(57)【要約】  受光又は発光機能を有するロッド形半導体デバイスは、ｐ形又はｎ形の半導体結晶からなるロッド形の基材と、この基材の表層部のうちの基材の軸心と平行な帯状部分を除く部分に形成され且つ前記基材の導電形と異なる導電形の別導電層と、前記基材と別導電層とで形成されたｐｎ接合と、前記基材の前記帯状部分の表面に形成されて前記基材にオーミック接続された帯状の第１電極と、前記基材の軸心を挟んで第１電極と反対側に形成されて前記別導電層にオーミック接続された帯状の第２電極とを備えている。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
受光又は発光機能を有するロッド形半導体デバイスであって、
ｐ形又はｎ形の断面円形又はほぼ円形の半導体結晶からなるロッド形の基材と、
この基材の表層部のうちの基材の軸心と平行な帯状部分以外の部分に形成され且つ前記基材の導電形と異なる導電形の別導電層と、
前記基材と別導電層とで形成されたほぼ円筒形のｐｎ接合と、
前記基材の前記帯状部分の表面にオーミック接続された帯状の第１電極と、
前記基材の軸心を挟んで第１電極と反対側において前記別導電層の表面にオーミック接続された帯状の第２電極と、
を備えたことを特徴とするロッド形半導体デバイス。
【請求項２】
前記基材の帯状の頂部を除去して帯状の平坦面が形成され、この平坦面に前記帯状部分が形成されたことを特徴とする請求項１に記載のロッド形半導体デバイス。
【請求項３】
前記基材と別導電層の表面のうち第１，第２電極以外の部分に、反射防止膜が形成されたことを特徴とする請求項１又は２に記載のロッド形半導体デバイス。
【請求項４】
前記基材はｐ形Ｓｉ単結晶又は多結晶で構成され、前記別導電層はＰ又はＳｂ又はＡｓを含むｎ形導電層で構成されたことを特徴とする請求項１又は２に記載のロッド形半導体デバイス。
【請求項５】
前記基材はｎ形Ｓｉ単結晶又は多結晶で構成され、前記別導電層はＢ又はＧａ又はＡｌａを含むｐ形導電層で構成されたことを特徴とする請求項１又は２に記載のロッド形半導体デバイス。
【請求項６】
光を受光して発電する受光用のデバイスに構成されたことを特徴とする請求項４に記載のロッド形半導体デバイス。
【請求項７】
前記基材はｎ形のＧａＰ単結晶又はＧａＡｓ単結晶で構成され、前記別導電層はＺｎを熱拡散させたｎ形拡散層で構成され、発光ダイオードに構成されたことを特徴とする請求項１又は２に記載のロッド形半導体デバイス。
【請求項８】
前記基材はｎ形のＧａＡｓ単結晶で構成され、前記別導電層はｐ形のＧａＡｓを拡散又は成膜又はイオン注入することにより形成され、発光ダイオードに構成されたたことを特徴とする請求項１又は２に記載のロッド形半導体デバイス。
【請求項９】
前記基材はｎ形のＳｉＣ単結晶で構成され、前記別導電層はｐ形のＧａＮ又はＧａＩｎＰを成膜することにより形成され、発光ダイオードに構成されたたことを特徴とする請求項１又は２に記載のロッド形半導体デバイス。
【請求項１０】
前記ｐｎ接合の面積が前記基材の軸心と直交する断面の断面積よりも大きく設定されたことを特徴とする請求項１又は２に記載のロッド形半導体デバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ロッド形半導体デバイスに関し、特にロッド状の半導体結晶を用いて構成した受光又は発光機能のある半導体デバイスに関する。
【背景技術】
【０００２】
本願発明者は、米国特許第６，２０４，５４５号において、球状の半導体結晶の表面近傍部にほぼ球状のｐｎ接合を形成し、球状結晶の中心を挟んで対向する両端部にドット状の正負の電極を形成した球状半導体素子であって、受光又は発光機能のある球状半導体素子を提案した。この半導体素子においては、１対の電極を結ぶ軸線の方向以外の方向に対しては、光学的な対称性を有し、種々の方向の光を３次元的に受光したり、種々の方向へ光を３次元的に出射できるという特長を有する。【０００３】
本願発明者は、国際公開ＷＯ０３／０１７３８２号公報において、上記の半導体素子とほぼ同様の半導体素子であるが、球状の半導体結晶の頂部の一部を除去した平坦面に一方の電極を形成し、この一方の電極に対して半導体結晶の中心を挟んで反対側に他方の電極を形成したほぼ球状の半導体素子を提案した。
上記のような球状半導体素子を多数行多数列のマトリックス状に平面的に並べて、各列の複数の半導体素子を直列接続すると共に、各行の複数の半導体素子を並列接続することで、受光又は発光用モジュールが得られる。このモジュールの受光面積又は発光面積を大きくする程、半導体素子を電気的に接続する接続個所の数が増大する。【０００４】
本願発明者は、国際公開ＷＯ０２／３５６１２号公報において、上記の半導体素子とほぼ同様の半導体素子であるが、球状の半導体結晶の中心を挟んだ両端部を除去して１対の平坦面を形成し、半導体結晶の一方の平坦面を含む表面近傍部にｐｎ接合を形成し、その一方の平坦面と他方の平坦面とに正負の電極を形成した半導体素子を提案した。
更に、この国際公開ＷＯ０２／３５６１２号公報において、円柱状の半導体結晶に、軸心と直交する１対の端面を形成し、一方の端面を含む半導体結晶の表面近傍部にｐｎ接合を形成し、両端面に正負の電極を形成した受光又は発光機能のあるロッド形半導体素子を提案した。このロッド形半導体素子においては、１対の電極を結ぶ軸線の方向以外の方向に対しては、光学的な対称性を有し、種々の方向の光を３次元的に受光したり、種々の方向へ光を３次元的に出射できるという特長を有する。【０００５】
米国特許第３，９８４，２５６号公報に記載の光起電力アレイにおいては、直径が０．００１〜０．０１０インチのｐ形シリコン半導体からなるフィラメントの表面部にｎ形拡散層が形成され、このフィラメントが複数平行に且つ平面的に並べられ、これらフィラメントの上面側に直交状に複数のＰ接続線材とＮ接続線材とが交互に配置され、Ｐ接続線材が複数のフィラメントのｐ形シリコン半導体の露出部にオーミック接続され、Ｎ接続線材が複数のフィラメントのｎ形拡散層にオーミック接続され、複数のＰ接続線材がＰバスに接続され、複数のＮ接続線材がＮバスに接続されている。複数のＰバス及びＮバスとメッシュを構成するように強度に優れる絶縁性ファイバーが織り込まれ、フレキシブルな太陽電池ブランケットであって、上面からの入射光を受光して発電する太陽電池ブランケットが構成されている。【０００６】
米国特許第５，４３７，７３６号公報に記載の半導体ファイバー太陽電池及びモジュールにおいては、絶縁性のファイバーの表面にモリブデンの導電層が形成され、この導電層の表面の約３／５周部分に、光起電力機能のあるｐ形とｎ形の２層の薄膜半導体層及びＺｎＯの導電層が形成され、これら半導体ファイバー太陽電池が複数平行に且つ平面的に並べられ、その裏面側に金属皮膜を形成後、その金属皮膜を所定のパターンで部分的に除去することにより、複数の半導体ファイバー太陽電池を直列接続したりする接続回路が形成されている。【０００７】
【特許文献１】米国特許第６，２０４，５４５号公報
【特許文献２】国際公開ＷＯ０３／０１７３８２号公報
【特許文献３】国際公開ＷＯ０２／３５６１２号公報
【特許文献４】米国特許第３，９８４，２５６号公報
【特許文献５】米国特許第５，４３７，７３６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
球状半導体素子、又は、一部に平坦面を形成したほぼ球状の半導体素子、又は、１対の平坦面を形成したほぼ球状の半導体素子を用いて、太陽電池パネルを製作する場合には、半導体素子を電気的に接続する接続個所の数が多くなり、半導体素子を電気的に接続する導電接続機構の構造が複雑化し、その製造コストが高くなる。【０００９】
前記のロッド形半導体素子も粒状のものであるため、太陽電池パネルを製作する場合には、半導体素子を電気的に接続する接続個所の数が多くなり、半導体素子を電気的に接続する導電接続機構の構造が複雑化し、その製造コストが高くなる。
しかも、このロッド形半導体素子では、１対の電極が両方の軸心直交端面に形成されるため、そのロッド形半導体素子の長さを大きく形成すると、正負の電極間の距離が大きくなり、正負の電極間の電気抵抗が増大する。そのため、このロッド形半導体素子はその直径の複数倍もの長さの半導体素子を製作するのに適するものではない。【００１０】
米国特許第３，９８４，２５６号公報の記載の光起電力アレイは、ほぼ水平姿勢に設置される太陽電池パネルなどのように光を上面側から入射させる構成であるから、パネルの両面側から入射する光を受光できない。このことは、米国特許第５，４３７，７３６号公報の半導体ファイバー太陽電池においても同様である。
特に、窓ガラス等に組み込まれる太陽電池パネルでは、その両面側から入射する光を受光できることが望ましい。他方、発光機能のある半導体素子で発光パネルを構成する場合には、パネルの両面側へ光を出射できることが望ましい。【００１１】
本発明の目的は、受光又は発光機能を有し且つ電極間距離を増大させることなく受光面積を大きくすることのできるロッド形半導体素子を提供すること、長さ／直径の値が大きく且つ複数の半導体素子をパネル化する場合の電気的接続部の数を少なくできるロッド形半導体素子を提供すること、転がりにくいロッド形半導体素子を提供すること、電極の極性を識別しやすいロッド形半導体素子を提供すること、などである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明のロッド形半導体デバイスは、受光又は発光機能を有するロッド形半導体デバイスであって、ｐ形又はｎ形の断面円形又はほぼ円形の半導体結晶からなるロッド形の基材と、この基材の表層部のうちの基材の軸心と平行な帯状部分以外の部分に形成され且つ前記基材の導電形と異なる導電形の別導電層と、前記基材と別導電層とで形成されたほぼ円筒形のｐｎ接合と、前記基材の前記帯状部分の表面にオーミック接続された帯状の第１電極と、前記基材の軸心を挟んで第１電極と反対側において前記別導電層にオーミック接続された帯状の第２電極とを備えたことを特徴とするものである。尚、前記別導電層は、拡散又は成膜又はイオン注入により形成される。【００１３】
このロッド形半導体デバイスが受光機能を有する場合、太陽光を受光すると、ｐｎ接合により所定の電圧の光起電力を発生し、第１，第２電極間に出力する。第１，第２電極を含む平面に対して受光の対称性を有するため、その平面の両面側から入射する光を受光して発電する。多数のロッド形半導体デバイスをパネル状に配置して出力を取り出す回路を形成すれば、太陽電池パネル（太陽電池モジュール）となる。【００１４】
このロッド形半導体デバイスが発光機能を有する場合、第１，第２電極間に所定の電圧を印加すると、ｐｎ接合からｐｎ接合のバンドギャップエネルギーに対応する光を発光する。多数のロッド形半導体デバイスをパネル状に配置して電圧を印加する回路を形成すれば、発光パネル（発光モジュール）となる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明に係るロッド形半導体デバイスによれば、ロッド形の基材の帯状部分と別導電層の表面に接続された帯状の第１，第２電極を設けるため、基材の長さ／直径の値を大きくしても、第１，第２電極間の距離を基材の直径以下の小さな値に維持して第１，第２電極間の電気抵抗を小さな値に維持することができるため、ｐｎ接合における発電性能又は発光性能を高く維持することができる。【００１６】
その結果、受光用又は発光用パネルを構成する場合に、基材の長さ／直径の値を大きくすることで、半導体デバイスの受光面積を大きくすることにより、半導体デバイスに結線する為の電気的接続部の数を少なくし、パネルの信頼性を高め、製造コストを低減することが可能になる。しかも、第１，第２電極を含む平面に対して、受光又は発光の対称性があるので、パネルの両面側から受光可能な受光用パネル又はパネルの両面側へ発光可能な発光用パネルを構成することが可能となる。【００１７】
本発明の従属請求項の構成として、次のような種々の構成を採用してもよい。
（１）前記基材の帯状の頂部を除去して帯状の平坦面が形成され、この平坦面に前記帯状部分が形成される。これにより、転がりにくいロッド形半導体素子となるうえ、第１，第２電極の極性を簡単に識別可能になる。
（２）前記基材と別導電層の表面のうち第１，第２電極以外の部分に、反射防止膜が形成される。
（３）前記基材はｐ形Ｓｉ単結晶又は多結晶で構成され、前記別導電層はＰ又はＳｂ又はＡｓを含むｎ形導電層で構成された。【００１８】
（４）前記基材はｎ形Ｓｉ単結晶又は多結晶で構成され、前記別導電層はＢ又はＧａ又はＡｌを含むｐ形導電層で構成された。
（５）光を受光して発電する受光用のデバイスに構成された。
（６）前記基材はｎ形のＧａＰ単結晶又はＧａＡｓ単結晶で構成され、前記別導電層はＺｎを熱拡散させたｎ形拡散層で構成され、発光ダイオードに構成された。
（７）前記基材はｎ形のＧａＡｓ単結晶で構成され、前記別導電層はｐ形のＧａＡｓａ  拡散又は成膜又はイオン注入することにより形成され、発光ダイオードに構成された。
（８）前記基材はｎ形のＳｉＣ単結晶で構成され、前記別導電層はp 形のＧａＮ又はＧａＩｎＰ又はＰ成膜することにより形成され、発光ダイオードに構成された。
（９）前記ｐｎ接合の面積が前記基材の軸心と直交する断面の断面積よりも大きく設定された。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の実施例１に係るシリコン単結晶体の断面図である。
【図２】図１のII−II線断面図である。
【図３】平坦面が形成された連続基材の断面図である。
【図４】図３のIV−IV線断面図である。
【図５】熱酸化膜が形成された連続基材の断面図である。
【図６】図５のVI−VI線断面図である。
【図７】拡散マスクが形成された連続基材の断面図である。
【図８】図７のVIII−VIII線断面図である。
【図９】拡散層とｐｎ接合が形成された連続基材の断面図である。
【図１０】図９のＸ−Ｘ線断面図である。
【図１１】拡散層とｐｎ接合が形成された基材の断面図である。
【図１２】図１１のXII −XII 線断面図である。
【図１３】拡散層とｐｎ接合と反射防止膜が形成された基材の断面図である。
【図１４】図１３のXIV −XIV 線断面図である。
【図１５】拡散層とｐｎ接合と反射防止膜と電極材が設けられた基材の断面図である。
【図１６】図１５のXVI −XVI 線断面図である。
【図１７】半導体デバイス（太陽電池セル）の断面図である。
【図１８】図１７のXVIII −XVIII 線断面図である。
【図１９】半導体デバイス（太陽電池セル）の斜視図である。
【図２０】実施例２に係る発光用半導体デバイスの断面図である。
【図２１】図２０のXXI −XXI 線断面図である。
【図２２】実施例３に係る太陽電池モジュールの断面図である。
【図２３】図２２のXXIII −XXIII 線断面図である。
【図２４】図２２の太陽電池モジュールの等価回路図である。
【図２５】実施例４の太陽電池モジュールの断面図である。
【図２６】図２４のXXV −XXV 線断面図である。
【図２７】図２５の太陽電池モジュールの等価回路図である。
【符号の説明】
【００２０】
１          シリコン単結晶体
２，２Ｂ    平坦面
３Ａ，３Ｂ  基材
５，５Ｂ    拡散層
６，６Ｂ    ｐｎ接合
８          反射防止膜
８Ｂ        パッシベーション用皮膜
９Ａ        正電極
９Ｂ        負電極
１０Ａ      負電極
１０Ｂ      正電極
２０        受光用半導体デバイス（太陽電池セル）
２０Ｂ      発光用半導体デバイス（発光ダイオード）
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
本発明に係る受光又は発光機能を有するロッド形半導体デバイスは、ｐ形又はｎ形の半導体結晶からなるロッド形の基材と、この基材の表層部のうちの基材の軸心と平行な帯状部分を除く部分に形成され且つ前記基材の導電形と異なる導電形の別導電層と、前記基材と別導電層とで形成されたｐｎ接合と、前記基材の前記帯状部分の表面に形成されて前記基材にオーミック接続された帯状の第１電極と、前記基材の軸心を挟んで第１電極と反対側に形成されて前記別導電層にオーミック接続された帯状の第２電極とを備えている。
【実施例１】
【００２２】
以下、本発明の実施例について図面を参照しながら説明する。
本発明に係るロッド形半導体デバイス２０（図１７、図１８参照）は、受光機能を有するロッド形の半導体デバイス（太陽電池セル）である。このロッド形半導体デバイス２０の製造方法について説明しながら、その構造について説明する。
図１，図２に示すように、最初に、小径の線材のようなロッド形のシリコン単結晶体１を製作する。このシリコン単結晶体１の直径は、例えば２．０ｍｍ程度で、シリコン単結晶体１の長さが６０〜３００ｍｍである。このシリコン単結晶体１を製作する場合、溶融状態のシリコンをグラファイト製又は石英製のルツボの底部の小径の孔から引き出す方法で製作する。この引き出し開始時に、シリコン単結晶の小片を種結晶とすることで、その種結晶に連なる小径ロッド形のシリコン単結晶体１を製作する。このようなロッド形の単結晶体１の製作方法は、文献Ｊｐｎ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｖｏｌ．３５（１９９６）ｐｐ．Ｌ７９３〜７９５などに記載されている。【００２３】
次に、図３、図４に示すように、上記のシリコン単結晶体１を研磨機と適当な研磨材を用いて研磨加工することにより、軸心直交断面が真円の直径１．８ｍｍのロッド形シリコン単結晶体にすると共に、円周方向の１個所の帯状部分を研磨により除去することで、全長に亘る帯状の例えば幅０．６ｍｍの平坦面２を形成する。こうして、ｐ形シリコン単結晶からなるロッド形の連続基材３を製作する。この平坦面２は、後の工程において位置決めの基準面として、また、連続基材３の転がりを防止する面として活用され、更に、後述の正負の電極９Ａ，１０Ａの極性を識別するために活用される。【００２４】
次に、上記の連続基材３を公知の技法により、酸素を含むガス中で加熱処理して、連続基材３の表面全体に、図５、図６に示すような熱酸化膜４を形成する。この熱酸化膜４の一部は、後の拡散工程においてｎ形不純物を熱拡散する際の拡散マスク４ａとして活用する。【００２５】
次に、連続基材３の平坦面２とその両側近傍部の熱酸化膜４の部分をワックス等で覆った状態にし、ワックス等で覆っていない熱酸化膜４の部分を公知の技法によりフッ酸水溶液を用いてエッチング処理することで除去し、図７、図８に示すような帯状の拡散マスク４ａを形成する。次に、拡散工程において、図９、図１０に示すように、連続基材３の表層部のうち上記の拡散マスク４ａでマスクした帯状部分以外の部分に、ｎ形不純物であるリン（Ｐ）又は砒素（Ａｓ）又はアンチモン（Ｓｂ）を熱拡散して０．５〜１．０μｍの厚さのｎ形拡散層５（これが、基材の導電形と異なる導電形の別導電層に相当する）を形成し、ほぼ円筒形のｐｎ接合６を形成する。【００２６】
このｐｎ接合６は、連続基材３の軸心３ａを中心とする円筒から平坦面２とその両側近傍部分を除いた円筒に近い部分円筒（Ｃ形断面の部分円筒）の形状である。上記のリンの拡散の過程中に形成されたリンを含むシリコン酸化膜７は、リンの熱拡散中に銅、鉄、金などの不純物（これらは、キャリアのライフタイムを下げる）をゲッターするが、吸湿性があるため一旦公知のエッチング液によりエッチング処理することにより完全に除去する。このとき、拡散マスク４ａも除去する。【００２７】
次に、図１１、図１２に示すように、ｎ形拡散層５及びｐｎ接合６が形成されたロッド形の連続基材３をワイヤソーなどの切断装置を用いて、約５ｍｍの長さの短柱体に切断して分割されたロッド形の基材３Ａであってｎ形拡散層５とｐｎ接合６が形成されたロッド形の基材３Ａとし、この基材３Ａに対して、反射防止膜８と正負の電極９Ａ，１０Ａとを次のようにして設ける。まず、図１３、図１４に示すように、ロッド形基材３Ａの全表面に、外部から入射する光の反射を防止する反射防止膜８であって、シリコン表面のパッシベーション膜としてのシリコン酸化皮膜又はシリコン窒化皮膜からなる反射防止膜８を公知の熱酸化法により形成する。【００２８】
次に、図１５、図１６に示すように、基材３Ａの平坦面２の中央部の表面に、銀を含むペーストからなる正電極材９を幅約０．４ｍｍの帯状に印刷すると共に、ｎ形拡散層５のの表面のうちの基材３Ａの軸心３ａを挟んだ正電極材９と反対側の頂部部分に、アルミニウムを含む導電性ペーストからなる負電極材１０を幅約０．４ｍｍの帯状に印刷する。
次に、正電極材９と負電極材１０を乾燥後、それらを不活性ガス中で焼成することによって、正電極材９と負電極材１０が反射防止膜８を夫々貫通して、正電極材９でもって基材３ＡのＳｉ単結晶に電気的にオーミック接続された正電極９Ａを形成し、負電極材１０でもってｎ形拡散層５に電気的にオーミック接続された負電極１０Ａを形成する。こうして、ロッド形（ほぼ円柱形）の半導体デバイス２０（太陽電池セル）が得られる（図１７、図１８参照）。この半導体デバイス２においては、ｐｎ接合６の面積が、基材３Ａの軸心３ａと直交する断面の断面積よりも格段に大きく設定されている。【００２９】
図１９は、上記の半導体デバイス２０を上方から視た斜視図である。ｐｎ接合６が基材３Ａのほぼ円筒状の表面の近傍部に平行に形成され、ｎ形拡散層５の幅方向中心部に負電極１０Ａがオーミック接続され、基材３Ａの軸心３ａに対し負電極１０Ａと反対側に位置し且つ平坦面２の幅方向中央部に位置する正電極９Ａが基材３Ａのｐ形シリコン単結晶にオーミック接続され、正電極９Ａと負電極１０Ａはｐｎ接合６の両端に接続されている。【００３０】
従って、半導体デバイス２０の表面のうち、正電極９Ａと負電極１０Ａを除く領域に入射した太陽光１１が基材３Ａを構成するシリコン単結晶で吸収されると、キャリア（電子と正孔）が発生し、ｐｎ接合６によって電子と正孔が分離されて、正電極９Ａと負電極１０Ａ間に約０．５〜０．６Ｖ程度の光起電力が発生する。【００３１】
この半導体デバイス２０がほぼ円柱に近いロッド形状を有し、正負の電極９Ａ，１０Ａが基材３Ａの軸心３ａの両側において、正電極９Ａが平坦面２のｐ形面の中心に位置し、負電極１０Ａが拡散層５のｎ形面の中心に位置している。そのため、正負の電極９Ａ，１０Ａを結ぶ平面に対して受光の対称性があり、その平面の両側から太陽光を広い指向性と、高い受光感度で吸収することができる。入射光の方向が変化しても、受光感度が低下することがない。【００３２】
図１９に示すように、基材３Ａの軸心３ａと直交する任意の平面上において、受光された太陽光によりシリコン単結晶からなる基材３Ａで発生したキャリアは、例えば、周方向に異なる位置Ａ，Ｂ，Ｃについて、正負の電極９Ａ，１０Ａに至る距離の和はほぼ等しく、（ａ＋ｂ）≒（ａ’＋ｂ’）≒（ａ”＋ｂ”）のようになるので、光電流の分布は、基材３Ａの軸心３ａに対して均一になり、偏りによる抵抗損を低減することができる。尚、ｐｎ接合６の表面は、周面および軸心３ａと直交する端面において絶縁性のシリコン酸化皮膜８により被覆保護されている。【００３３】
しかも、この半導体デバイス２０によれば、ロッド形の基材３Ａの表面に軸心３ａを挟んで対向するように帯状の正負の電極９Ａ，１０Ａを設けたので、基材３Ａの長さ／直径の値を大きくしても、正負の電極９Ａ，１０Ａ間の距離を基材３Ａの直径以下の小さな値に維持することができるので、正負の電極９Ａ，１０Ａ間の電気抵抗を小さな値に維持できるため、ｐｎ接合６における光電変換性能を高く維持することができる。【００３４】
その結果、基材３Ａの長さ／直径の値を大きくすることにより、多数の半導体デバイス２０を用いて太陽電池パネル（又は、太陽電池モジュール）を構成する場合に、電気的接続部の数を少なくし、太陽電池パネルの信頼性を高め、製造コストを低減できる。しかも、正負の電極９Ａ，１０Ａを含む平面に対して、受光の対称性を有するため、パネルの両面側から受光可能な太陽電池パネルを構成することが可能となる。【００３５】
基材３Ａに平坦面２を形成したので、半導体デバイス２０の製作途中等においてその平坦面２を基準面とすることができ、平坦面２により連続基材３や基材３Ａが転がるのを防止することができ、平坦面２を介して正負の電極９Ａ，１０Ａを自動組立て装置センサ等により簡単に識別することができる。そして、半導体デバイス２０の表面に反射防止膜８を形成したので、入射光の反射を抑制して受光効率を高めることができ、パッシベーション膜としても機能する反射防止膜８により半導体デバイス２０の表面を保護し、耐久性を確保することができる。【００３６】
以上の実施例を部分的に変更する例について説明する。
１）前記実施例の基材３Ａの直径は１．８ｍｍであったが、これに限定されるものではなく、基材３Ａの直径は０．５ｍｍ以上の任意の大きさでよいが、シリコン単結晶材料を節約するために１．０〜２．０ｍｍの大きさにすることが望ましい。
また、前記実施例の基材３Ａの長さは５．０ｍｍであったが、これに限定されるものではなく、基材３Ａの長さは基材３Ａの直径の約２〜２０倍程度の大きさにしてもよい。
但し、ｐｎ接合６の面積を基材３Ａの軸心直交断面の断面積よりも大きく設定する。【００３７】
２）前記実施例の平坦面２の幅は０．６ｍｍであったが、これに限定されるものではなく、平坦面２の幅を０．４〜０．６ｍｍ程度に設定してもよい。ここで、基材３Ａに形成した平坦面２は必須のものではなく、省略してもよい。但し、その場合、正電極９Ａは負電極１０Ａと同様の構造となり、正負の電極９Ａ，１０Ａが軸心３ａを挟んで対称に位置することになる。【００３８】
３）本実施例では、半導体デバイス２０（太陽電池セル）の基材３Ａをｐ形のＳｉ単結晶で構成したが、ｐ形のＳｉ多結晶で構成してもよい。基材３Ａと協働してｐｎ接合６を形成する為の別導電層はＰ又はＳｂ又はＡｓを含むｎ形導電層で構成してもよい。このｎ形導電層は、熱拡散、又はＣＶＤによる成膜、又はイオン注入により形成してもよい。【００３９】
さらに、基材  をｎ形Ｓｉ単結晶又はＳｉ多結晶で構成してもよい。基材３Ａと協働してｐｎ接合６を形成する為の別導電層はｐ形不純物であるＧａ、Ｂ、Ａｌを含むｐ形導電層で構成してもよい。このｐ形導電層は、熱拡散、又はＣＶＤによる成膜、又はイオン注入により形成してもよい。尚、前記基材３Ａを、Ｓｉ以外の半導体、Ｇｅ、ＧａＳｂ、ＧａＡｓ、ＩｎＰ、ＳｉＣのうちの何れかの単結晶、又はこれらを含む多元化合物半導体で構成してもよい。
【実施例２】
【００４０】
この実施例２に係る半導体デバイス２０Ｂは、発光機能のある発光ダイオードである。  図２０、図２１に示すように、この半導体デバイス２０Ｂは、基材３Ｂと、平坦面２Ｂと、拡散層５Ｂと、ｐｎ接合６Ｂと、負電極９Ｂと、正電極１０Ｂと、パッシベーション用皮膜８Ｂとを備えており、前記実施例の半導体デバイス２０と同様の構造に構成されている。基材３Ｂは、ｎ形ＧａＰ（リン化ガリウム）の単結晶又は多結晶で構成され、例えば、直径は０．５ｍｍ、長さは約５．０ｍｍである。但し、直径は０．５〜１．０ｍｍ程度であればよく、長さも５．０ｍｍに限定される訳ではない。【００４１】
基材３Ｂに前記拡散マスク４ａと同様の、シリコン窒化膜（Ｓｉ3 Ｎ4 ）からなる拡散マスクでマスクした状態で、基材３Ｂの表層部に亜鉛（Ｚｎ）を熱拡散させることにより、前記拡散層５と同様に、ｐ形拡散層５Ｂを形成すると共に、ほぼ円筒形（円筒に近い部分円筒形）のｐｎ接合６Ｂを形成する。このｐｎ接合６Ｂの面積は基材３Ｂの軸心  と直交する断面の断面積よりも大きく設定する。【００４２】
前記反射防止膜８と同様に、例えばＴｉＯ2 からなるパッシベーション用皮膜８Ｂが正負の電極１０Ｂ，９Ｂを除く全表面に形成され、前記実施例の正負の電極９Ａ，１０Ａと同様に、正負の電極１０Ｂ，９Ｂが設けられ、負電極９Ｂは、平坦面２Ｂの幅方向中央部に位置して基材３Ｂのｎ形ＧａＰに電気的にオーミック接続され、正電極１０Ｂは、基材３Ｂの軸心３ｂを挟んで負電極９Ｂと反対側に設けられてｐ形の拡散層５Ｂに電気的にオーミック接続されている。【００４３】
この発光用半導体デバイス２０Ｂ（発光ダイオード）においては、正電極１０Ｂから負電極９Ｂに向かって順方向電流を流すと、赤色光がｐｎ接合６Ｂから半径方向へほぼ同強度で放射する。前記半導体デバイス２０と同様に、正負の電極１０Ｂ，９Ｂを含む平面に対して発光の対称性があり、発生した赤色光は半径方向へ等しい発光強度で、また、広い指向性をもって放射することになる。ｐｎ接合  が円筒形に近い部分円筒形であるため、発生した赤色光は半導体素子２０Ｂの表面を垂直に通過して外部へ放射する。そのため、光の内部反射損失が少なくなり、発光効率が向上する。そして、正負の電極１０Ｂ，９Ｂ間の距離を基材３Ｂの直径以下の大きさに維持できるため、電極１０Ｂ，９Ｂ間の電気抵抗を低く維持し、高い発光性能を発揮することができる。【００４４】
前記半導体デバイス２０Ｂを部分的に変更する例について説明する。
前記基材３Ｂを公知の種々の半導体材料（例えば、ＧａＡｓ、ＳｉＣ、ＧａＮ、ＩｎＰなど）を用いて構成し、種々の光線を放射するように構成することも可能である。
前記基材３Ｂと協働してｐｎ接合６Ｂを形成する基材３Ｂと異なる導電形の別導電層は、不純物の熱拡散、又はＣＶＤによる成膜、又はイオン注入により形成してもよい。【００４５】
例えば、基材３Ｂをｎ形ＧａＡｓ単結晶で構成し、前記別導電層をＺｎを熱拡散させた拡散層で構成して発光ダイオードに構成してもよい。
また、基材３Ｂをｎ形ＧａＡｓ単結晶で構成し、前記別導電層をp 形のＧａＡｓを熱拡散、又はＣＶＤによる成膜、又はイオン注入することにより形成し、発光ダイオードに構成してもよい。また、基材３Ｂをｎ形のＳｉＣ単結晶で構成し、前記別導電層はＰ形のＧａＮ又はＧａＩｎＰを成膜することにより形成し、発光ダイオードに構成してもよい。
【実施例３】
【００４６】
図２２、図２３は、前記の複数の半導体デバイス２０（太陽電池セル）を導電方向を列方向に揃えた状態で平面的に並べて直列接続した直列型太陽電池モジュール３０を示す。隣接する正負の電極９Ａ，１０Ａは、Ｓｉ単結晶の熱膨張係数と近似する熱膨張係数を有する鉄・ニッケル合金製の薄板バー３１を介して合金化により電気的に接続される。
例えば、薄板バー３１における、正電極９Ａに接合される面には２％のＳｉを含むアルミニウム箔、負電極１０Ａに接合される面には１％のアンチモンを含む銀箔を介在させることにより正負の電極９Ａ，１０Ａを合金化することができる。【００４７】
この直列型太陽電池モジュール３０では、直列接続される太陽電池セルの数を増すことにより出力電圧を大きくすることができる。表面側からの太陽光と、裏面がわからの太陽光を高い受光感度で受光可能である。この太陽電池モジュール３０の等価回路３０Ａは図２４に示すように、半導体デバイス２０（太陽電池セル）に相当する受光ダイオード２０Ａを複数直列接続した回路である。
【実施例４】
【００４８】
図２５、図２６は、前記の複数の半導体デバイス２０（太陽電池セル）を複数行複数列のマトリックス状に且つ導電方向を列方向に揃えた状態で平面的に並べて直列且つ並列接続した直並列型太陽電池モジュール４０を示す。各行の複数の太陽電池セル２０の正電極９Ａと隣接する行の複数の太陽電池セル２０の負電極１０Ａは、連続する薄板バー４１を介して合金化により電気的に接続される。【００４９】
この太陽電池モジュール４０における、各列の複数の太陽電池セル２０は複数の薄板バー４１を介して直列接続され、各行の複数の太陽電池セル２０はその両側の１対の薄板バー４１を介して並列接続されている。この薄板バー４１は前記の薄板バー３１と同様のものであり、前記と同様の合金化により正負の電極９Ａ，１０Ａに接合する。【００５０】
この太陽電池モジュール４０の一端側の行と他端側の行の太陽電池セル２０の正負の電極９Ａ，１０Ａにも、外部の出力導線に電気的に接続するための薄板バー４１が接合されている。この太陽電池モジュール４０の等価回路４０Ａは、図２７に示すように、太陽電池セル２０に相当する受光ダイオード２０Ａを複数行複数列のマトリックス状に配置し、直列且つ並列接続したものである。行方向の太陽電池セル２０の数に応じた出力電流が発生し、列方向の太陽電池セル２０の数に応じた電圧の出力が発生する。【００５１】
この太陽電池モジュール４０においては、複数行複数の太陽電池セル２０が知育列且つ並列接続されているため、一部の太陽電池セル２０が故障、断線、日陰などにより発電機能を停止しても、その機能停止した太陽電池セル２０を迂回する迂回回路を通って光電流が流れるため、正常な太陽電池セル２０の発電機能が損なわれることがない。太陽電池モジュール４０は両面側から受光可能であるので、例えば、道路の遮音壁に組み込む太陽電池パネル、又はフエンス状の太陽電池パネルとして構成するのに好適である。
【産業上の利用分野】
【００５２】
このロッド形半導体デバイスが太陽電池セルである場合には、多数の半導体デバイスでもって太陽電池パネルを構成することができ、ロッド形半導体デバイスが発光機能を有する場合には、単体の発光ダイオード又は複数の半導体デバイスからなる発光パネルとして活用することができる。
【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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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【国際調査報告】
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