が形成されたｐ型の半導体基板１００と、半導体基板１００の凹部に埋め込まれた、上面の一部に凹部が形成されたｎ型のウェル領域１１、２１と、ｎ型のウェル領域１１、２１の凹部に埋め込まれたｐ型の不純物拡散領域１５、２５とを備える。
【００２８】
図３に示した半導体装置１においても、ｎ型のウェル領域１１、２１が半導体基板１００から絶縁分離されるため、第１の太陽電池１０と第２の太陽電池２０とを直列接続することができる。具体的には、第１の太陽電池１０のｎ型のウェル領域１１の接続領域１１０と第２の太陽電池２０の不純物拡散領域２５とが電気的に接続され、第１の太陽電池１０と第２の太陽電池２０が直列接続される。第１の太陽電池１０の不純物拡散領域１５が太陽電池列のプラス側電極３２であり、第２の太陽電池２０のｎ型のウェル領域２１の接続領域２１０がマイナス側電極３１である。
【００２９】
図３に示した太陽電池列では、「第１の太陽電池１０の不純物拡散領域１５」と「第１の太陽電池１０のｎ型のウェル領域１１」間のｐｎ接合、及び「第２の太陽電池２０の不純物拡散領域２５」と「第２の太陽電池２０のｎ型のウェル領域２１」間のｐｎ接合で、それぞれ０．５Ｖ程度の電圧が発生する。このため、図３に示した半導体装置１において１．０Ｖ近くの電圧が発生する。
【００３０】
図３に示した半導体装置１では、図１に示した半導体装置１と比較して半導体領域が１層少ないため、製造工程数を減らすことができる。
【００３１】
なお、図３に示した半導体装置１では、動作状態での半導体基板１００の電位を０Ｖとするため、この状態で半導体基板１００上に形成された図示を省略するｎＭＯＳトランジスタのソース電極にマイナス電圧（例えば−０．５Ｖ）を印加するとｎＭＯＳトランジスタの基板電位がソース電極に対して＋０．５Ｖとなる。その結果、しきい値電圧の低下、或いはトランジスタのスイッチング特性の良さを示すSファクタの悪化などを招くおそれがある。
【００３２】
一方、図１に示した半導体装置１は、隣接する半導体領域の導電型が互いに異なるように３層重ねたトリプルウェル構造を有する。このため、図１に示した半導体装置１では、半導体集積回路４０においてｐ型のウェル領域がｐ型の半導体基板１００から絶縁分離されるので、半導体基板１００とは独立した電位をｐ型のウェル領域に印加することができる。これにより、半導体集積回路４０の回路動作に悪影響をあたえずに、第１の太陽電池１０と第２の太陽電池２０からなる太陽電池列３０の高電圧を半導体集積回路４０に印加することができる。
【００３３】
図４に、トリプルウェル構造の第１の太陽電池１０と第２の太陽電池２０を直列接続する他の例を示す。図４に示した例は、第２の太陽電池２０の複数の半導体領域のうちの半導体基板１００と導電型が異なる１の半導体領域と、半導体基板１００とが電気的に接続されている。そして、第１の太陽電池１０と第２の太陽電池２０とが半導体基板１００を介して直列接続されている。より詳細には、第２の太陽電池２０の第１ウェル領域２１と半導体基板１００とが電気的に接続されている。なお、図４に示すように半導体基板１００の上面に、第２の太陽電池２０の第１ウェル領域２１とのコンタクト用に不純物濃度が高い接続領域１０１が形成されている。
【００３４】
図４に示した半導体装置１の太陽電池列の電流経路は、「第１の太陽電池１０の第１ウェル領域１１」−「半導体基板１００」−「第２の太陽電池２０の第１ウェル領域２１」−「第２の太陽電池２０の第２ウェル領域２２」である。「第１の太陽電池１０の第１ウェル領域１１」と「半導体基板１００」間のｐｎ接合、及び「第２の太陽電池２０の第１ウェル領域２１」と「第２の太陽電池２０の第２ウェル領域２２」間のｐｎ接合で、それぞれ電圧が発生する。したがって、図４に示した太陽電池列においても１．０Ｖ近くの電圧が発生する。なお、第１の太陽電池１０の第１ウェル領域１１が太陽電池列３０のマイナス側電極３１として使用され、第２の太陽電池２０の第２ウェル領域２２が太陽電池列３０のプラス側電極３２として使用される。
【００３５】
不純物拡散領域１５と第１ウェル領域１１とはほぼ同一電位であるため、第１の太陽電池１０と第２の太陽電池２０とを直列接続した太陽電池列３０のマイナス側電極３１は、第１の太陽電池１０の不純物拡散領域１５と第１ウェル領域１１のいずれを使用してもよい。なお、不純物拡散領域１５、２５を電流経路に含まない場合には、これらの作成を省略してもよい。
【００３６】
図５に、第１の太陽電池１０と第２の太陽電池２０からなる太陽電池列３０によって更に高電圧を発生させる例を示す。図５に示した例は、図４に示した太陽電池列３０について、更に、第１の太陽電池１０の複数の半導体領域のうちの最内側の第１の半導体領域である不純物拡散領域１５に接する第２の半導体領域と、第２の半導体領域に隣接する第３の半導体領域とを電気的に接続した構造である。具体的には、第２の太陽電池２０の第１ウェル領域２１と半導体基板１００とが電気的に接続され、且つ、第１の太陽電池１０の第１ウェル領域１１と第２ウェル領域１２とが電気的に接続されている。
【００３７】
図５に示した半導体装置１の太陽電池列３０の電流経路は、「第１の太陽電池１０の不純物拡散領域１５」−「第１の太陽電池１０の第２ウェル領域１２」−「第１の太陽電池１０の第１ウェル領域１１」−「半導体基板１００」−「第２の太陽電池２０の第１ウェル領域２１」−「第２の太陽電池２０の第２ウェル領域２２」である。「第１の太陽電池１０の不純物拡散領域１５」と「第１の太陽電池１０の第２ウェル領域１２」間のｐｎ接合、「第１の太陽電池１０の第１ウェル領域１１」と「半導体基板１００」間のｐｎ接合、及び「第２の太陽電池２０の第１ウェル領域２１」と「第２の太陽電池２０の第２ウェル領域２２」間のｐｎ接合で、それぞれ電圧が発生する。したがって、図５に示した太陽電池列においては１．３Ｖ程度の電圧が発生する。なお、第１の太陽電池１０の不純物拡散領域１５が太陽電池列３０のマイナス側電極３１として使用され、第２の太陽電池２０の第２ウェル領域２２の接続領域２２１が太陽電池列３０のプラス側電極３２として使用される。なお、不純物拡散領域２５は形成を省略してもよい。
【００３８】
また、図６に示すように、半導体装置１を更に多層ウェル構造とすることで、より高い電圧を発生することができる。図６に示した半導体装置１では、第１の太陽電池１０及び第２の太陽電池２０は以下の構造を有する。即ち、ｐ型の半導体基板１００の上面の一部に形成された凹部に埋め込まれた、上面の一部に凹部が形成されたｎ型の第１ウェル領域１１、２１と、第１ウェル領域１１、２１の凹部に埋め込まれた、上面の一部に凹部が形成されたｐ型の第２ウェル領域１２、２２と、第２ウェル領域１２、２２の凹部に埋め込まれた、上面の一部に凹部が形成されたｎ型の第３ウェル領域１３、２３と、第３ウェル領域１３、２３の凹部に埋め込まれた、上面の一部に凹部が形成されたｐ型の第４ウェル領域１４、２４と、第４ウェル領域１４、２４の凹部に埋め込まれたｎ型の不純物拡散領域１５、２５とを備える。図６に示した例では、第１ウェル領域１１、２１は、半導体基板１００に埋め込まれた埋め込み領域１１１、２１１と、内側の第２ウェル領域１２、２２を取り囲むように埋め込み領域１１１、２１１上に配置された側壁領域１１２、２１２とから構成されている。また、第３ウェル領域１３、２３は、半導体基板１００に埋め込まれた埋め込み領域１３１、２３１と、内側の第４ウェル領域１４、２４を取り囲むように埋め込み領域１３１、２３１上に配置された側壁領域１３２、２３２とから構成されている。
【００３９】
図６に示したように多層ウェル構造では、第１の太陽電池１０及び第２の太陽電池２０において、複数の半導体領域のうちの隣接する導電型が互いに異なる一組の半導体領域が電気的に接続され、且つ、各組の半導体領域に含まれるいずれの半導体領域も他の隣接する半導体領域と電気的に接続されていない。
【００４０】
具体的には、第１の太陽電池１０では、第１ウェル領域１１と第２ウェル領域１２とが電気的に接続され、第３ウェル領域１３と第４ウェル領域１４の接続領域１４１とが電気的に接続されている。また、第２の太陽電池２０では、半導体基板１００と第１ウェル領域２１とが電気的に接続され、第２ウェル領域２２と第３ウェル領域２３とが電気的に接続されている。そして、第１の太陽電池１０の不純物拡散領域１５が太陽電池列３０のマイナス側電極３１として使用され、第２の太陽電池２０の第４ウェル領域２４の接続領域２４１が太陽電池列３０のプラス側電極３２として使用される。
【００４１】
図６に示した半導体装置１の太陽電池列３０の電流経路は、「第１の太陽電池１０の不純物拡散領域１５」−「第１の太陽電池１０の第４ウェル領域１４」−「第１の太陽電池１０の第３ウェル領域１３」−「第１の太陽電池１０の第２ウェル領域１２」−「第１の太陽電池１０の第１ウェル領域１１」−「半導体基板１００」−「第２の太陽電池２０の第１ウェル領域２１」−「第２の太陽電池２０の第２ウェル領域２２」−「第２の太陽電池２０の第３ウェル領域２３」−「第２の太陽電池２０の第４ウェル領域２４」である。
【００４２】
図６に示した太陽電池列３０では、「第１の太陽電池１０の不純物拡散領域１５」と「第１の太陽電池１０の第４ウェル領域１４」間のｐｎ接合、「第１の太陽電池１０の第３ウェル領域１３」と「第１の太陽電池１０の第２ウェル領域１２」間のｐｎ接合、「第１の太陽電池１０の第１ウェル領域１１」と「半導体基板１００」間のｐｎ接合、「第２の太陽電池２０の第１ウェル領域２１」と「第２の太陽電池２０の第２ウェル領域２２」間のｐｎ接合、及び「第２の太陽電池２０の第３ウェル領域２３」と「第２の太陽電池２０の第４ウェル領域２４」間のｐｎ接合で、それぞれ電圧が発生する。
【００４３】
なお、ここでは４重ウェル構造までの例を示したが、５重以上の多重にウェル構成を行い、トリプルウェル構造や４重ウェル構造と同様に、隣り合うｐ型の半導体領域とｎ型の半導体領域を1つ置きに接続することで、高電圧を発生させることが可能である。つまり、第１の太陽電池１０及び第２の太陽電池２０の一方或いは両方に、直列接続された複数のｐｎ接合を構成することによって、高電圧を発生させることができる。
【００４４】
なお、実施形態に係る太陽電池列３０のプラス電位を発生させる太陽電池とマイナス電位を発生させる太陽電池のそれぞれの面積は同一にする必要はなく、それぞれの駆動電流の能力に応じて面積を可変することができる。ｐ型の半導体基板１００を使う場合には、プラス電位を発生させる太陽電池をマイナス電位を発生させる太陽電池に対して２倍程度の面積とすることにより、マイナス電位を発生させる太陽電池と同程度の電流を、プラス電位を発生させる太陽電池で発生させることができる。
【００４５】
太陽電池列３０から電源が供給される半導体集積回路４０は、半導体基板１００上に形成したＳＯＩ構造の回路でもよい。また、半導体集積回路４０の回路ブロックごとに太陽電池を分散配置し、必要な回路の近くで太陽電池を配置することにより、長い電源配線を避けることができる。電源配線を短くすることによって、電圧降下やノイズの発生を避けることができる。
【００４６】
第１の太陽電池１０及び第２の太陽電池２０の表面は、光の入射を妨げないように、酸化シリコン（ＳｉＯ2）などの透明な絶縁膜で覆い、メタル配線層の被覆割合はなるべく低く抑えることが重要である。また、半導体装置１の窓付き封止パッケージへの封入やベアチップ状態での透明コーティング剤による保護膜での使用が前提となる。同時に、半導体集積回路４０の上層部には、配線として使用しないメタル層を配置し、不要な光入射を避ける工夫も重要である。
【００４７】
半導体装置１において、太陽電池列３０から半導体集積回路４０に所定の電源電圧を安定して供給するために、半導体基板１００内部或いは外部のキャパシタを接続することや、電圧制御回路を半導体基板１００上に形成することが可能である。図７に、半導体装置１にキャパシタＣを付加した例を示す。また、図８に、半導体装置１が電圧制御回路５０を含む例を示す。
【００４８】
半導体集積回路４０に所定の電源電圧Ｖａを安定して供給する電圧制御回路５０は、例えば、太陽電池列３０の発生する電源電圧Ｖを安定化させる電源電圧安定化回路や、電源電圧Ｖが高すぎる場合や低すぎる場合に応じて電源電圧Ｖを降圧する電源電圧降圧回路、又は電源電圧Ｖを昇圧する電源電圧昇圧回路などである。また、光の入射状況に応じて、太陽電池列３０の発生する電源電圧が所定の値になった時点で、半導体集積回路４０の他の集積回路に電源電圧の供給を開始する制御機能や、別途用意した蓄電キャパシタに電力を蓄える機能の搭載も可能である。これらの機能により、有効な光電力の利用を図ることができる。
【００４９】
また、例えば図９に示すような入力信号により変調された光を半導体装置１に入射させ、第１の太陽電池１０及び第２の太陽電池２０で電圧を発生させると同時に、入力信号を半導体集積回路４０に入力させることも可能である。図９で、動作光量Ｌ１が第１の太陽電池１０及び第２の太陽電池２０に所望の電源電圧を発生させる分の光量であり、信号光量Ｌ２が入力信号により変調された分の光量である。
【００５０】
例えば図１０に示すように、入力信号により変調された光Ｌが第１の太陽電池１０及び第２の太陽電池２０からなる太陽電池列３０に照射される。光Ｌからフィルタ５１によって信号光量Ｌ２が取り出され、変調回路５２に入力される。そして、変調回路５２で変調された信号Ｓが入力信号として半導体集積回路４０に入力される。一方、太陽電池列３０から出力された電源電圧Ｖは、電圧制御回路５０を介して半導体集積回路４０に供給される。
【００５１】
また、半導体装置１に照射される光の量を人間の手などで制御することによって、内部動作を変化させ、外部への出力も変化させることができる。例えば半導体装置１に照射される光を手で遮ることにより、半導体集積回路４０に入力する入力信号の状態を切り替えることができる。
【００５２】
上記のように半導体集積回路４０に入力された信号を演算処理し、半導体装置１内部の不揮発性メモリに蓄えることにより、データの蓄積・演算が可能となる。蓄積された内部データは、必要に応じて、電気信号で半導体装置１の外部に出力する手段のほか、無線機能による無線通信、半導体基板１００上に集積された発光ダイオードや外部接続の発光ダイオードによる光通信などで半導体装置１の外部に取り出すことが可能である。当然のことながら、半導体装置１に配置されたボンディングパッドによって外部と電気的に接続して、内部データを出力信号として利用することも可能である。
【００５３】
半導体集積回路４０の内部クロック発生器として、例えば奇数段のインバータチェインからなるリングオシレータを形成し、半導体集積回路４０に含まれるＭＰＵやメモリなどの集積回路に加えることにより、半導体集積回路４０単体で動作させることが可能となる。例えば図１１に示すような、インバータ６１〜６５からなる５段のインバータチェインからなり、内部クロック信号ＣＬＫを出力するリングオシレータを半導体集積回路４０に搭載する。
【００５４】
更に、半導体装置１に無線送信機能を搭載することにより、外部回路と通信し、半導体集積回路４０内で演算された、或いは蓄えられたデータを外部に読みだすことが可能となる。
【００５５】
以上に説明したように、本発明の実施形態に係る半導体装置１では、バルクＣＭＯＳプロセスで製造され、ｐｎ接合面積が広く効率的な発電が可能な太陽電池列を、半導体集積回路４０と同一半導体基板１００上に形成できる。第１の太陽電池１０と第２の太陽電池２０を直列接続することが可能であるため、ｐｎ接合の太陽電池の開放電圧を超える電圧を発生することができる。例えば、半導体集積回路の電源電圧として一般的な１．０Ｖ〜１．５Ｖ程度の電圧を発生することができる。
【００５６】
上記のように、本発明は実施形態によって記載したが、この開示の一部をなす論述及び図面はこの発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施形態、実施例及び運用技術が明らかとなろう。
【００５７】
例えば、上記では第１導電型がｐ型、第２導電型がｎ型である場合について説明したが、第１導電型がｎ型、第２導電型がｐ型である場合についても同様の効果が得られる。例えば、上記の説明ではｐ型の半導体基板１００を採用した例を示したが、ｎ型の半導体基板１００を採用した場合も、第１の太陽電池１０及び第２の太陽電池２０に含まれる半導体領域の導電型を逆にし、出力電圧も逆にすることで、ｐ型の半導体基板１００を採用した場合と同様に考えることができる。
【００５８】
このように、本発明はここでは記載していない様々な実施形態等を含むことは勿論である。したがって、本発明の技術的範囲は上記の説明から妥当な特許請求の範囲に係る発明特定事項によってのみ定められるものである。
【符号の説明】
【００５９】
１…半導体装置
１０…第１の太陽電池
２０…第２の太陽電池
１１、２１…第１ウェル領域
１２、２２…第２ウェル領域
１３、２３…第３ウェル領域
１４、２４…第４ウェル領域
１５、２５…不純物拡散領域
３０…太陽電池列
３１…マイナス側電極
３２…プラス側電極
４０…半導体集積回路
５０…電圧制御回路
５１…フィルタ
５２…変調回路
６１〜６５…インバータ
１００…半導体基板
１１１…埋め込み領域
１１２…側壁領域
４００…ＣＭＯＳトランジスタ回路
４０１…ｐＭＯＳトランジスタ
４０２…ｎＭＯＳトランジスタ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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