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WO2002035613A1 - Module a semi-conducteur emetteur ou recepteur de lumiere et procede de fabrication dudit module - Google Patents

Module a semi-conducteur emetteur ou recepteur de lumiere et procede de fabrication dudit module Download PDF

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WO2002035613A1
WO2002035613A1 PCT/JP2000/007360 JP0007360W WO0235613A1 WO 2002035613 A1 WO2002035613 A1 WO 2002035613A1 JP 0007360 W JP0007360 W JP 0007360W WO 0235613 A1 WO0235613 A1 WO 0235613A1
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light
semiconductor
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semiconductor devices
semiconductor module
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PCT/JP2000/007360
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Inventor
Josuke Nakata
Original Assignee
Josuke Nakata
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Definitions

  • the present invention relates to a light emitting or light receiving module incorporating a plurality of granular semiconductor devices and a method for manufacturing the same.
  • the light-emitting or light-receiving semiconductor module is applicable to various uses such as a solar cell panel, a lighting panel, a display, and a semiconductor photocatalyst. Background art
  • a Pn junction is formed on the surface of a small-diameter spherical semiconductor element made of a p-type or n-type semiconductor via a diffusion layer, and these many spherical semiconductor elements are connected in parallel to a common electrode. Technologies for utilizing solar cells and semiconductor photocatalysts are being studied.
  • U.S. Pat. No. 3,998,659 discloses that a p-type diffusion layer is formed on the surface of an n-type spherical semiconductor, and a number of spherical semiconductor diffusion layers are formed into a common film-like electrode (positive electrode).
  • An example is disclosed in which a solar cell is constructed by connecting a large number of spherical semiconductor n-type cores to a common film-shaped electrode (negative electrode).
  • U.S. Pat. No. 4,021,332 proposes that a p-type spherical semiconductor element and an n-type spherical semiconductor element are arranged in a matrix and the semiconductors are connected to a common film-shaped electrode.
  • a solar energy converter semiconductor module
  • US Pat. Nos. 4,100,051 and 4,136,436 also disclose solar energy converters substantially similar to the above.
  • the inventor of the present invention has proposed a spherical semiconductor composed of a P-type semiconductor and an n-type semiconductor, as shown in W098Z15983 and W0999Z10935.
  • a granular light emitting or receiving semiconductor device in which a diffusion layer, a pn junction, and a pair of electrodes are formed on an element, and connect a large number of such semiconductor devices in series or connect a plurality of series connected bodies in parallel.
  • the spherical semiconductor device having the positive and negative electrodes proposed by the present inventor in the above-mentioned publication is difficult to handle because it is easy to roll, and the position for forming the positive and negative electrodes is determined. It is not easy to identify the electrodes.
  • An object of the present invention is to provide a light emitting or light receiving semiconductor module capable of minimizing a decrease in output voltage or current even if any of the inventive devices fails, and a method of manufacturing the same.
  • Light can be guided to a position distant from the point of incidence or light-emitting through the reflection of the light-transmitting member
  • Another object of the present invention is to provide a light emitting or light receiving semiconductor module and a method of manufacturing the same. Disclosure of the invention
  • the light-emitting or light-receiving semiconductor module of the present invention is a plurality of granular semiconductor devices having a light-emitting or light-receiving function, wherein the plurality of semiconductor devices are arranged in a plurality of rows and a plurality of columns in a state where conductive directions are aligned. And a conductive connection mechanism for electrically connecting the plurality of semiconductor devices in each column in series and electrically connecting the plurality of semiconductor devices in each row electrically in parallel (Claim 1). ).
  • the conductive connection mechanism includes a plurality of leads made of a thin metal plate. And a light transmitting member that covers all of the semiconductor devices in a buried state (Claim 3).
  • the semiconductor device is a solar cell (Item 4), or the semiconductor device is a spherical semiconductor device (Item 5), or the semiconductor device is a circle. It is a columnar semiconductor device (Section 6).
  • the semiconductor device is a substantially spherical semiconductor element made of a p-type or n-type semiconductor, and the first and second semiconductor elements are parallel to a pair of apexes on both sides of the center.
  • first and second electrodes respectively provided on the first and second flat surfaces and connected to both ends of the pn junction (Section 7).
  • the semiconductor device is a columnar semiconductor element made of a p-type or n-type semiconductor, and a pair of first and second parallel ends orthogonal to an axis.
  • a semiconductor element having a second flat surface, a diffusion layer formed in a surface layer of the semiconductor element including the first flat surface, and a pn junction formed through the diffusion layer;
  • an average diameter of the first and second flat surfaces is preferably smaller than a distance between the two flat surfaces (Section 9). Are formed with different diameters (Section 10).
  • the semiconductor module according to paragraph 7 or 8 is preferably configured as follows.
  • the semiconductor element is made of a silicon semiconductor (Item 11).
  • the semiconductor element includes gallium arsenide (GaAs), indium arsenide (InP), gallium arsenide (GaP), gallium nitride (Gan), indium selenide 'copper (Inn). C u Se) (compound 12).
  • the semiconductor element is composed of a P-type semiconductor, the diffusion layer is composed of an n-type diffusion layer, a p-type diffusion layer is formed on the second flat surface, and a second is formed on a surface of the p-type diffusion layer. Electrodes provided (Section 13).
  • the semiconductor element is composed of an n-type semiconductor
  • the diffusion layer is composed of a P-type diffusion layer
  • an n-type diffusion layer is formed on the second flat surface
  • a second electrode is formed on a surface of the n-type diffusion layer.
  • Another semiconductor module for light-emitting or light-receiving according to the present invention is a plurality of granular semiconductor devices having a light-emitting or light-receiving function, which are divided into a plurality of rows in a state where conductive directions are aligned and are arranged at appropriate intervals in a circumferential direction.
  • a mechanism (Section 15).
  • a cylindrical light transmitting member made of a transparent synthetic resin is provided, and a plurality of rows of semiconductor devices arranged in a ring shape are embedded in a peripheral wall of the light transmitting member ( Section 16).
  • an irregular reflection surface for irregularly reflecting light is formed on the inner peripheral surface of the peripheral wall of the light transmitting member (Item 17 subordinate to Item 16).
  • the method of manufacturing a light-emitting or light-receiving semiconductor module according to the present invention includes a first step of preparing a plurality of lead frames made of a thin metal plate, a plurality of granular semiconductor devices having a light-emitting or light-receiving function, and the plurality of leads.
  • a plurality of semiconductor devices are assembled between frames with their conductive directions aligned, and these semiconductor devices are arranged in a matrix of multiple rows and multiple columns, and the semiconductor devices in each column are connected in series via a lead frame.
  • a second step of connecting the semiconductor devices in each row in parallel via a lead frame and a third step of embedding the plurality of semiconductor devices arranged in a matrix in a light transmitting member made of a transparent synthetic resin. It is characterized by having (paragraph 18).
  • partial cylindrical lens portions are formed on both sides of each row of the semiconductor devices (Item 19).
  • Another method of manufacturing a semiconductor module for light emission or light reception includes a first step of preparing a plurality of ring-shaped lead frames made of a thin metal plate, and a plurality of granular semiconductor devices having a light emission or light reception function.
  • a plurality of semiconductor devices are incorporated between the plurality of lead frames in a state where conductive directions are aligned, divided into a plurality of rows, and suitable in a circumferential direction.
  • a plurality of semiconductor devices in each row are connected in series via a lead frame, and a plurality of semiconductor devices in each ring are connected in parallel via a lead frame.
  • FIG. 1 to 16 are diagrams showing a first embodiment
  • FIG. 1 is a cross-sectional view of a spherical semiconductor device
  • FIG. 2 is a cross-sectional view of a semiconductor device on which a first flat surface is formed
  • FIG. FIG. 4 is a cross-sectional view of a semiconductor device in which a diffusion layer and a pn junction are formed
  • FIG. 4 is a cross-sectional view of a semiconductor device in which a second flat surface is formed
  • FIG. 5 is a cross-section of a semiconductor device in which a diffusion layer is formed.
  • FIG. 6 is a sectional view of the semiconductor device.
  • FIG. 7 is a plan view of a lead frame plate
  • FIG. 8 is a longitudinal sectional side view of an assembly combining a semiconductor device and a lead frame plate
  • FIG. 9 is an enlarged cross-sectional view of the semiconductor device and a lead frame.
  • Fig. 10 is a plan view of three sets of the semiconductor module and the lead frame plate
  • Fig. 11 is a longitudinal section of the semiconductor module and the lead frame plate
  • Fig. 12 is a longitudinal section of the semiconductor module and the lead frame plate.
  • FIG. 13 is a plan view of the semiconductor module
  • FIG. 14 is a longitudinal sectional view of the semiconductor module
  • FIG. 15 is a side view of the semiconductor module
  • FIG. 16 is a side view of the semiconductor module. It is a figure of an equivalent circuit.
  • FIG. 17 is a cross-sectional view of a semiconductor device according to the first modification.
  • FIG. 18 to FIG. 21 are diagrams showing Modification 2
  • FIG. 18 is a cross-sectional view of a semiconductor device having first and second flat surfaces formed
  • FIG. FIG. 20 is a sectional view of a semiconductor device
  • FIG. 20 is a sectional view of a semiconductor device provided with a negative electrode
  • FIG. 21 is a sectional view of a semiconductor device.
  • FIGS. 22 to 30 are views showing Modification 3, FIG. 22 is a view showing a columnar semiconductor material and a semiconductor element, and FIG. 23 is a cross-sectional view taken along line XXI II—XXI II in FIG.
  • FIG. 24 is a cross-sectional view of a semiconductor device in which a diffusion layer is formed
  • FIG. FIG. 26 is a cross-sectional view of a semiconductor device in which another diffusion layer is formed
  • FIG. 27 is a cross-sectional view of a semiconductor device
  • FIG. 28 is a cross-sectional view of a semiconductor module.
  • FIG. 29 is a cross-sectional view taken along the line XXVI III-XXVI III of FIG. 28, and
  • FIG. 30 is an enlarged cross-sectional view of a main part of the semiconductor device and the lead frame.
  • FIG. 31 to FIG. 34 are views showing Modification 4 and are plan views of the assembled body during the manufacture of the semiconductor module
  • FIG. 32 is a front view of the assembled body. Is a plan view of the semiconductor module
  • FIG. 34 is a cross-sectional view of the semiconductor module.
  • FIG. 1 to 6 show a method for manufacturing a light-receiving semiconductor device 10 suitable for a solar cell
  • FIG. 6 is a cross-sectional view of the light-receiving semiconductor device 10.
  • the light-receiving semiconductor device 10 includes, for example, a semiconductor element 1 made of a p-type semiconductor, an n-type diffusion layer 3, a pn junction 4, and a pair of electrodes 9a and 9b (negative electrodes).
  • An electrode 9a, a positive electrode 9b), a diffusion layer 8 made of ap + type semiconductor, and an antireflection film 6a are provided.
  • the semiconductor element 1 is manufactured from a spherical semiconductor element 1a (for example, 1.5 mm in diameter) made of p-type silicon single crystal (see FIG. 1).
  • Parallel first and second flat surfaces 2 and 7 are formed on a pair of apexes on both sides of the center of the semiconductor element 1.
  • the first flat surface 2 has a diameter of, for example, 0.6 mm
  • the second flat surface 7 has, for example, a diameter of 0.8 mm.
  • the average diameter of the first and second flat surfaces 2, 7 is smaller than the distance between the two flat surfaces 2, 7.
  • the diffusion layer 3 is formed on the surface of the semiconductor device 1 including the first flat surface 2, the n-type diffusion layer 3 is not formed on the second flat surface 7, and the other diffusion layer 8 is formed on the second flat surface 7. It is formed.
  • the diffusion layer 3 is an n + -type diffusion layer having a thickness of 0.4 to 0.5 ⁇ m in which phosphorus is diffused.
  • a substantially spherical pn junction 4 (correctly, a pn + junction) is formed via the diffusion layer 3.
  • a thin-film A first electrode 9 a is provided, and a second electrode 9 b in the form of a thin film obtained by firing a silver paste is provided on the surface of the p + -type diffusion layer 8 on the second flat surface 7.
  • the anti-reflection film 6 a made of the silicon oxide film 6 is formed on the surface of the diffusion layer 3 except for the first and second flat surfaces 2 and 7.
  • the substantially spherical pn junction 4 has a photoelectric conversion function, and receives sunlight to perform photoelectric conversion to generate an electromotive force of about 0.6 port. Since the thin-film negative electrode 9a and the positive electrode 9b were formed on the first and second flat surfaces 2, 7, the semiconductor device 10 was hard to roll, and was easy to hold and handle. Since the first and second flat surfaces 2 and 7 have different sizes, the negative electrode 9a and the positive electrode 9b can be easily distinguished visually by a sensor. The work efficiency when assembling the device 10 into a semiconductor module can be improved. .
  • a spherical semiconductor device 1a having a diameter of 1.5 mm and a p-type silicon single crystal having a resistivity of about 1 ⁇ is manufactured.
  • Such a spherical semiconductor element 1a is manufactured by the method proposed by the present inventor in Japanese Patent Application Laid-Open No. 10-33969 or International Publication WO98 / 15983. Can be.
  • a drop tube is used, and silicon particles as a raw material are melted inside the upper end side of the drop tube and fall freely while solidifying while maintaining the true spherical shape by the action of surface tension. Fabricate a silicon single crystal.
  • a spherical semiconductor can be produced by mechanical polishing or the like.
  • a part of the surface of the spherical semiconductor element 1a is processed by a mechanical and chemical polishing method to form a first flat surface 2 having a diameter of about 0.6 mm.
  • phosphorus is diffused over the entire surface by a known method to form an n + -type diffusion layer 3 and is located at a depth of about 0.4 to 0.5 from the surface of the spherical semiconductor 1.
  • An approximately spherical Pn junction 4 is formed.
  • the silicon oxide film 5 on the surface generated in the step of diffusing phosphorus is once removed by etching, and heated again in an oxygen atmosphere to form a silicon oxide film 6 (antireflection film 6a).
  • the second flat surface of the second flat surface having a diameter of about 0.8 mm and exposed to p-type silicon single crystal is mechanically and chemically polished on the side opposite to the first flat surface 2.
  • the flat surface 7 is formed.
  • the first and second flat surfaces 2, 7 are formed in parallel on a pair of apexes on both sides of the center of the sphere.
  • the diameter of the second flat surface 7 is formed so as to be different from the diameter of the first flat surface 2 so that the negative electrode 9a and the positive electrode 9b can be easily distinguished in a lead frame connecting step described later. I do.
  • the p-type exposed on the second flat surface 7 is masked with the silicon oxide film 6.
  • Form A porous layer is diffused on the surface of a silicon single crystal by a known method to provide a p + -type diffusion layer 8 having a thickness of 0.2 to 0.3 ⁇ m.
  • the boron diffuses into the p-type layer of the second flat surface 7 and the p + n + junction 8a that contacts the n + -type diffusion layer 3 at the edge of the second flat surface 7 is formed by the silicon oxide film 6. It is formed inside and the surface of the p + n + junction 8a is protected by the silicon oxide film 6.
  • a silver paste is provided on the surface of the diffusion layer 3 on the first flat surface 2 and the surface of the diffusion layer 8 on the second flat surface 7, respectively, and the silver paste is placed in an oxidizing atmosphere. And baked in the temperature range of 600 to 800 ° C.
  • the negative electrode 9 a and the positive electrode 9 connected to both ends of the pn junction 4 are connected to the diffusion layer 3 and the p + -type diffusion layer 8 with low resistance respectively.
  • a continuous negative electrode 9a and positive electrode 9b are formed.
  • n + type diffusion layer 3, etching, electrode formation, antireflection film formation, and the like are techniques that can be selected from known methods.
  • the materials are not limited to those described above, and may be made of other materials conventionally used.
  • a known anti-reflection film such as a titanium oxide film other than the silicon oxide film described above may be used.
  • the light receiving semiconductor module 20 is, for example, 25 semiconductor devices 10 and a conductive connection mechanism for electrically connecting the 25 semiconductor devices 10 and includes six lead frames 29. It includes a conductive connection mechanism, a light transmitting member 31, a positive terminal 33 and a negative terminal 34.
  • the 25 granular semiconductor devices 10 are arranged in a plurality of rows and a plurality of columns (in this embodiment, 5 rows and 5 columns) in a state where the conductive directions are aligned, and a plurality of semiconductor devices in each column are arranged by a conductive connection mechanism. 10 are electrically connected in series, and a plurality of semiconductor devices 10 in each row are electrically connected in parallel.
  • the conductive connection mechanism is composed of six metal lead frames 29, and the lead frames 29 are mounted between the semiconductor devices 10 in each row and the semiconductor devices 10 in the adjacent rows, and the electrodes on both sides are mounted.
  • the partial cylindrical lens portion 31a is for efficiently introducing extraneous light to the semiconductor devices 10 in each row, and has a wider directivity and a better light-collecting property than a case where it is formed on a flat surface. Excellent light-collecting and light-guiding properties.
  • FIG. 2 An electric circuit equivalent to the light receiving semiconductor module 20 as the solar cell panel described above is as shown in FIG. 2 5 semiconductor devices 10 are arranged in a matrix of 5 rows and 5 columns, and semiconductor devices 10 in each column are electrically connected in series via six lead frames 29, and semiconductor devices 10 in each row Are electrically connected in parallel via a lead frame 29.
  • the light receiving semiconductor module 20 is excellent in reliability and durability.
  • the semiconductor device 10 is manufactured. Then, as shown in Fig. 7, the surface of a thin plate (thickness: about 0.3 mm) of iron-nickel alloy (Fe 56%, Ni 42%) was plated with gold with a thickness of about 3 mm.
  • lead frame plates 21 to 26 having four openings 27 a and 27 b are manufactured.
  • three lead frames 29 each having a large width (about 4 mm) and a narrow width (1.5 mm) parallel to the outer frame portion 28 are formed.
  • the two lead frame plates 21 and 26 on both the upper and lower sides are bent at right angles in advance at both ends, and the four intermediate lead frame plates 22 to 25 are formed in a flat plate shape. I have.
  • a conductive adhesive 30 a (for example, silver epoxy resin) is used on the lead frames 29 of the lead frame plates 21 to 25, respectively.
  • Five semiconductor devices 10 are adhered at a constant pitch with the negative electrode 9a facing down.
  • a conductive adhesive 3 Ob is applied on the positive electrode 9 b of the semiconductor device 10 on the lead frame 29.
  • the lead frame 29 of the lead frame plate 22 is overlaid on the positive electrode 9b of the 15 (five 3) semiconductor devices 10 at the bottom.
  • the lead frame plates 23 to 26 are sequentially stacked, and each of the 25 semiconductor devices 10 is aligned so as to have a regular matrix arrangement of 5 rows and 5 columns in a common vertical plane. .
  • a predetermined weight is placed on the uppermost lead frame plate 26 so that the positive electrode 9 b and the negative electrode 9 a of each semiconductor device 10 are electrically connected to the upper and lower lead frames 29.
  • a sheet (not shown) is placed and heated at a temperature of about 160 to 180 ° C. to harden the adhesive.
  • FIG. 9 is an enlarged sectional view of the semiconductor device 10 and the lead frames 29 on the upper and lower sides thereof.
  • an assembly 30 of 75 semiconductor devices 10 and 6 lead frame plates 21 to 26 is housed in a molding die (not shown). It is molded using a transparent synthetic resin (for example, acrylic resin or polycarbonate), and the semiconductor device 10 in 5 rows and 5 columns and the corresponding leads are provided in the light transmitting member 31 made of the transparent synthetic resin.
  • the frame 29 is embedded and covered with the light transmitting member 31. In this manner, three sets of light receiving semiconductor modules 20 as solar cell panels are simultaneously formed.
  • the light transmitting member 31 is formed with a partial cylindrical lens portion 31a for concentrating external light on both sides of the semiconductor device 10 in each row from both sides.
  • the lead frame 29 is cut by a molding die at the cut portions 32 at both ends extending outward from the light transmitting member 31. I do.
  • the cut portion is cut so that the lead frame 29 extends outside the light transmitting member 31 with the same width, and is separated from the outer frame portion 28.
  • a positive electrode 9c formed by bonding an aluminum ball to a second flat surface 7 is formed.
  • the P + type diffusion layer 8 is omitted.
  • a gold ball may be used instead of the aluminum ball.
  • Such ball-bonded electrodes form electrodes accurately in narrow spaces. It is suitable for forming low resistance contacts at lower temperatures than when diffusion or alloying. Since the height of the positive electrode 9c can be increased, the interval between the lead frame 29 and the electrode of the semiconductor device when semiconductor devices are connected in series can be increased. Therefore, it is suitable for applying a conductive adhesive only to the positive electrode 9c.
  • the positive electrode 9c may be applied to the semiconductor device 10 described above.
  • the semiconductor device 1 OA described above is also applicable to the semiconductor module 20 instead of the semiconductor device 10.
  • the center of the true spherical semiconductor element 1a (5 mm in diameter) made of a p-type silicon single crystal (resistivity is ⁇ )
  • a semiconductor device 1B having first and second flat surfaces 2, 7b formed in parallel on a pair of terms on both sides is formed.
  • the diameters of the first and second flat surfaces 2 and 7b are about 0.6 mm and 0.8 mm, respectively, and the average diameters of the first and second flat surfaces 2 and 7b are the first and second flat surfaces 2, 7b, respectively. Is smaller than the distance between the flat surfaces 2 and 7b.
  • phosphorus is diffused as an n-type doping impurity over the entire surface of the semiconductor element 1B to form an n + -type diffusion layer having a thickness of about 0.4 to 0.5 ⁇ m. 3 and a substantially spherical pn junction 4 b is formed via the diffusion layer 3.
  • the silicon oxide film generated when diffusing phosphorus is removed by etching.
  • a silver paste is printed on the center of the first flat surface 2 in a dot shape with a diameter of 0.4 mm and a thickness of about 0.2 mm, and the silver paste is oxidized. Heating and baking at a temperature of 600 to 800 ° C. in an inert gas or inert gas atmosphere to form a negative electrode 9 a connected to the diffusion layer 3 with low resistance.
  • a dot-shaped aluminum film having a diameter of 0.4 mm and a thickness of about 0.3 mm is placed on the surface of the second flat surface 7b, and placed in an inert gas atmosphere or vacuum.
  • the recrystallized layer 8 3 ⁇ 4 penetrates through the diffusion layer 3, the aluminum remaining on the surface has a low resistance contact with the P-type silicon single crystal portion through the p + -type recrystallized layer 8 b. Form 9d. Note that the pn junction 4b is connected to the p + n + junction 4d. Thereafter, an antireflection film is formed on the surface of the semiconductor element 1B.
  • this semiconductor element 1B it is not necessary to diffuse boron as in the semiconductor device 10 described above, and the formation of the P + type recrystallized layer 8b and the formation of the positive electrode 9d can be performed simultaneously. . Since the height of the positive electrode 9d increases, the conductive adhesive can be applied without soiling the surface of the recrystallized layer 8b.
  • gold (AuB) with an atomic ratio of 99% gold and about 1% boron or gold (AuGa) with an atomic ratio of about 99% gold and about 1% gallium is used.
  • the formation of the recrystallized layer 8b and the formation of the positive electrode 9d can be performed simultaneously. It should be noted that this semiconductor device 10 B can also be applied to the semiconductor module 20 instead of the semiconductor device 10.
  • a light-receiving semiconductor device 10 C suitable as a solar cell is composed of a columnar semiconductor element 41, first and second flat surfaces 42, 43, and an n-type semiconductor element 41. It has a diffusion layer 44, a pn junction 45, a p + type diffusion layer 47, a silicon oxide film 46 as an antireflection film, a negative electrode 49a, a positive electrode 49b, and the like.
  • the semiconductor device 10C is formed in a short columnar shape and has a similar structure to the semiconductor device 10 although the shape is different from that of the semiconductor device 10C.
  • the semiconductor element 41 is a columnar semiconductor element made of p-type silicon single crystal, and has a pair of first and second parallel flat surfaces 42, 43 orthogonal to the axis. It was formed.
  • the diffusion layer 44 is formed on the surface of the first flat surface 42 and the outer peripheral surface of the semiconductor element 41, and a pn junction 45 is formed on the surface of the semiconductor element 41 via the diffusion layer 44. ing.
  • the diffusion layer 44 on the second flat surface 42 is removed by mechanical chemical polishing, and a p + -type diffusion layer 47 is formed on the second flat surface 43.
  • a negative electrode 49 a is provided on the surface of the diffusion layer 44 on the first flat surface 42, and the second flat surface In 43, a positive electrode 49b is formed on the surface of the diffusion layer 47.
  • the diffusion layer 44, the pn junction 45, the diffusion layer 47, the positive electrode 49a and the negative electrode 49b are the same as those of the semiconductor device 10.
  • FIGS. 22 and 23 an elongated, cylindrical semiconductor material 40 having a diameter of 1.5 mm made of a ⁇ -type silicon single crystal having a resistivity of about 1 ⁇ was manufactured.
  • the columnar semiconductor material 40 is cut so that the length in the axial direction becomes 1.6 mm, and the first and second flat surfaces 42 and 43 parallel to each other at both ends are short.
  • a columnar (ie, granular) semiconductor element 41 is manufactured.
  • the columnar semiconductor material 40 made of p-type silicon single crystal is, for example, a nozzle-shaped hole drilled at the bottom of a crucible made of Daraite. It can be manufactured by growing a single crystal by bringing the melt into contact and pulling it down. Since it can be formed into a slender cylindrical shape, it is economical with little loss due to processing.
  • the diameter of the columnar semiconductor material 40 is not limited to 1.5 mm, but may be about 1 to 3 mm.
  • the diffusion A pn junction 45 is formed on the first flat surface 42 of the semiconductor element 41 and the surface layer of the outer peripheral surface via the layer 44.
  • the silicon oxide film formed on the surface during the phosphorus diffusion is once removed using a hydrofluoric acid aqueous solution, and the semiconductor element 41 is heated in an oxygen atmosphere.
  • a silicon oxide film 46 is formed on the entire surface.
  • the second flat surface 43 is polished by a mechanical-chemical polishing method to remove the n + -type diffusion layer 44 to form a second flat surface 43 exposing the silicon single crystal.
  • the center of the first and second flat surfaces 42, 43 has a diameter of 0.
  • a silver paste having a thickness of about 5 mm and a thickness of about 0.2 mm is printed in the form of dots and baked in the same manner as the semiconductor device 10 to form a negative electrode 4 that has low resistance contact with the diffusion layers 44 and 47 respectively.
  • 9a and positive electrode 49b are provided.
  • a columnar semiconductor device 10 C suitable for a solar cell is obtained.
  • a negative electrode and a positive electrode may be formed in the same manner as shown in FIGS. 18 to 21.
  • This semiconductor device 10C is easier to manufacture than a spherical solar cell, has a uniform directivity in the radial direction of the semiconductor element, but not in all directions, and is more luminous than a planar cell. High performance and excellent photoelectric conversion performance can be obtained.
  • a semiconductor module substantially similar to the semiconductor module 20 is used.
  • 20 A can be constructed.
  • the lead frame 29 A, the negative electrode terminal 34 A, the positive electrode terminal 35 As, and the light transmitting member 31 A of the semiconductor module 2 OA are the same as those of the semiconductor module 20. The description is omitted by attaching reference numerals. .
  • this semiconductor module 20 B is composed of, for example, 72 (12 ⁇ 6) granular semiconductor devices 10 having a light receiving function and eight metallic semiconductor devices. It has a conductive mechanism 50 including annular lead frames 51 to 57 and a light transmitting member 58.
  • the 72 semiconductor devices 10 are divided into 12 rows with the conduction directions aligned, and are arranged in a ring shape at equal intervals in the circumferential direction to form 12 rows.
  • the conductive connection mechanism 50 includes an annular lead frame 51 with a lowermost negative terminal 51 a, a middle annular lead frame 52 to 56, and an annular lead frame with a positive electrode terminal 57a at the top. 5 and 7.
  • the annular lead frames 52 to 56 are made of the same material and have the same thickness as the lead frame plates (21 to 26) of the embodiment, and are formed in an annular shape with a width of 1.5 mm.
  • the annular lead frames 51 and 57 are made of the same material as the lead frame plates (21 to 26) and have a thickness of about 1.0 mm.
  • Four negative electrode terminals 51 a and four positive electrode terminals 57 a are integrally formed on the annular lead frames 51 and 57, respectively.
  • the conductive connection mechanism 50 electrically connects the six semiconductor devices 10 in each row in series and electrically connects the 12 semiconductor devices 10 in each ring in parallel.
  • the cylindrical light transmitting member 58 is made of a transparent synthetic resin such as acrylic or polycarbonate and is formed in a thick cylindrical shape.
  • the 12 rows of semiconductor devices 10 arranged in a ring shape are embedded in the peripheral wall 58 a of the light transmitting member 58.
  • a diffuse reflection surface 58 b for irregularly reflecting the light transmitted through the peripheral wall 58 a toward the semiconductor device 10 is formed.
  • the irregular reflection surface 58b is a large number of small viramid surfaces.
  • annular lead frames 51 to 57 and 72 semiconductor devices 10 are manufactured and prepared.
  • 12 semiconductor devices 10 were arranged on the upper surface of the annular lead frame 51 so that the negative electrode 9 a was at the bottom, and conductive bonding was performed.
  • Glue with an agent After applying a conductive adhesive to the positive electrodes 9 b of the two semiconductor devices 10, an annular lead frame 52 is mounted thereon and adhered thereto, and this is sequentially repeated, After assembling as shown in FIG. 32, the adhesive is cured by heating while a predetermined weight is placed on the annular lead frame 57.
  • 72 semiconductor devices 10 are incorporated between a plurality of annular lead frames 51 to 57 in a state where the conductive directions are aligned, divided into 12 rows, and formed into a ring at equal intervals in the circumferential direction.
  • 6 semiconductor devices 10 in each row are connected in series via annular lead frames 51 to 57, and 12 semiconductor devices 10 in each ring are annular. Connect in parallel via lead frames 51 to 57.
  • an assembly 60 shown in FIGS. 31 and 32 is obtained.
  • the assembled body 60 is housed in a predetermined molding die, and a transparent synthetic resin is poured into the mold to form a thick cylindrical body made of a transparent synthetic resin shown in FIGS. 33 and 34.
  • a transparent synthetic resin is poured into the mold to form a thick cylindrical body made of a transparent synthetic resin shown in FIGS. 33 and 34.
  • Such a light transmitting member 58 is formed, and the two rows of semiconductor devices 10 are made of a transparent synthetic resin circle. It is embedded in the peripheral wall 58a of the cylindrical light transmitting member 58.
  • the semiconductor module 20B since it is formed in a cylindrical shape as a whole, even if external light comes from any direction of 360 degrees around the entire circumference, it is reliably received and photoelectrically converted, and the negative electrode terminal 5 1 An electromotive force of about 4.2 volts is generated between a and the positive terminal 57a. Since the irregular reflection surface 58b is formed on the inner peripheral surface of the light transmitting member 58, the efficiency of photoelectric conversion is also increased. Then, due to the difference between the outer diameter and the inner diameter of the light transmitting member 58, the light having a large incident angle is guided so as to go around the inside of the peripheral wall 58a and reaches the semiconductor device 10 at a remote position.
  • semiconductors 1 and 41 As a semiconductor constituting the semiconductor elements 1 and 41, other semiconductors, for example, a mixed crystal semiconductor of Si and Ge or a semiconductor having a multilayer structure may be used instead of silicon, or GaAs, I Any of semiconductors such as nP, GaP, GaN, and InCuSe may be applied, or other semiconductors may be applied.
  • the conductivity type of the semiconductor elements 1 and 41 is not limited to the!) Type, but may be an n-type. In this case, a p-type diffusion layer is formed.
  • the antireflection films 6a and 46 may be made of other insulating films such as titanium oxide other than the silicon oxide film.
  • an electrode material such as metal paste other than silver paste, aluminum, or gold.
  • solder may be applied instead of the conductive resin.
  • tempered glass is mounted on both sides of the semiconductor module, and a transparent ethylenvinyl acetate (EVA) resin or the like is filled between the tempered glasses.
  • EVA ethylenvinyl acetate
  • any of the semiconductor devices 10 A, 10 B, and 10 C can be applied to the semiconductor modules 20, 20 A, and 20 B.
  • the number and arrangement of the semiconductor devices to be mounted on the semiconductor modules 20, 2 OA and 20 B are not limited to those of the above-described embodiment, but can be freely set.
  • the semiconductor module has been described as an example of a semiconductor module having a light receiving function
  • the semiconductor module of the present invention is similarly applicable to a semiconductor module having a light emitting function.
  • various spherical light emitting diodes proposed by the inventor of the present invention can be applied to W098 / 15983 and WO99 / 10935, Light emitting diodes having other various structures may be applied.
  • the semiconductor module having such a light emitting function can be applied to a surface-emitting type lighting device, a monochrome or color display, or various display devices.

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Description

明 細 書 発光又は受光用半導体モジュール及びその製造方法 技術分野
本発明は、 複数の粒状の半導体デバイスを組み込んだ発光又は受光用モジュ― ルとその製造方法に関する。 この発光又は受光用半導体モジュールは、 太陽電池 パネル、 照明用パネル、 ディスプレイ、 半導体光触媒など種々の用途に適用可能 なものである。 背景技術
従来、 p形又は n形の半導体からなる小径の球状の半導体素子の表面部に拡散 層を介して P n接合を形成し、 それら多数の球状の半導体素子を共通の電極に並 列接続して、 太陽電池や半導体光触媒に活用する技術が研究されている。
米国特許第 3， 9 9 8， 6 5 9号公報には、 n形の球状半導体の表面に p形拡 散層を形成し、 多数の球状半導体の拡散層を共通の膜状の電極 （正極） に接続す るとともに多数の球状半導体の n形コア部を共通の膜状の電極 （負極） に接続し て太陽電池を構成する例が開示されている。
米国特許第 4， 0 2 1 , 3 2 3号公報には、 p形の球状半導体素子や n形の球 状半導体素子をマトリックス状に配置して、 それら半導体を共通の膜状の電極に 接続するとともに、 それら半導体素子の拡散層を共通の電解液に接触させて、 太 陽光を照射して電解液の電気分解を起こさせる太陽エネルギーコンバータ （半導 体モジュール） が開示されている。 また、 米国特許第 4， 1 0 0， 0 5 1号公報 や第 4， 1 3 6， 4 3 6号公報にも、 前記とほぼ同様の太陽エネルギーコンバー 夕が開示されている。
この種の従来の半導体モジユールでは、 半導体素子が並列接続されているため 、 モジュールの両端子には低電圧で大電流が流れる。 仮に、 半導体素子の 1個で も故障によりショート状態になると、 そこに大きな短絡電流が流れてモジュール の出力が失われる。
一方、 本発明の発明者は、 W0 9 8 Z 1 5 9 8 3や W0 9 9 Z 1 0 9 3 5号国 際公開公報に示すように、 P形半導体や n形半導体からなる球状の半導体素子に 拡散層、 p n接合、 1対の電極を形成した粒状の発光又は受光用の半導体デバイ スを提案し、 その多数の半導体デバイスを直列接続したり、 その複数の直列接続 体を並列接続して、 太陽電池、 水の電気分解等に供する光触媒装置、 種々の発光 デバイス、 カラ一ディスプレイなどに適用可能な半導体モジュ一ルを提案した。 この半導体モジュールにおいて、 何れかの直列接続体の何れかの半導体デバイ スが故障によりオープン状態になると、 その半導体素子を含む直列回路には電流 が流れなくなり、 その直列接続体における残りの正常な半導体デバイスも機能停 止状態となり、 半導体モジユールの出力の低下が発生する。
更に、 前記公報に本発明者が提案した正負の電極を形成した球状の半導体デバ イスでは、 転がりやすいため取扱いが面倒で、 正負の電極を形成する位置を決定 したり、 組み立ての際に正負の電極を識別するのも容易ではない。
本発明の目的は、 何れかの発明デバイスが故障しても、 出力電圧や電流の減少 を最小に抑えることのできる発光又は受光用半導体モジュールとその製造方法を 提供すること、 粒状の半導体デバイスの 1対の電極の識別を容易にした発光又は 受光用半導体モジュ一ルとその製造方法を提供すること、 光透過部材の反射作用 を介して入射点や発光点から離隔した位置にも導光可能にした発光又は受光用半 導体モジュールとその製造方法を提供することなどである。 発明の開示
本発明の発光又は受光用半導体モジュ—ルは、 発光又は受光機能のある粒状の 複数の半導体デバイスであって、 導電方向を揃えた状態で複数行複数列に配設さ れた複数の半導体デバイスと、 それら各列の複数の半導体デバイスを電気的に直 列接続すると共に各行の複数の半導体デバイスが電気的に並列接続する導電接続 機構とを備えたこと特徴とするものである （第 1項） 。
ここで、 好ましくは、 前記導電接続機構が、 金属製の薄板からなる複数のリー ドフレームで構成され （第 2項） 、 また、 前記全部の半導体デバイスを埋め込み 状に覆う光透過部材を有する （第 3項） 。
第 1項の半導体モジュールにおいて、 好ましくは、 前記半導体デバイスが太陽 電池であり （第 4項） 、 或いは、 前記半導体デバイスが球状の半導体デバイスで あり （第 5項） 、 或いは、 前記半導体デバイスが円柱状の半導体デバイスである (第 6項） 。
第 2項の半導体モジュールにおいて、 好ましくは、 前記半導体デバイスが、 p 形又は n形の半導体からなるほぼ球状の半導体素子であつて、 その中心の両側の 1対の頂部に平行な第 1， 第 2の平坦面を形成した半導体素子と、 前記第 1の平 坦面を含む半導体素子の表層部に形成された拡散層およびこの拡散層を介して形 成されたほぼ球面状の p n接合と、 前記第 1， 第 2の平坦面に夫々設けられ且つ 前記 p n接合の両端に接続された第 1， 第 2の電極とを備えている （第 7項） 。 第 2項の半導体モジュールにおいて、 好ましくは、 前記半導体デバイスが、 p 形又は n形の半導体からなる円柱状の半導体素子であって、 その 1対の端部に軸 心と直交する平行な第 1， 第 2の平坦面を形成した半導体素子と、 前記第 1の平 坦面を含む半導体素子の表層部に形成した拡散層およびこの拡散層を介して形成 された p n接合と、 前記第 1， 第 2の平坦面に夫々設けられ且つ前記 p n接合の 両端に接続された第 1， 第 2の電極とを備えている （第 8項） 。
第 7項の半導体モジュールにおいて、 好ましくは、 前記第 1， 第 2の平坦面の 平均直径が両平坦面間の距離よりも小さく （第 9項） 、 また、 前記第 1， 第 2の 平坦面は異なる直径に形成されている （第 1 0項） 。
第 7項又は第 8項の半導体モジュールにおいて、 好ましくは、 次のように構成 される。 前記半導体素子がシリコン半導体で構成されている （第 1 1項） 。 前記 半導体素子が、 砒化ガリウム （G a A s ) 、 隣化インジウム （I n P) 、 隣ィ匕ガ リウム （G a P) 、 窒化ガリウム （G a N) 、 セレン化インジウム '銅 （ I n C u S e ) のうちの何れかの化合物半導体で構成されている （第 1 2項） 。 前記半 導体素子が P形半導体で構成され、 前記拡散層が n形拡散層で構成され、 前記第 2の平坦面に p形拡散層が形成され、 この p形拡散層の表面に第 2の電極が設け られている （第 1 3項） 。 前記半導体素子が n形半導体で構成され、 前記拡散層 が P形拡散層で構成され、 前記第 2の平坦面に n形拡散層力形成され、 この n形 拡散層の表面に第 2の電極が設けられている （第 1 4項） 。
本発明の別の発光又は受光用半導体モジユールは、 発光又は受光機能のある粒 状の複数の半導体デバイスであって、 導電方向を揃えた状態で複数列に区分され て周方向に適当間隔おきにリング状に配置された複数列をなす複数の半導体デバ イスと、 それら各列の複数の半導体デバイスを電気的に直列接続すると共に各リ ングの複数の半導体デバイスを電気的に並列接続する導電接続機構とを備えたこ と特徴とするものである （第 1 5項） 。
ここで、 好ましくは、 透明合成樹脂製の円筒状の光透過部材を設け、 前記リン グ状に配設された複数列の半導体デバイスが、 前記光透過部材の周壁内に埋め込 まれている （第 1 6項） 。 好ましくは、 前記光透過部材の周壁の内周面には光を 乱反射させる乱反射面が形成されている （第 1 6項に従属の第 1 7項） 。
本発明の発光又は受光用半導体モジュールの製造方法は、 金属薄板製の複数の リ一ドフレームと、 発光又は受光機能のある粒状の複数の半導体デバイスを準備 する第 1工程と、 前記複数のリードフレームの間に複数の半導体デバイスを導電 方向を揃えた状態で組み込んで、 それら半導体デバイスを複数行複数列のマトリ ックス状に配置し、 各列の半導体デバイスをリ一ドフレームを介して直列接続す ると共に各行の半導体デバイスをリ一ドフレームを介して並列接続する第 2工程 と、 前記マトリックス状に配置した複数の半導体デバイスを透明合成樹脂製の光 透過部材内に埋め込む第 3工程とを備えたことを特徴とするものである （第 1 8 項） 。
ここで、 好ましくは、 前記第 3工程において、 各列の半導体デバイスの両側に 部分円筒レンズ部を形成する （第 1 9項） 。
本発明の別の発光又は受光用半導体モジユールの製造方法は、 金属薄板製のリ ング状の複数のリードフレームと、 発光又は受光機能のある粒状の複数の半導体 デバイスを準備する第 1工程と、 前記複数のリードフレームの間に複数の半導体 デバイスを導電方向を揃えた状態で組み込んで複数列に区分し且つ周方向に適当 間隔おきにリング状に配置した複数列に整列させると共に、 各列の複数の半導体 デバイスをリードフレームを介して直列接続すると共に各リングの複数の半導体 デバイスをリ一ドフレームを介して並列接続する第 2工程と、 前記複数列の半導 体デバイスを透明合成樹脂製の円筒状の光透過部材の周壁内に埋め込む第 3工程 とを備えたことを特徴とするものである （第 2 0項） 。 図面の簡単な説明
図 1〜図 1 6は最初の実施形態を示す図であり、 図 1は球状半導体素子の断面 図であり、 図 2は第 1の平坦面を形成した半導体素子の断面図であり、 図 3は拡 散層と p n接合を形成した半導体素子の断面図であり、 図 4は第 2の平坦面を形 成した半導体素子の断面図であり、 図 5は拡散層を形成した半導体素子の断面図 であり、 図 6は半導体デバイスの断面図である。
図 7はリ一ドフレーム板の平面図であり、 図 8は半導体デバイスとリードフレ 一ム板を組み合わせた組立て体の縦断側面図であり、 図 9は半導体デバイスとリ —ドフレームの拡大断面図であり、 図 1 0は 3組の半導体モジュールとリードフ レーム板の平面図であり、 図 1 1は半導体モジュールとリードフレーム板の縦断 面であり、 図 1 2は半導体モジュールとリードフレーム板の縦断面であり、 図 1 3は半導体モジュールの平面図であり、 図 1 4は半導体モジュ一ルの縦断面図で あり、 図 1 5は半導体モジュールの側面図であり、 図 1 6は半導体モジュールの 等価回路の図である。
図 1 7は変更形態 1における半導体デバイスの断面図である。 図 1 8〜図 2 1 は変更形態 2を示す図であり、 図 1 8は第 1， 第 2の平坦面を形成した半導体素 子の断面図であり、 図 1 9は拡散層を形成した半導体素子の断面図であり、 図 2 0は負電極を設けた半導体素子の断面図であり、 図 2 1は半導体デバイスの断面 図である。
図 2 2〜図 3 0は変更形態 3を示す図であり、 図 2 2は円柱状半導体素材と半 導体素子を示す図であり、 図 2 3は図 2 2の XXI I I— XXI I I線断面図であり、 図 2 4は拡散層を形成した半導体素子の断面図であり、 図 2 5は第の平坦面を除去 した半導体素子の断面図であり、 図 2 6は他の拡散層を形成した半導体素子の断 面図であり、 図 2 7は半導体デバイスの断面図であり、 図 2 8は半導体モジュ一 ルの平面図であり、 図 2 9は図 2 8の XXVI I I I -XXVI I I I 線断面図であり、 図 3 0は半導体デバイスとリ一ドフレームの要部拡大断面図である。
図 3 1〜図 3 4は変更形態 4を示す図であり、 半導体モジュ一ノレ製造途中の組 み立て体の平面図であり、 図 3 2は前記組み立て体の正面図であり、 図 3 3は半 導体モジュールの平面図であり、 図 3 4は半導体モジュールの断面図である。 発明の最良の実施の形態
以下、 本発明の実施の形態について図面に基づいて説明する。
最初に、 本発明の半導体デバイスの構造について説明する。
図 1〜図 6は、 太陽電池に好適な受光用半導体デバイス 1 0の製造方法を示す ものであり、 図 6はその受光用半導体デバイス 1 0の断面図である。
図 6に示すように、 受光用半導体デバイス 1 0は、 例えば p形半導体からなる 半導体素子 1と、 n形の拡散層 3と、 p n接合 4と、 1対の電極 9 a， 9 b (負 電極 9 a、 正電極 9 b ) と、 p +形の半導体からなる拡散層 8と、 反射防止膜 6 aとを備えている。 半導体素子 1は、 p形のシリコン単結晶からなる例えば直径 1 . 5 mmの真球状の半導体素子 1 a (図 1参照） から製作したものである。 半 導体素子 1の中心の両側の 1対の頂部には、 平行な第 1， 第 2の平坦面 2， 7が 形成されている。 第 1の平坦面 2は例えば直径 0 . 6 mm、 第 2の平坦面 7は例 えば直径 0 . 8 mmである。 第 1， 第 2の平坦面 2， 7の平均直径が両平坦面 2 ， 7間の距離よりも小さい。
拡散層 3は、 第 1の平坦面 2を含む半導体素子 1の表層部に形成され、 第 2の 平坦面 7には n形の拡散層 3が形成されておらず、 他の拡散層 8が形成されて 、 る。 この拡散層 3はリンを拡散させた厚さ 0 . 4〜0 . 5〃mの n +形拡散層で ある。 この拡散層 3を介してほぼ球面状の p n接合 4 (正しくは、 p n +接合） が形成されている。
第 1の平坦面 2において拡散層 3の表面には、 銀ペーストを焼成した薄膜状の 第 1電極 9 aが設けられ、 第 2の平坦面 7において p +形の拡散層 8の表面には 、 銀ペーストを焼成した薄膜状の第 2電極 9 bが設けられている。 シリコン酸化 膜 6からなる反射防止膜 6 aは、 第 1， 第 2の平坦面 2， 7を除いて拡散層 3の 表面に形成されている。 尚、 以下に説明する半導体デバイス 1 0の製造方法の記 載からも、 半導体デバイス 1 0の構造が一層明瞭となろう。
この半導体デバイス 1 0においては、 ほぼ球面状の p n接合 4が光電変換機能 があり、 太陽光を受けて光電変換し約 0 . 6ポルトの起電力を発生する。 第 1， 第 2の平坦面 2， 7に薄膜状の負電極 9 aと正電極 9 bを形成したので、 半導体 デバイス 1 0が転がりにくくなり、 挟持しやすく取扱い易くなつた。 し力、も、 第 1， 第 2の平坦面 2 , 7の大きさが異なるため、 負電極 9 aと正電極 9 bをセン サゃ目視にて容易に判別できるようになり、 多数の半導体デバイス 1 0を半導体 モジュ一ルに組み立てる際の作業能率を高めることができる。 .
次に、 前記の半導体デバイス 1 0を製造する方法について、 図 1〜図 6を参照 して説明する。 最初に、 図 1に示すように、 例えば直径 1 . 5 mmで、 抵抗率が 1 Ω ηι程度の p形シリコン単結晶からなる真球状の球状半導体素子 1 aを製作す る。 このような球状半導体素子 1 aは、 本発明者が既に特開平 1 0— 3 3 9 6 9 号公報や国際公開公報 WO 9 8 / 1 5 9 8 3号公報において提案した方法で製造 することができる。 その方法においては、 落下チューブを採用し、 原料としての シリコン粒を落下チューブの上端側の内部で溶融して自由落下させながら表面張 力の作用で真球状を保持しつつ凝固させて真球状のシリコン単結晶を製作する。 但し、 機械的な研磨などにより球状半導体を作ることもできる。
次に、 図 2に示すように、 球状の半導体素子 1 aの表面の一部を機械的化学的 研磨法により加工して直径 0 . 6 mm程度の第 1の平坦面 2を形成する。 次に、 図 3に示すように、 公知の方法によりリンを全面に拡散して n +形の拡散層 3を 形成し、 球状半導体 1の表面から深さ 0 . 4〜0 . 5 程度に位置するほぼ球 面状の P n接合 4を形成する。 リンを拡散する工程で生じた表面のシリコン酸化 膜 5を一旦ェッチングで除去し、 再度酸素雰囲気中で加熱してシリコン酸化膜 6 (反射防止膜 6 a ) を形成する。 次に、 図 4に示すように、 第 1の平坦面 2と反対側を機械的化学的研磨方法に .より加工して直径 0 . 8 mm程度で p形シリコン単結晶力露出した第 2の平坦面 7を形成する。 この第 1， 第 2平坦面 2， 7は球の中心の両側の 1対の頂部に平 行に形成される。 この第 2の平坦面 7の直径を第 1の平坦面 2の直径と異なるよ うに形成し、 後述のリードフレームの接続工程において負電極 9 aと正電極 9 b の判別を容易に行えるようにする。
次に、 図 5に示すように、 第 1， 第 2の平坦面 2， 7を有する半導体素子 1に おいて、 シリコン酸化膜 6でマスクした状態で、 第 2の平坦面 7に露出した p形 シリコン単結晶の表面に公知の方法によりポロンを拡散させて、 厚さ 0 . 2〜 0 . 3〃mの p +形の拡散層 8を設ける。 ボロンは、 第 2の平坦面 7の p形層に拡 散して、 第 2の平坦面 7の縁辺で n +形の拡散層 3と接する p + n +接合 8 aが シリコン酸化膜 6の内側に形成され、 p + n +接合 8 aの表面がシリコン酸化膜 6で保護された状態となる。
次に、 図 6に示すように、 第 1の平坦面 2における拡散層 3の表面及び第 2の 平坦面 7の拡散層 8の表面に夫々銀ペーストを設け、 それら銀ペーストを酸化性 雰囲気中で 600〜800 °Cの温度範囲で加熱焼成し、 p n接合 4の両端に接続され た負電極 9 a， 正電極 9 であって、 拡散層 3、 p +形拡散層 8と夫々低抵抗接 続した負電極 9 a、 正電極 9 bを形成する。 こうして、 粒状の太陽電池として 好適の受光用半導体デバイス 1 0が完成する。
尚、 上記の製造方法は 1例に過ぎず、 n +形拡散層 3、 エッチング、 電極形成 、 反射防止膜形成の工程などは、 公知の方法の中から選択できる技術であり、 使 用する材料も上記のものに限定されず、 従来から利用されている他の材料で製造 してもよい。 また、 反射防止膜としては、 上記のシリコン酸化膜の他酸化チタン 膜など公知の反射防止膜を用いてもよい。
次に、 上記のように製作した太陽電極としての半導体デバイス 1 0を用いて大 量生産に適した安価な樹脂モールド形受光用半導体モジュール 3 0の構造と製造 方法について説明する。 最初に、 その構造について、 図 1 3〜図 1 6を参照して a ^明する。 この受光用半導体モジュール 2 0は、 例えば 2 5個の半導体デバイス 1 0と、 これら 2 5個の半導体デバイス 1 0を電気的に接続する導電接続機構であって 6 本のリードフレーム 2 9からなる導電接続機構と、 光透過部材 3 1と、 正極端子 3 3及び負極端子 3 4を備えている。
前記 2 5個の粒状の半導体デバイス 1 0は、 導電方向を揃えた状態で複数行複 数列 （本実施形態では、 5行 5列） に配置され、 導電接続機構により各列の複数 の半導体デバイス 1 0が電気的に直列接続されると共に、 各行の複数の半導体デ バイス 1 0が電気的に並列接続されている。 前記導電接続機構は、 6本の金属製 のリードフレーム 2 9で構成され、 各行の半導体デバイス 1 0と隣接する行の半 導体デバイス 1 0の間にリードフレーム 2 9が装着されて両側の電極 9 a， 9 b に電気的に接続され、 下端側の負極端子 3 4と一体のリードフレーム 2 9は第 1 行目の半導体デバイス 1 0の電極 9 aを電気的に並列接続し、 上端側の正極端子 3 3と一体のリードフレーム 2 9は第 5行目の半導体デバイス 1 0の電極 9 bを 電気的に並列接続している。 これら 2 5個の半導体デバイス 1 0と導電接続機構 は、 例えばアクリル樹脂やポリカーボネートなどの透明な合成樹脂からなる光透 過部材 3 1内に埋め込んだ状態にして覆われ、 光透過部材 3 1には、 各列の半導 体デバイス 1 0に両側から外来光を導入させる部分円筒レンズ部 3 1 aが形成さ れている。 この部分円筒レンズ部 3 1 aは、 各列の半導体デバイス 1 0へ外来光 を効率的に導入する為のものであり、 平坦面に形成する場合に比べて、 広い指向 性があり採光性、 集光性、 導光性に優れる。
以上説明した太陽電池パネルとしての受光用半導体モジュール 2 0に等価な電 気回路は、 図 1 6に示すようになる。 2 5個の半導体デバイス 1 0は 5行 5列の マトリックス状に配置され、 各列の半導体デバイス 1 0は 6つのリードフレーム 2 9を介して電気的に直列接続され、 各行の半導体デバイス 1 0はリードフレー ム 2 9を介して電気的に並列接続されている。
この半導体モジュール 2 0では、 何れかの半導体デバイス 1 0力故障して機能 停止した場合でも、 その故障した半導体デバイス 1 0による光起電力力発生しな いだけで、 その他の故障してない半導体デバイス 1 0は、 正常に作動して光起電 力を発生させ、 その光起電力が正極端子 3 3と負極端子 3 4に確実に出力される 力、ら、 信頼性と耐久性に優れる受光用半導体モジュール 2 0となる。
次に、 以上説明した受光用半導体モジュール 2 0 (太陽電池モジュール） を製 造する方法について、 図 7〜図 1 2を参照して説明する。
最初に、 前記半導体デバイス 1 0を製作する。 そして、 図 7に示すように、 鉄 ニッケル合金 （F e 56%、 N i 42%) の薄板 （厚さ 0. 3 mm程度） の表面に厚さ 3〃m程度の銀メツキしたものを金型でパンチングして、 4つの開口部 2 7 a , 2 7 bを有するリードフレーム板 2 1〜2 6を製作する。 これらリードフレーム 板 2 1〜2 6には、 幅が広い （4 mm程度） 外枠部 2 8と互いに平行な幅が狭い (1. 5 mm) 3本のリードフレーム 2 9を形成する。 尚、 上下両側の 2枚のリ― ドフレーム板 2 1， 2 6では、 両端部を予め直角に折り曲げてあり、 中間の 4枚 のリードフレーム板 2 2〜2 5は平板状に形成されている。
次に、 図 7〜図 9に示すように、 リードフレーム板 2 1〜2 5のリードフレー ム 2 9の上に、 夫々、 導電性接着剤 3 0 a (例えば、 銀エポキシ樹脂） を用いて 半導体デバイス 1 0を 5個ずつ一定のピッチで負電極 9 aを下にして接着する。 次に、 リ一ドフレーム 2 9の上の半導体デバイス 1 0の正電極 9 bの上に導電 性接着剤 3 O bを塗る。 次に、 図 8に示すように、 最下段の 1 5個 （5個 3 ) の半導体デバイス 1 0の正極 9 bの上にリードフレーム板 2 2のリ一ドフレーム 2 9を重ねる。 同様に、 順々にリードフレーム板 2 3〜2 6を重ね、 各;且の 2 5 個の半導体デバイス 1 0が共通の鉛直面内で 5行 5列の規則正しいマトリックス 配置となるように整列させる。 次に、 各半導体デバイス 1 0の正電極 9 bと負電 極 9 aが上下のリードフレーム 2 9に電気的に接続するように、 最も上側のリー ドフレーム板 2 6上に所定の重さのゥヱイト （図示略） を載せて 1 6 0〜1 8 0 °C程度の温度で加熱し接着剤を硬ィ匕させる。
こうして、 6枚のリードフレーム板 2 1〜2 6を介して各組 （各モジュール） の 2 5個の半導体デバイス 1 0が電気的に接続され、 3組の合計 7 5個の半導体 デバイス 1 0が 6枚のリードフレーム板 2 1〜 2 6のリードフレーム 2 9の間に 規則正しく収められ、 各組の 2 5個の半導体デバイス 1 0において、 各列の半導 体デバイス 1 0がリードフレーム 2 9により電気的に直列接続されるとともに各 行の半導体デバイス 1 0がリードフレーム 2 9により電気的に並列接続された状 態となる。 図 9は、 半導体デバイス 1 0とその上下両側のリ一ドフレーム 2 9の 拡大断面図である。
図 1 0〜図 1 2に示すように、 7 5個の半導体デバイス 1 0と 6枚のリードフ レーム板 2 1〜2 6との組立て体 3 0を成形金型 （図示略） に収容し、 透明合成 樹脂 （例えば、 アクリル樹脂やポリ力一ボネィトなど） を用いて成形し、 前記の 透明合成樹脂からなる光透過部材 3 1内に 5行 5列の半導体デバイス 1 0とそれ に対応するリードフレーム 2 9を埋め込んで光透過部材 3 1で覆った状態にする 。 こうして、 太陽電池パネルとしての 3組の受光用半導体モジュール 2 0が同時 に成形される。 光透過部材 3 1には、 各列の半導体デバイス 1 0に両側から外来 光を集中させる部分円筒レンズ部 3 1 aが形成されている。
最後に、 3組の受光用半導体モジュール 2 0を切り離す。 この場合、 先ず、 中 間のリ一ドフレーム板 2 2〜 2 5においては、 リ一ドフレーム 2 9が光透過部材 3 1から外へ伸びた両端の切断部 3 2で成形金型により切断する。 上下両側のリ ードフレーム板 2 1， 2 6においては、 そのリードフレーム 2 9がそのままの幅 で光透過部材 3 1外へ延びるように切断部を切断し外枠部 2 8から分離する。 次に、 前記実施形態を部分的に変更した種々の変更形態について説明する。 1〕 変更形態 1 · · · (図 1 7参照）
図 1 7に示す半導体デバイス 1 O Aは、 第 2の平坦面 7にアルミニウムボール をボンディングした正電極 9 cが形成されている。 尚、 前記の P +形の拡散層 8 は省略されている。 この半導体デバイス 1 0を製造する場合、 半導体デバイス 1 0の製造方法における図 1〜図 4と同様の工程を実行してから、 負電極 9 aをハ ンダ 1 1にてリードフレーム 2 9に接合した状態で、 第 2の平坦面 7の中心部に 、 直径 0 . 3〜0 . 4 mmのアルミニウムボールを超音波と熱を加えながらボン デイングし、 バンプ状の正電極 9 cを形成する。
ここで、 前記アルミニウムボールの代わりに金のボールを用いてもよい。 この ような、 ボールボンディングによる電極は、 狭いスペースに正確に電極を形成す るのに適しており、 拡散や合金化する場合よりも低い温度で低抵抗接触を形成で きる。 この正電極 9 cの高さを大きくすることができるため、 リードフレーム 2 9との間の間隔、 或いは半導体デバイス同士を直列接続する場合における半導体 デバイスの電極との間の間隔を大きくとることができるため、 正電極 9 cにのみ 導電性接着剤を塗るのに適している。 尚、 前記の半導体デバイス 1 0にも、 この 正電極 9 cを適用してもよい。 尚、 以上説明した半導体デバイス 1 O Aも、 前記 半導体デバイス 1 0の代わりに、 半導体モジュール 2 0に適用可能である。
2〕 変更形態 2 · · · (図1 8〜図 2 1参照）
最初に、 半導体デバイス 1 0 Bを製造する方法について、 図 1 8〜図 2 1に基 づいて説明する。 最初に、 図 1 8に示すように、 前記実施 態と同様に、 p形シ リコン単結晶 （抵抗率が Ι Ω πι) からなる真球状の半導体素子 1 a (直径し 5 mm) の中心の両側の 1対の項部に平行な第 1， 第 2の平坦面 2， 7 bを形成し た半導体素子 1 Bを作る。 第 1， 第 2の平坦面 2 , 7 bの直径は夫々 0 . 6 mm ， 0 . 8 mm程度であり、 第 1， 第 2の平坦面 2， 7 bの平均直径は第 1， 第 2 の平坦面 2， 7 b間の距離よも小さい。 次に、 図 1 9に示すように、 半導体素子 1 Bの全表層部に n形ドーピング不純物としてリンを拡散させて、 厚さ 0 . 4〜 0 . 5〃m程度の n +形の拡散層 3を形成し、 この拡散層 3を介してほぼ球面状 の p n接合 4 bを形成する。
次に、 図 2 0に示すように、 リンを拡散させる際に生じたシリコン酸化膜をェ ッチング処理して除去する。 次に、 図 2 1に示すように、 第 1の平坦面 2の中心 部に銀ペーストを直径 0 . 4 mm、 厚み 0 . 2 mm程度にドッ ト状に印刷し、 こ の銀ペーストを酸化性ガスあるいは不活性ガス雰囲気中で、 6 0 0〜8 0 0 °Cの 温度で加熱焼成し、 拡散層 3と低抵抗接続された負電極 9 aを形成する。 次に、 第 2の平坦面 7 bの表面に直径 0 . 4 mm、 厚み 0 . 3 mm程度でドット状のァ ルミ二ゥムを載せ、 不活性ガス雰囲気又は真空中で 7 5 0〜8 5 0 °Cの温度まで 急速加熱しその後直ちに冷却する。 その結果、 アルミニウムとシリコンの共晶反 応によって溶けたシリコンがシリコン単結晶を種にして図示のようにアルミニゥ ムがド一プされた P +形の再結晶層 8 bが成長する。 これは、 合金型 p n接合と いう技術である。
前記の再結晶層 8 ¾)カ拡散層 3を貫通するため、 表面に残ったアルミニウムは 、 P形シリコン単結晶の部分と p +形の再結晶層 8 bを介して低抵抗接触した負 電極 9 dを形成する。 尚、 p n接合 4 bは、 p+ n+接合 4 dに接続されている 。 その後、 半導体素子 1 Bの表面に反射防止膜を形成する。
この半導体素子 1 Bでは、 前記の半導体デバイス 1 0のようにボロンの拡散を 行う必要がなく、 P+形の再結晶層 8 bの形成と正電極 9 dの形成とを同時に行 うことができる。 正電極 9 dの高さが大きくなるため、 再結晶層 8 bの表面を汚 すことなく、 導電性の接着剤の塗布を行うことができる。
ここで、 前記のアルミニウムの代わりに、 原子比で金 9 9%、 ボロン 1 %程度 の金 （AuB) 、 又は、 原子比で金 99%, ガリウム 1 %程度の金 （AuG a) を用いて再結晶層 8 bの形成と正電極 9 dの形成とを同時に行うことができる。 尚、 この半導体デバイス 1 0 Bも、 前記半導体デバイス 1 0の代わりに、 半導体 モジュール 2 0に適用可能である。
3〕 変更形態 3 · · · (図 2 2〜図 3 0参照）
図 2 7に示すように、 太陽電池として好適の受光用半導体デバイス 1 0 Cは、 円柱状の半導体素子 4 1と、 その第 1， 第 2の平坦面 4 2， 4 3と、 n形の拡散 層 44と、 p n接合 4 5と、 p+形の拡散層 4 7と、 反射防止膜としてのシリコ ン酸化膜 4 6と、 負電極 4 9 a及び正電極 49 bなどを有するものである。 この 半導体デバイス 1 0 Cは、 短い円柱状に形成されており、 前記半導体デバイス 1 0と形状は異なるものの、 同様の構造のものであるので、 簡単に説明する。 半導体素子 4 1は、 p形のシリコン単結晶からなる円柱状の半導体素子であつ て、 1対の端部に軸心と直交する平行な第 1， 第 2の平坦面 4 2， 4 3を形成し たものである。 拡散層 44は、 半導体素子 4 1の第 1の平坦面 42と外周面の表 層部に形成され、 この拡散層 44を介して半導体素子 4 1の表層部には p n接合 4 5が形成されている。 第 2の平坦面 4 2の拡散層 44は機械化学的研磨により 除去され、 第 2の平坦面 43には p+形の拡散層 4 7が形成されている。 第 1の 平坦面 4 2において拡散層 4 4の表面に負電極 4 9 aが設けられ、 第 2の平坦面 4 3において拡散層 4 7の表面に正電極 4 9 bが形成されている。 尚、 拡散層 4 4、 p n接合 4 5、 拡散層 4 7、 正電極 4 9 a及び負電極 4 9 bなどは前記半導 体デバイス 1 0のものと同様のものである。
次に、 前記の円柱状の半導体デバイス 1 0 Cの製造方法について図 2 2〜図 2 7を参照して説明する。 先ず、 図 2 2、 図 2 3に示すように、 抵抗率が 1 Ω πι程 度の ρ形シリコン単結晶からなる直径 1 . 5 mmの細長 、円柱状の半導体素材 4 0を製作し、 その円柱半導体素材 4 0を軸心方向の長さが 1 . 6 mmとなるよう に切断して、 両端に軸心と直交する互いに平行な第 1， 第 2平坦面 4 2 , 4 3を 有する短い円柱状 （つまり、 粒状） の半導体素子 4 1を製作する。
尚、 p形シリコン単結晶からなる前記の円柱状半導体素材 4 0は、 例えばダラ フアイト製のルツボの底に開けたノズル状の穴からく 1 1 1 >方位の種結晶とル ッボ内シリコン融液を接触させて下方に引き出すことにより単結晶を成長させる ことで製造することができる。 細長い円柱状に形成できるため加工に伴うロスが 少なく経済的である。 尚、 円柱状半導体素材 4 0の直径は 1 . 5 mmに限定され るものではなく、 1〜3 mm程度の直径でもよい。
次に、 図 2 4に示すように、 円柱状の半導体素子 4 1の全面からリンを拡散し て深さ 0. 4〜0. 5 〃111の11 +形拡散層 4 4を設け、 この拡散層 4 4を介して半導 体素子 4 1の第 1の平坦面 4 2と外周面の表層部に p n接合 4 5を形成する。 次に、 図 2 4、 図 2 5に示すように、 リン拡散の際に表面に形成されたシリコ ン酸化膜を一旦フッ酸水溶液を用いて除去し、 半導体素子 4 1を酸素雰囲気中で 加熱してシリコン酸化膜 4 6 (反射防止膜） を全表面に形成する。 その後、 第 2 の平坦面 4 3を機械的化学的研磨法により研磨して n +形拡散層 4 4を除去して シリコン単結晶を露出させた第 2平坦面 4 3を形成する。
次に、 図 2 6に示すように、 第 2の平坦面 4 3のシリコン酸化膜を除去してか ら第 2の平坦面 4 3にボロンを拡散し、 深さ 0. 1〜0. 2 〃111の0 +形の拡散層 4 7を設ける。 これにより、 p + n +接合 4 8力形成され、 その終端はシリコン酸 化膜 4 6の内側にでき、 外部と遮断される。
次に、 図 2 7に示すように、 第 1， 第 2の平坦面 4 2， 4 3の中心部に直径 0. 5 mm、 厚さ 0. 2 mm程度の銀ペーストをドット状に印刷し、 前記半導体デバイ ス 1 0と同様に焼成し、 拡散層 4 4、 拡散層 4 7と夫々低抵抗接触した負電極 4 9 a、 正電極 4 9 bを設ける。 これで、 ソ一ラ一セルに好適の円柱状の半導体デ バイス 1 0 Cとなる。 この半導体デバイス 1 0 Cにおいても、 前記図 1 8〜図 2 1に示したのと同様にして負極と正極を形成してもよい。 この半導体デバイス 1 0 Cは、 球状ソーラセルよりもセルの製造が容易であり、 全方向ではないが半導 体素子の半径方向に対しては均一な指向性を持ち、 平面状のセルよりも採光能力 が高く優れた光電変換性能が得られる。
前記半導体モジュール 2 0における半導体デバイス 1 0の代わりに、 この半導 体デバイス 1 0 Cを適用して図 2 8〜図 3 0に示すように、 前記半導体モジユー ル 2 0とほぼ同様の半導体モジュール 2 0 Aを構成することができる。 この半導 体モジュール 2 O Aにおけるリードフレーム 2 9 A、 負極端子 3 4 A、 正極端子 3 5 As 光透過部材 3 1 Aなどは、 前記半導体モジュール 2 0のものと同様であ るので、 同様の符号を付して説明を省略する。 .
4〕 変更形態 4 · · · (図 3 1〜図 3 4参照）
次に、 前記半導体デバイス 1 0を適用した受光機能のある半導体モジュール 2 0 Bの構造と製造方法について説明する。 図 3 3、 図 3 4に示すように、 この半 導体モジュール 2 0 Bは、 受光機能のある例えば 7 2個 （1 2個 X 6 ) の粒状の 半導体デバイス 1 0と、 金属製の 8つの環状リードフレーム 5 1〜 5 7を含む導 電機構 5 0と、 光透過部材 5 8とを有する。 7 2個の半導体デバイス 1 0は、 導 電方向を揃えた状態で 1 2列に区分されて周方向に等間隔おきにリング状に配置 されて 1 2列をなしている。
導電接続機構 5 0は、 最下段の負極端子 5 1 a付きの環状リードフレーム 5 1 と、 中段の環状リードフレーム 5 2〜 5 6と、 最上段の正極端子 5 7 a付きの環 状リードフレーム 5 7とを有する。 環状リードフレーム 5 2〜 5 6は、 前記実施 形態のリードフレーム板 （2 1〜 2 6 ) と同様の材質の同様の板厚のもので、 幅 1. 5 mmの環状に形成されている。 環状リードフレーム 5 1， 5 7は、 前記リー ドフレーム板 （2 1〜 2 6 ) と同様の材質で約 1. 0 mmの板厚のものである。 環状リードフレーム 5 1， 5 7には 4つの負極端子 5 1 a、 4つの正極端子 5 7 aが夫々一体形成されている。 この導電接続機構 5 0は、 各列の 6個の半導体 デバイス 1 0を電気的に直列接続すると共に各リングの 1 2個の半導体デバイス 1 0を電気的に並列接続している。
円筒状の光透過部材 5 8は、 アクリルやポリカーボネートなどの透明合成樹脂 で厚肉の円筒状に形成されている。 リング状に配設された 1 2列の半導体デバイ ス 1 0は、 光透過部材 5 8の周壁 5 8 a内に埋め込まれている。 光透過部材 5 8 の周壁 5 8 aの内周面にはその周壁 5 8 aを透過した光を半導体デバイス 1 0の 方へ乱反射させる乱反射面 5 8 bが形成されている。 この乱反射面 5 8 bは小形 の多数のビラミッド面である。
この半導体モジュール 2 0 Bを製造する方法について説明する。
図 3 1、 図 3 2に示すように、 最初に、 環状リードフレーム 5 1〜5 7と、 7 2個の半導体デバイス 1 0を製作して準備する。 次に、 前記半導体モジュール 2 0を製作したのとほぼ同様に、 環状リードフレーム 5 1の上面に 1 2個の半導体 デバイス 1 0を負電極 9 aが下となるように配置して導電性接着剤で接着する。 次に、 その 1 2個の半導体デバイス 1 0の正電極 9 bに導電性接着剤を塗ってか ら、 その上に環状リードフレーム 5 2を載せて接着し、 これを順々に繰り返して 、 図 3 2のように組み立て、 その後環状リードフレーム 5 7の上に所定のウェイ トを載せた状態で、 加熱して接着剤を硬化させる。
つまり、 複数の環状リードフレーム 5 1〜 5 7の間に 7 2個の半導体デバイス 1 0を導電方向を揃えた状態で組み込んで 1 2列に区分し、 周方向に等間隔おき にリング状に配置した 1 2列に整列させ、 各列の 6個の半導体デバイス 1 0を環 状リードフレーム 5 1〜5 7を介して直列接続すると共に各リングの 1 2個の半 導体デバイス 1 0を環状リードフレーム 5 1〜5 7を介して並列接続する。 その 結果、 図 3 1、 図 3 2に示す組み立て体 6 0となる。
次に、 その組み立て体 6 0を所定の成形用金型内に収容し、 透明合成樹脂を注 入することにより、 図 3 3、 図 3 4に示す透明合成樹脂製の厚肉の円筒体のよう な光透過部材 5 8を成形し、 1 2列の半導体デバイス 1 0を透明合成樹脂製の円 筒状の光透過部材 58の周壁 58 a内に埋め込む。
この半導体モジュール 20 Bによれば、 全体として円筒状に形成されているた め、 外来光が全周 360度のどの方向からくる場合でも、 確実に受光して光電変 換し、 負極端子 5 1 aと正極端子 57 a間に約 4. 2ボルト程度の起電力を発生 する。 光透過部材 58の内周面に乱反射面 58 bを形成したので、 光電変換の効 率も高くなる。 そして、 光透過部材 58の外径と内径の差により、 入射角が大き い光は周壁 5 8 a内を周回するように導光されて離れた位置の半導体デバイス 1 0に達する。
次に、 前記実施形態に適用可能な種々の変更例について説明する。
( 1 ) 前記半導体素子 1， 4 1を構成する半導体としては、 シリコンの代わりに 、 他の半導体、 例えば、 S iと Geの混晶半導体、 あるいは多層構造の半導体を 適用したり、 GaAs、 I nP、 GaP、 GaN、 I n C u S eなどの何れかの 半導体を適用してもよいし、 また、 その他の半導体を適用してもよい。
(2) 半導体素子 1， 41の導電形は!)形に限定される訳ではなく、 n形でもよ く、 この場合 p形拡散層を形成するものとする。
(3) 化学的気相成長法 （CVD) など他の半導体薄膜生成法を用いて前記拡散 層 3， 44と pn接合 4， 45を形成することも可能である。
(4) 反射防止膜 6 a、 46は、 シリコン酸化膜以外の酸化チタンなど他の絶縁 膜で構成してもよい。 また、 電極 9 a， 9 b、 49 a, 49 bを形成する際に、 銀ペースト以外の金属ペースト、 アルミニウム、 金などの電極材料を適用するこ とも可能である。 半導体デバイス 1 0をリードフレーム 29に接着する為に、 導 電性樹脂の代わりにハンダを適用してもよい。
(5) 半導体モジュール 20, 20 Aにおける光透過部材の代わりに、 半導体モ ジユールの両面に強化ガラスを装着し、 その強化ガラスの間に透明なェチレンビ ニルアセテート （EVA) 樹脂等を充填し、 端部を枠材で封止した構造を採用し てもよい。
(6) 半導体モジュール 20， 20 A, 20 Bに半導体デバイス 1 0の代わりに 、 半導体デバイス 1 0A， 1 0 B， 1 0 Cの何れかを適用可能である。 半導体モジュール 2 0 , 2 O A, 2 0 Bに装着する半導体デバイスの数や配置 形態は、 前記実施形態のものに限定される訳ではなく、 自由に設定することがで さる。
( 7 ) 前記の半導体モジュールは、 受光機能のある半導体モジュールを例にして 説明したが、 本発明の半導体モジュールは発光機能のある半導体モジュールにも 同様に適用可能である。 但し、 この場合、 半導体デバイスとして発光機能のある 半導体デバイス （球状の半導体デバイス、 円柱状の半導体デバイス、 あるいは粒 状の半導体デバイス） を適用する必要がある。
このような発光機能のある半導体デバイスとしては、 例えば、 W098/15983号 公報や WO99/10935号公報に、 本発明の発明者が提案した種々の球状の発光ダイ ォードを適用することができるし、 その他の種々の構造の発光ダイォードを適用 してもよい。 このような発光機能のある半導体モジュールは、 面発光形の照明装 置、 モノクロやカラーのディスプレイ或いは種々の表示装置、 などに適用可能で あ 。
( 8 ) その他、 当業者であれば、 本発明の趣旨を逸脱することなく、 前記の実施 形にその他の種々の変更を付加した形態で実施可能であり、 本発明は、 前記実施 形態に開示した種々の形態だけに限定されるものではない。

Claims

請求の範囲
1 . 発光又は受光機能のある粒状の複数の半導体デバイスであって、 導電方向 を揃えた状態で複数行複数列に配設された複数の半導体デバイスと、
それら各列の複数の半導体デバイスを電気的に直列接続すると共に各行の複数 の半導体デノ スが電気的に並列接続する導電接続機構と、
を備えたたこと特徵とする発光又は受光用半導体モジュ一ル。
2 . 前記導電接続機構が、 金属製の薄板からなる複数のリードフレームで構成 されたことを特徴とする請求の範囲第 1項に記載の発光又は受光用半導体モジュ —ル。
3 . 前記全部の半導体デバイスを埋め込み状に覆う光透過部材を有することを 特徴とする請求の範囲第 2項に記載の発光又は受光用半導体モジュ一ル。
4 . 前記半導体デバイスが太陽電池であることを特徴とする請求の範囲第 1項 に記載の発光又は受光用半導体モジュール。
5 . 前記半導体デバイスが球状の半導体デバイスであることを特徴とする請求 の範囲第 1項に記載の発光又は受光用半導体モジュール。
6 . 前記半導体デバイスが円柱状の半導体デバイスであることを特徵とする請 求の範囲第 1項に記載の発光又は受光用半導体モジュール。
7 . 前記半導体デバイスが、
p形又は n形の半導体からなるほぼ球状の半導体素子であって、 その中心の両 側の 1対の頂部に平行な第 1， 第 2の平坦面を形成した半導体素子と、
前記第 1の平坦面を含む半導体素子の表層部に形成された拡散層およびこの拡 散層を介して形成されたほぼ球面状の P n接合と、
前記第 1， 第 2の平坦面に夫々設けられ且つ前記 p n接合の両端に接続された 第 1， 第 2の電極と、
を備えたことを特徴とする請求の範囲第 2項に記載の発光又は受光用半導体モ ジュール。
8 . 前記半導体デバイスが、 - p形又は n形の半導体からなる円柱状の半導体素子であつて、 その 1対の端部 に軸心と直交する平行な第 1， 第 2の平坦面を形成した半導体素子と、
前記第 1の平坦面を含む半導体素子の表層部に形成した拡散層およびこの拡散 層を介して形成された p n接合と、
前記第 1， 第 2の平坦面に夫々設けられ且つ前記 pn接合の両端に接続された 第 1， 第 2の電極と、
を備えたことを特徴とする請求の範囲第 2項に記載の発光又は受光用半導体モ ジュール。
9. 前記第 1， 第 2の平坦面の平均直径力両平坦面間の距離よりも小さいこと を特徴とする請求の範囲第 7項に記載の発光又は受光用半導体モジュール。
10. 前記第 1， 第 2の平坦面は異なる直径に形成されたことを特徴とする請 求の範囲第 7項に記載の発光又は受光用半導体モジュール。
1 1. 前記半導体素子がシリコン半導体で構成されたことを特徴とする請求の 範囲第 7項又は第 8項に記載の発光又は受光用半導体モジュ一ル。
12. 前記半導体素子が、 砒化ガリウム （GaAs)、 隣化インジウム （I n P)、 隣化ガリウム （GaP)、 窒化ガリウム （GaN)、 セレン化インジウム •銅 （I nCuSe) のうちの何れかの化合物半導体で構成されたことを特徴と する請求の範囲第 7項又は第 8項に記載の発光又は受光用半導体モジユール。
13. 前記半導体素子が p形半導体で構成され、 前記拡散層が n形拡散層で構 成され、 前記第 2の平坦面に p形再結晶層が形成され、 この p形再結晶層の表面 に第 2の電極が設けられたことを特徴とする請求の範囲第 7項又は第 8項に記載 の発光又は受光用半導体モジユール。
14. 前記半導体素子が n形半導体で構成され、 前記拡散層が p形拡散層で構 成され、 前記第 2の平坦面に n形再結晶層が形成され、 この n形再結晶層の表面 に第 2の電極が設けられたことを特徴とする請求の範囲第 7項又は第 8項に記載 の発光又は受光用半導体モジユール。
15. 発光又は受光機能のある粒状の複数の半導体デバイスであって、 導電方 向を揃えた状態で複数列に区分されて周方向に適当間隔おきにリング状に配置さ れた複数列をなす複数の半導体デバイスと、
、 それら各列の複数の半導体デバイスを電気的に直列接続すると共に各リングの 複数の半導体デノ <ィスを電気的に並列接続する導電接続機構と、
を備えたこと特徴とする発光又は受光用半導体モジュ一ル。
1 6 . 透明合成樹脂製の円筒状の光透過部材を設け、 前記リング状に配設され た複数列の半導体デバイスを、 前記光透過部材の周壁内に埋め込んだことを特徴 とする請求の範囲第 1 5項に記載の発光又は受光用半導体モジュール。
1 7 . 前記光透過部材の周壁の内周面には光を乱反射させる乱反射面が形成さ れていることを特徴とする請求の範囲第 1 6項に記載の発光又は受光用半導体モ ジュール。
1 8 . 金属薄板製の複数のリードフレームと、 発光又は受光機能のある粒状の 複数の半導体デバイスを準備する第 1工程と、
前記複数のリ一ドフレームの間に複数の半導体デバイスを導電方向を揃えた状 態で組み込んで、 それら半導体デバイスを複数行複数列のマトリックス状に配置 し、 各列の半導体デバイスをリードフレームを介して直列接続すると共に各行の 半導体デノくイスをリードフレームを介して並列接続する第 2工程と、
前記マトリックス状に配置した複数の半導体デバイスを透明合成樹脂製の光透 過部材内に埋め込む第 3工程と、
を備えたことを特徵とする発光又は受光用半導体モジユールの製造方法。
1 9 . 前記第 3工程において、 各列の半導体デバイスの両側に部分円筒レンズ 部を形成することを特徴とする請求の範囲第 1 8項に記載の発光又は受光用半導 体モジュールの製造方法。
2 0 . 金属薄板製のリング状の複数のリードフレームと、 発光又は受光機能の ある粒状の複数の半導体デバイスを準備する第 1工程と、
前記複数のリ一ドフレームの間に複数の半導体デバイスを導電方向を揃えた状 態で組み込んで複数列に区分し且つ周方向に適当間隔おきにリング状に配置した 複数列に整列させると共に、 各列の複数の半導体デバイスをリ一ドフレームを介 して直列接続すると共に各リングの複数の半導体デバイスをリ一ドフレームを介 して並列接続する第 2工程と、
前記複数列の半導体デバイスを透明合成樹脂製の円筒状の光透過部材の周壁内 に埋め込む第 3工程と、
を備えたことを特徴とする発光又は受光用半導体モジユールの製造方法。
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