CN1182590C - 发光或者受光用半导体器件及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

具有受光功能的半导体器件(10)例如具备由p型的硅单结晶形成的半导体元件(1)、第1，第2平坦面(2，7)、n型扩散层(3)及其pn结(4)、再结晶层(8)、防反射膜(6a)、负电极(9a)以及正电极(9b)等。替代该半导体元件(1)也能够采用圆柱状的半导体元件。

Description

发光或者受光用半导体器件及其制造方法
技术领域
本发明涉及在形成了一对平坦面的球状或者圆柱状半导体上形成了pn结与一对电极的发光或者受光用半导体器件及其制造方法。该发光或者受光用半导体器件能够适合于太阳能电池面板、发光器件、半导体光接触媒体等的种种用途。
背景技术
以往，正在研究下述技术，即在由p型或者n型半导体形成的小直径的球状半导体元件的表面部分上，通过扩散层形成pn结，将上述多个球状半导体元件并联连接到共通的电极上，并活用到太阳能电池以及半导体光接触媒体中。
在美国专利第3,998,659号公报中揭示了下述示例，即在n型的球状半导体的表面形成扩散层，将多个球状半导体的扩散层连接在共通的膜状电极(正极)的同时，将多个球状半导体的n型芯部连接在共通的膜状电极(负极)，由此构成太阳能电池。
在美国专利第4,021,323号公报中揭示了下述太阳能转换器(半导体元件)，它是将p型的半导体元件以及n型的球状半导体元件配置成矩阵状，在将上述半导体连接在共通的膜状电极的同时，使得上述半导体元件的扩散层与共通的电解液接触，照射太阳光并使得电解液进行电解。又，在美国专利第4,100,051号公报以及第4,136,436号公报中，揭示与上述几乎相同的太阳能转换器。
另一方面，如WO98/15983以及WO99/10935号国际公开公报所揭示，本发明的发明者提出了在由p型半导体以及n型半导体形成的球状半导体元件上形成了扩散层、pn结、1对电极的粒状发光或者受光用半导体器件，并且提出了能够适用于将上述多个半导体器件串联连接或者将这些多个串联体并联连接而提供给太阳能电池、水电解等的光接触媒体装置、各种发光装置、彩色显示器等的半导体器件。
使用于该半导体器件中的半导体元件是直径为1～2mm左右的小粒，夹着球状半导体的中心的一对顶部上形成一对电极。然而，在上述国际公开公报中所揭示的半导体元件的制造阶段中，还存在下述各种问题。
在球状半导体上形成一对电极(正极与负极)时，很难特定电极形成位置，又，球状的半导体容易滚动并且不容易进行处理，而很难排列多个半导体元件。
又，即使在形成一对电极的情况下，由于不能够判别哪个电极为正极、哪个电极为负极，故在排列多个半导体元件并进行串联连接时，很难判别正极、负极，而需要熟练的技术，生产效率下降，当误判定正极、负极式，会产生次品。
本发明的目的在于提供一种具有一对平行的平坦面并且不容易滚动的球状发光或者受光用半导体器件。本发明的另一目的是提供一种在一对平行的平坦面上形成一对电极的球状或者圆柱状发光或者受光用半导体器件。本发明的再一目的是提供一种设置了一对能够识别的电极的球状或者圆柱状发光或者受光用半导体器件。本发明的再一目的是提供一种上述发光或者受光用半导体器件的制造方法。
发明内容
本发明的发光或者受光用半导体器件的特点在于，具备：由p型或者n型半导体形成的大致球状的、在其中心两侧的两个顶部形成平行的第1、第2平坦面的半导体元件；形成于包含所述第1平坦面的半导体元件的表层部分上的扩散层以及通过所述扩散层形成的大致球面状的pn合；分别设置在所述第1、第2平坦面上并且与所述pn结两端连接的第1、第2电极(第1方面)。
这里，最好，所述第1、第2平坦面的平均直径小于两平坦面间的距离(第2方面)。最好，所述第1、第2平坦面的直径不同(第3方面)。最好，所述半导体元件由圆球状的半导体元件制作成(第4方面)。
本发明的另一发光或者受光用半导体器件的特点在于，具备：半导体元件，所述半导体元件由p型或者n型半导体构成的圆柱状并且在所述半导体元件的两个端部上形成与轴心垂直的平行的第1、第2平坦面；形成于包含所述第1平坦面的半导体元件的表层部分上的扩散层以及通过所述扩散层形成的pn结；分别设置在所述第1、第2平坦面上并且与所述pn结的两端连接的第1、第2电极(第5方面)。
这里，最好，所述第1、第2平坦面的直径小于两平坦面间的距离(第6方面)。
在第2方面或者第6方面的半导体器件中，最好采用下述构造。所述半导体元件由单结晶半导体构成(第7方面)。所述半导体元件由硅半导体构成(第8方面)。所述半导体元件由硅与锗的混晶半导体构成(第9方面)。所述半导体元件是由砷化镓(GaAs)、磷化铟(InP)、磷化镓(GaP)、氮化镓(GaN)、硒化铟铜(InCuSe)中的任意一种化合物半导体构成(第10方面)。所述半导体元件由p型半导体构成，所述扩散层由n型扩散层构成，在所述第2平坦面上形成p型扩散层，在所述p型扩散层的表面上设置第2电极(第11方面)。所述半导体元件由n型半导体构成，所述扩散层由p型扩散层构成，在所述第2平坦面上形成n型扩散层，在所述n型扩散层的表面上设置第2电极(第12方面)。
本发明的发光或者受光用半导体器件的制造方法的特点在于，具备：制作由p型或者n型半导体形成的球状半导体元件的第1工序；在所述半导体元件的顶部形成第1平坦面的第2工序；在包含所述第1平坦面的半导体元件的表层部分上形成与半导体元件的导电形态不同的扩散层并且通过所述扩散层形成大致球面状的pn结的第3工序；形成所述半导体元件中的第1平坦面以及在相反侧的顶部上形成与所述第1平坦面平行的、去除了扩散层的第2平坦面的第4工序；在所述第1、第2平坦面上形成与所述pn结的两端分别连接的第1、第2电极的第5工序(第13方面)。
本发明的另一发光或者受光用半导体器件的制造方法的特点在于，具备：制作由p型或者n型半导体形成的球状半导体元件的第1工序；在所述半导体元件的中心两侧的两个顶部上形成平行的第1、第2平坦面的第2工序；在包含所述第1平坦面的半导体元件的表层部分上形成n型扩散层以及通过所述扩散层形成大致球面状的pn结的第3工序；在所述第1、第2平坦面上形成与所述pn结的两端分别连接的第1、第2电极的第4工序(第14方面)。
这里，最好，在所述第4工序中，使得接触Al、AuGa、AuB中的任一种小片与在第2平坦面接触并进行加热熔融，形成贯通扩散层的p型再结晶层以及与所述p型再结晶层相连的第2电极(第15方面)。
本发明的另一发光或者受光用半导体器件的制造方法的特点在于，具备：制作由p型或者n型半导体形成的圆柱状半导体元件并且同时在所述半导体元件的一对端部上形成与轴心垂直的平行的第1、第2平坦面的第1工序；在所述半导体元件的表层部分上形成与半导体元件不同导电型的扩散层，同时通过所述扩散层形成pn结的第2工序；在所述第1、第2平坦面上设置与所述pn结的两端分别连接的第1、第2电极的第3工序(第16方面)。这里，最好，在所述第3工序中，使得接触Al、AuGa、AuB中的任一种小片与在第2平坦面接触并且进行加热熔融，形成与贯通扩散层的p型或者n型再结晶层以及与该结晶层相连的第2电极(第17方面)。
附图简述
图1～图16表示本发明的最初的实施形态。
图1是表示球状半导体元件的剖视图。
图2是表示形成了第1平坦面的半导体元件的剖视图。
图3是表示形成了扩散层与pn结的半导体元件的剖视图。
图4是形成了第2平坦面的半导体元件的剖视图。
图5是形成了扩散层的半导体元件的剖视图。
图6是半导体器件的剖视图。
图7是引线框架(lead frame)板的平面图。
图8是组合了半导体器件与引线框架板的组合体的纵剖视图。
图9是半导体器件与引线框架的扩大剖视图。
图10是3组半导体组件与引线框架板的平面图。
图11是半导体组件与引线框架板的纵剖视图。
图12是半导体组件与引线框架板的纵剖视图。
图13是半导体组件的平面图。
图14是半导体组件的纵剖视图。
图15是半导体组件的侧面图。
图16是半导体组件的等价电路图。
图17是变化形态1中的半导体器件的剖视图。
图18～图21表示变化形态2。
图18是形成了第1、第2平坦面的半导体元件的剖视图。
图19是形成了扩散层的半导体元件的剖视图。
图20是设置了负电极的半导体元件的剖视图。
图21是半导体器件的剖视图。
图22～图30表示变化形态3。
图22表示圆柱状半导体材料与半导体元件。
图23是图22的XXIII-XXIII线的剖视图。
图24是形成了扩散层的半导体元件的剖视图。
图25除去了第平坦面的剖视图。
图26是形成了扩散层的半导体元件的剖视图。
图27是半导体器件的剖视图。
图28是半导体元件的平面图。
图29是图28的XXVIII-XXVIII线的剖视图。
图30是半导体器件与引线框架的主要部分的扩大剖视图。
图31～图34表示变化形态4，是半导体组件制造过程中的组合体的平面图。
图32表示上述组合体的主视图。
图33表示半导体组件的平面图。
图34表示半导体组件的剖视图。
最佳实施形态
以下，参照附图对于本发明的实施形态进行说明。
首先，对于本发明的半导体器件的构造进行说明。
图1～图6表示适用于太阳能电池的受光用半导体器件10的制造方法，图6是该受光用半导体器件10的剖视图。
如图6所示，受光用半导体器件器件10例如具备由p型半导体形成的半导体元件1、n型扩散层3、pn结4、1对电极9a，9b(负电极9a、正电极9b)、p+型半导体形成的扩散层8、防反射膜6a、半导体元件1是由p型的硅单晶体形成，例如由直径为1.5mm的圆球状的半导体元件1a(参照图1)制作成。在半导体元件1的中心两侧的一对的顶部形成平行的第1、第2平坦面2、7。第1平坦面2例如直径为0.6mm、第2平坦面7例如直径为0.8mm。第1、第2平坦面2、7的平均直径比两平坦面2、7间的距离小。
在包含第1平坦面2的半导体元件1的表层部分形成扩散层3，在第2平坦面7上不形成n型扩散层3而形成另一扩散层8。该扩散层3是使得磷扩散后的厚度为0.4～0.5μm的n+型扩散层。通过该扩散层3形成几乎为球面状的pn结4(确切地是pn+结)。
在第1平坦面2的扩散层3的表面上，设有将银胶烧结后的薄膜状的第1电极9a，在第2平坦面7的p+型扩散层8的表面上设有将银胶烧结后的薄膜状的第2电极9b。在扩散层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，从以下说明的半导体器件10的制造方法的描述中，也能够进一步明确半导体器件10的构造。
在该半导体器件10中，几乎球面状的pn结4具有光电变换功能，它接受太阳光并进行光电变换而产生约0.6伏特的电动势。由于在第1、第2平面图2、7上形成薄膜状的负电极9a与正电极9b，故半导体器件10不容易旋转，能够容易地进行固定、容易地进行处理。而且，由于第1、第2平坦面2、7的大小不同，能够容易地以传感器或者目视判别负电极9a与正电极9b，能够提高将多个半导体器件10组装成半导体组件时的工作效率。
其次，参照图1～图6，对于所述半导体器件10的制造方法进行说明。首先，如图1所示，例如制作直径为1.5mm、电阻率为1Ωm左右的p型硅单晶体形成的圆球状的球状半导体元件1a。能够通过本发明者已经在特开平10-33969号公报以及国际公开公报WO98/15983号公报中所提出的方法来制造上述的球状半导体元件1a。在该方法中，采用滴管，使得作为原料的硅粒在滴管的上端侧的内部熔融并且使其自由下落，同时利用表面张力作用维持真球状并且使其凝固，由此，制作成圆球状的硅单晶体。然而，也能通过机械性的研磨等制作球状半导体。
其次，如图2所示，对于球状半导体元件1a表面的一部分利用机械性化学的研磨法进行加工，形成直径0.6mm左右的第1平坦面2。其次，如图3所示，根据已知的方法，在整个面上使得磷扩散，形成n+型的扩散层3，形成位于离球状半导体1的表面起深度为0.4～0.5μm左右的大致球面状的pn结4。将在扩散磷的工序中生成的表面的氧化硅膜5暂时通过蚀刻去除，然后在氧气中加热形成氧化硅膜6(防反射膜6a)。
其次，如图4所示，利用机械性的化学研磨方法对于第1平坦面2的相对侧进行加工，形成直径0.8mm左右、露出了p型硅单晶体的第2平坦面7。在球的中心两侧的一对顶部上形成该第1、第2平坦面2、7。由于使得形成与第1平坦面2的直径不同的第2平面面7的直径，在下述的引线框架的连接工序中，能容易地判别负电极9a与正电极9b。
其次，如图5所示，在具有第1、第2平坦面2、7的半导体元件1上，在氧化硅膜掩膜后的状态下，利用已知的方法在露出于第2平坦面7上的p型硅单晶体的表面上使得硼扩散，设置厚度为0.2～0.3μm的p+型的扩散层8。硼在第2平坦面7的p型层上扩散，在第2平坦面7的边缘上与n+型的扩散层3相接的p+n+结8a形成在氧化硅膜6的内侧，由氧化硅6保护p+n+结8a的表面。
其次，如图6所示，在第1平坦面2的扩散层3的表面以及第2平坦面7的扩散层8的表面上分别设置银胶，将这些银胶在氧气中在600℃～800℃的温度范围中加热烧结，形成作为连接在pn结4两端上并且分别与扩散层3、p+型扩散层8低阻抗连接的负电极9a、正电极9b。如此，完成了适用于粒状太阳能电池的受光用半导体器件10。
而且，上述制造方法不过是一例，形成n+型扩散层3、蚀刻、形成电极、防反射膜形成的工序等是从已知的方法中选择的技术，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进行制造。又，作为防反射膜，也可以采用上述的氧化硅膜以外的氧化钛膜等已知的防反射膜。
其次，对于采用上述制作成的作为太阳能电极的半导体器件10并且适于大批量生产的价廉树脂模型类受光用半导体组件30的构造及制造方法进行说明。首先，参照图13～图16对于其构造进行说明。
该受光用半导体组件20具有例如25个半导体器件10、与这些25个半导体器件10电性连接并且由6条引线框架29形成的导电连接机构、透光部件31、正极端33以及负极端34。
所述25个粒状半导体器件10以导电方向一致的状态配置成多行多列(在本实施形态中为5行5列)，利用导电连接机构将各列的多个半导体器件10电性串联连接，同时将各行的多个半导体器件10电性并联连接。上述导电连接机构由6条金属制的引线框架29构成，在与各行的半导体器件10邻接的行的半导体器件10之间装有引线框架29并且与两侧的电极9a、9b电性连接，与下端侧的负极端34成一体的引线框架29将第1行的半导体器件10的电极9a电性并联连接，与上端侧的负极端33成一体的引线框架29将第5行的半导体器件10的电极9b电性并联连接。上述25个半导体器件10以及导电连接机构以被埋入到例如由丙烯树脂以及聚碳酸酯等的透明合成树脂形成的透光部件31内的状态而覆盖，在透光部件31上，形成使得从两侧使得向各列半导体器件10导入外部光的部分圆筒透镜部分31a。该部分圆柱透镜部分31a能够有效地将外来光导入各列半导体器件10，与形成在平坦面上的情况相比，具有较宽广的方向性，并且采光性、聚光性、导光性良好。
与上述说明的作为太阳能电池面板的受光用半导体组件20等价的电路如图16所示。将25个半导体器件10配置成5行5列的矩阵状，各列的半导体器件10通过6个引线框架29电性串联连接，各行的半导体器件10通过引线框架29电性并联连接。
对于该半导体组件20，即使当任一半导体器件10产生故障而停止工作的情况下，由于仅没有产生该发生故障的半导体器件10所引起的光电动势，其他没有发生故障的半导体器件10正常工作并且产生光电动势，该光电动势可靠地输出到正极性端33与负极性端34，故能够获得可靠性以及耐久性良好的受光用半导体组件20。
其次，参照图7～图12，对于制造上述的受光用半导体组件20(太阳能电池组件)的方法进行说明。
首先，制作所述半导体器件10。然后，如图7所示，在镍铁合金(Fe56％，Ni42％)的薄板(厚度0.3mm左右)的表面上利用模具对于厚度为3μm左右的镀银部分进行冲压，制作成具有4个开口部分27a、27b的引线框板21～26。在这些引线框架板21～26上形成宽度较大(4mm左右)的外框部分28以及相互平行的宽度较小(1.5mm)的3条引线框架29。而且，对于上下两侧的2枚引线框架21、26，预先将两端部分弯折成直角，平板状地形成中间的4枚引线框架板22～25。
其次，如图7～图9所示，在引线框架板21～25的引线框架29上，分别采用导电性粘接剂30a(例如，银环氧树脂)，对于每5个半导体器件10使得负电极9a在下方并且以相等间距进行粘接着。
其次，在引线框架29上的半导体器件10的正电极9b上涂布导电性粘接剂30b。其次，如图8所示，在最下段的15个(5个×3)的半导体器件10的正极9b上重叠引线框架板22的引线框架29。同样地，依次重叠引线框架板23～26，排列各组25个半导体器件10使得在共通的铅垂面内配置成5行5列的正规的矩阵。其次，为了使得各半导体器件10的正电极9b与负电极9a在上下的引线框架29上电性连接，在最上侧的引线框架板26上施加规定大小的重量(没有图示)，在160～180℃左右的温度进行加热并且使粘接剂硬化。
如此，通过6枚引线框架板21～26电性连接各组(各组件)的25个半导体器件10，将3组总共75个半导体器件10正规地收纳在6枚引线框架板21～26的引线框架29之间，对于各组25个半导体器件10，各列的半导体器件10通过引线框架29电性串联连接并且各行的半导体器件10通过引线框架29电性并联连接。图9是半导体器件10与其上下两侧的引线框架29的扩大剖视图。
如图10～图12所示，将75个半导体组件10与6枚引线框架板21～26的组合体收纳在成形模具(省略图示)中，采用透明合成树脂(例如，丙烯树脂以及聚碳酸酯等)而成形，在由所述透明合成树脂形成的透光部件31内埋入5行5列的半导体器件10以及与其对应的引线框架29并且使得为被透光部件31覆盖的状态。如此，同时形成作为太阳能电池面板的3组受光用半导体组件20。在透光部件31上形成使得外来光从两侧会聚到各列半导体器件10上的部分圆筒透镜31a。
最后，切离开3组受光用半导体组件20。此时，首先，在中间的引线框架板22～25上，利用成形模具在引线框架20从透光部件31向外部延伸的两端的切断部分32上进行切断。对于上下两侧的引线框架板21、26，为了使得该引线框架20以原来的宽度向透光部件31外延伸，切断切断部分并且从外框部分28上分离出来。
其次，对于部分地改变了所述实施形态的各种的变化形态进行说明。
1)变化形态1(参照图17)
图17所示的半导体器件10A是在第2平坦面7上形成焊接铝球的正电极9c。而且，省略了上述的p+型扩散层8。制造该半导体器件10时，实行与半导体器件10的制造方法中图1～图4相同的步骤，然后，将负电极9a通过焊锡11与引线框架29接合，在第2平坦面7的中心部分上，施加超声波以及热量的同时焊接直径为0.3～0.4mm的铝球，形成突出的正电极9c。
这里，替代所述铝球，也可以采用金球。如此，通过球焊接形成的电极适合于在较窄的空间正确地形成电极的情况，比起扩散以及合金化的情况，能够在更低的温度下形成低阻抗接触。由于能够增大该正电极9c的高度，并且由于能够增大与引线框架29之间的间隔或者相互串联连接半导体器件时与半导体器件电极之间的间隔，故能够适合于仅在正电极9c上涂布导电性粘接着。而且，上述半导体器件10也可以适用该正电极9c。又，上述说明的半导体器件10A也可以替代所述半导体器件10适用于半导体组件20。
2)变化形态2(参照图18～图21)
首先，参照图18～图21，对于制造半导体器件10B的方法进行说明。首先，如图18所示，与上述实施形态相同地，制作成在由p型硅单晶体(电阻率1Ωm)形成的圆球状的半导体元件1a(直径为1.5mm)中心两侧的1对顶部上形成平行的第1、第2平坦面2、7b的半导体元件1B。第1、第2平坦面2、7b的直径分别为0.6mm、0.8mm左右，第1、第2平坦面2、7b的平均直径小于第1、第2平坦面2、7b之间的距离。其次，如图19所示，在半导体元件1B的全表层部分作为n型掺杂杂抟使得磷扩散，并形成厚度为0.4～0.5μm左右的n+型扩散层3，通过该扩散层3形成几乎球面状的pn结4b。
其次，如图20所示，对于在使得磷扩散时产生的氧化硅膜进行蚀刻处理并去除。其次，如图21所示，在第1平坦面2的中心部分印刷银胶并且形成直径为0.4mm、厚度为0.2mm左右的点状，在氧化性气体或者惰性气体中在600℃～800℃的温度下加热烧结，形成与扩散层3低阻抗连接的负电极9a。其次，在第2平坦面7b的表面上加上直径为0.4mm、厚度为0.3mm左右的点状的铝，在惰性气体或者真空中，急速加热到750℃～850℃的温度并且此后立即进行冷却。结果，由于铝与硅共晶反应熔融的硅以硅单晶体为晶种，成长为图示那样掺杂有铝的p+型的再结晶层8b。这是所谓的合金型pn结的技术。
由于所述再结晶层8b贯通扩散层3，残留在表面的铝通过p型硅单晶体部分与p+型的再结晶层8b，形成低电阻接触的负电极9d。而且，pn结4b与p+n+结4d连接。此后，在半导体元件1B的表面上形成防反射膜。
对于该半导体元件1B，不必如所述半导体器件10那样进行硼的扩散，能够同时形成p+型的再结晶层8b与正电极9d。由于正电极9d的高度增加，不会弄脏再结晶层8b的表面，能够涂布导电性粘接剂。
这里，替代所述铝，可采用原子比为金99％、硼1％左右的金(AuB)或者原子比为金99％、镓1％左右的金(AuGa)而同时地形成再结晶层8b与正电极9d。而且，替代上述半导体器件10，该半导体器件10B也能够适用于半导体组件20。
3)变化形态3(参照图22～图30)
如图27所示，适用作为太阳能电池的受光用半导体器件10C具有圆柱状的半导体元件41、具有第1，第2平坦面42，43、n型扩散层44、pn结45、p+型扩散层47、作为反射膜的氧化硅膜46、负电极49a以及正电极49b。该半导体器件10C形成短圆柱状，虽然与上述半导体器件器件10的形状不同，而构造相同，故这里简单地进行说明。
半导体元件41是由p型硅单晶体形成的圆柱状的半导体元件并且在一对的端部形成与轴心垂直的、相互平行的第1、第2平坦面42、43。扩散层44形成在半导体元件41的第1平坦面42与外周面的表层部分，通过该扩散层44在半导体元件41的表层部分上形成pn结45。利用机械化学性的研磨去除第2平坦面42的扩散层44，在第2平坦面43上形成p+型扩散层47。对于第1平坦面42，在扩散层44的表面上设置负电极49a，对于第2平坦面43，在扩散层47的表面上形成正电极49b。而且，扩散层44、pn结45、扩散层47、正电极49a以及负电极49b等与上述半导体器件10的相同。
其次，参照图22～图27对于所述圆柱状的半导体器件10C的制造方法进行说明。首先，如图22、图23所示，制作电阻率为1Ωm左右的p型硅单晶体形成的直径1.5mm的细长圆柱状半导体材料40，切断该圆柱半导体材料40而使得轴心方向的长度为1.6mm，制作成在两端具有与轴心垂直并相互平行的第1、第2平坦面42、43的短圆柱状(即粒状)的半导体元件41。
而且，由p型硅单晶体形成的所述圆柱状半导体材料40能够例如通过下述这样进行制造，即通过从开在石墨制的坩埚底部的喷嘴状孔穴起使得<111>方位的晶种与坩埚内的硅溶液接触并且从下方引出而使得单晶体成长。由于能够形成细长的圆柱状，加工的损失较小，故比较经济。又，圆柱状半导体材料的直径并没有限定在1.5mm，也可以为1～3mm左右。
其次，如图24所示，在圆柱状的半导体元件41的全部表面进行磷扩散并设置深度为0.4～0.5μm的n+型扩散层44，通过该扩散层44在半导体元件41的第1平坦面42与外周面的表层部分上形成pn结45。
其次，如图24、25所示，暂时采用氧化氟水溶液除去磷扩散时形成于表面的氧化硅膜，在氧气中加热半导体元件41并且在全部表面上形成氧化硅膜46(防反射膜)。此后，利用机械性化学的研磨法对于第2平坦面43进行研磨，除去n+型扩散层44，形成露出了硅单晶体的第2平坦面43。
其次，如图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上扩散硼，并设置深度为0.1～0.2μm的p+型扩散层47。由此，形成p+n+结48，能够使其终端位于氧化硅膜46的内侧，并与外部截断。
其次，如图27所示，在第1、第2平坦面42、43的中心部分印刷直径为0.5mm、厚度为0.2mm左右银胶并使其为点状，与上述的半导体器件10同样地进行烧结，设置分别与扩散层44、47低阻抗接触的负电极49a、正电极49b。如此，形成适合于太阳能电池的圆柱半导体状半导体器件10C。对于该半导体器件10C，也可以与所述图18～图21所示相同地形成负极与正极。该半导体器件10C比球状太阳能电池更容易进行电池的制造，相对于半导体元件的半径方向而不是所有方向，具有均匀的方向性，能够获得比平面状电池采光能力更高的光电变化性能。
替代所述半导体组件20中的半导体器件10也可以采用半导体器件10C，如图28～图30所示，能够构成与所述半导体组件20几乎相同的半导体组件20A。该半导体组件20A中的引线框架29A、负极端34A、正极端35A、透光部件31A等与上述半导体组件20的相同，故这里采用相同符号并且省略说明。
4)变化形态4  …(参照图31～34)
其次，对于适用了所述半导体器件10的具有受光功能的半导体组件20B的构造以及制造方法进行说明。如图33、34所示，该半导体组件20B具备具有受光功能的例如72个(12个×6)粒状半导体器件10、包含金属制的8个环状引线框架51～57的导电机构50、透光部件58。72个半导体器件10以导电方向一致的状态区分成12列并且在圆周方向上间隔相等地配置成环状而成12列。
导电连接机构50具有带有最下段的负极端51a的环状引线框架51、中段环状引线框架52～56、带有最上段的正极端57a的环状引线框架57。环状引线框架52～56具有与上述实施形态的引线框架板(21～26)相同的材料、相同的板厚，形成宽度为1.5mm的环状。框状引线框架51、57与所述引线框架板(21～26)材料相同并且板厚约为1.0mm。
在环状引线框架51、57上分别一体形成4个负极端51a、4个正极端57a。在该导电连接机构各50中，将各列的6个半导体器件10电性串联连接同时将各环的12个半导体器件10电性并联连接。
圆筒状的透光部件58由丙烯、聚碳酸酯等的透明合成树脂形成厚壁的圆筒状。配置成环状的12列半导体器件10埋入在透光部件58的周壁58a内。在透光部件58的周壁58a的内周面上形成使得透过其周壁58a的光向半导体器件10产生漫反射的漫反射面58b。该漫反射面58b是小形的多个棱锥面。
对于制造该半导体组件20B的的方法进行说明。
如图31、图32所示，首先，制作环状引线框架51～57、72个半导体器件10。其次，与制作上述半导体组件20几乎相同地，在环状引线框架51的上面配置12个半导体器件10而使得负电极9a在下并以导电性粘接剂粘接。其次，在该12个半导体器件10的正电极9b上涂布导电性粘接剂，然后在其上接着环状引线框架52，如此顺次反复进行，如图32那样进行组装，此后在环状的引线框架57上面施加规定重量的状态下，进行加热使得粘接剂硬化。
即，在多个环状引线框架51、57之间，使得72个半导体器件10以导电方向一致的状态进行组装，区分成1 2列，在圆周方向上排列成等间隔配置成环状的12列，透过环状引线框架51～57串联连接各列的6个半导体器件10，同时通过环状引线框架51～57并联连接各环的12个半导体器件10。结果，形成图31、32所示的组合体60。
其次，将该组合体收纳在规定的成形用模具内，通过注入透明合成树脂，形成图33、图34所示的透明合成树脂制的厚壁的圆筒状的透光部件58，将12列半导体器件10埋入到透明合成树脂制的圆筒状透光部件58的周壁58a内。
根据该半导体组件20B，由于整体上形成圆筒状，外来光来自全周360度中任意方向的情况下，也能够可靠的受光并进行光电变换，在负极端51a与正极端57a之间产生约为4.2伏特左右的电动势。由于在透光部件58的内周面上形成漫反射面58b，光电变换效率也变大。而且，由于透光部件58的外径与内径的差，使得导入入射角大的光而围绕周壁58a内并到达离开的半导体器件10。
其次，对于上述实施形态的可能的变化例进行说明。
(1)作为构成所述半导体元件1、41的半导体，替代硅，还可以采用其他半导体，例如，Si与Ge的混晶半导体或者多层构造的半导体，也可以采用GaAs、InP、GaP、GaN、InCuSe等的任意之一，而且，还可以采用其他的半导体。
(2)半导体元件1、41的导电形并不限定于p型，也可以是n型，此时使得形成p型扩散层。
(3)采用化学气相成长法(CVD)等其他半导体薄膜生成法，也能够形成所述扩散层3、44与pn结4、45。
(4)防反射膜6a、46也可以由氧化硅膜以外的氧化钛等其他绝缘膜构成。又，形成电极9a、9b、49a、49b时，也能够采用银胶以外的金属胶、铝、金等的电极材料。为了将半导体器件10粘接到引线框架29上，也可以用焊锡替代导电性树脂。
(5)替代半导体组件20、20A中的透光部件可采用下述构造，即在半导体器件的两面上安装强化玻璃，在该强化玻璃之间填充透明的乙烯醋酸乙烯酯(EVA)树脂等，用框架封闭端部。
(6)对于半导体组件20、20A、20B，替代半导体器件10也可以采用半导体器件10A、10B、10C中的任意之一。
安装在半导体组件20、20A、20B的半导体器件的数目以及配置形态并不限定于上述实施形态中的所描述的，能够自由地进行设定。
(7)对于上述半导体组件，以具有受光功能的半导体组件为例进行了说明，而本发明的半导体器件也可以同样适用于具有发光功能的半导体组件。然而，此时，作为半导体器件必须采用具有发光功能的半导体器件(球状的半导体器件、圆柱状的半导体器件或者粒状的半导体器件)。
作为具有这样的发光功能的半导体器件，例如，也能够适用在WO98/15983号公报以及WO99/10935号公报中本发明的发明者提出的各种球状的发光二极管，也可以适用其他各种构造的发光二极管。具有这样的发光功能的半导体组件可以适用于面发光形的照明装置、黑白以及彩色的显示器或者各种显示装置等。
(8)另外，本领域的技术人员在不离开本发明的精神的基础上，能够实现本发明的其他的种种变形。而且，本发明范围并不限于上述实施形态中所揭示的各种形态。

Claims (17)

1.一种发光或者受光用半导体器件，其特征在于，具备：
由p型或者n型半导体形成的大致为球状的、在其中心两侧的两个顶部形成平行的第1、第2平坦面的半导体元件；
形成于包含所述第1平坦面的半导体元件的表层部分上的扩散层以及通过所述扩散层形成的大致为球面状的pn结；以及
分别设置在所述第1、第2平坦面上并且与所述pn结两端连接的第1、第2电极。
2.如权利要求1所述的发光或者受光用半导体器件，其特征在于，
所述第1、第2平坦面的平均直径小于两平坦面间的距离。
3.如权利要求2所述的发光或者受光用半导体器件，其特征在于，
所述第1、第2平坦面的直径不同。
4.如权利要求2所述的发光或者受光用半导体器件，其特征在于，
所述半导体元件由圆球状的半导体元件制成。
5.一种发光或者受光用半导体器件，其特征在于，具备：
半导体元件，所述半导体元件由p型或者n型半导体形成圆柱状并且在所述半导体元件的两个端部上形成与轴心垂直的、相互平行的第1、第2平坦面；
形成于包含所述第1平坦面的半导体元件的表层部分上的扩散层以及通过所述扩散层形成的pn结；以及
分别设置在所述第1、第2平坦面上并且与所述pn结的两端连接的第1、第2电极。
6.如权利要求5所述的发光或者受光用半导体器件，其特征在于，
所述第1、第2平坦面的直径小于两平坦面间的距离。
7.如权利要求2或者6所述的发光或者受光用半导体器件，其特征在于，
所述半导体元件由单结晶半导体构成。
8.如权利要求2或者6所述的发光或者受光用半导体器件，其特征在于，
所述半导体元件由硅半导体构成。
9.如权利要求2或者6所述的发光或者受光用半导体器件，其特征在于，
所述半导体元件由硅与锗的混晶半导体构成。
10.如权利要求2或者6所述的发光或者受光用半导体器件，其特征在于，
所述半导体元件是由砷化镓(GaAs)、磷化铟(InP)、磷化镓(GaP)、氮化镓(GaN)、硒化铟铜(InCuSe)中的任意一种化合物半导体构成。
11.如权利要求2或者6所述的发光或者受光用半导体器件，其特征在于，
所述半导体元件由p型半导体构成，所述扩散层由n型扩散层构成，在所述第2平坦面上形成p型扩散层，在所述p型扩散层的表面上设置第2电极。
12.如权利要求2或者6所述的发光或者受光用半导体器件，其特征在于，
所述半导体元件由n型半导体构成，所述扩散层由p型扩散层构成，在所述第2平坦面上形成n型扩散层，在所述n型扩散层的表面上设置第2电极。
13.一种发光或者受光用半导体器件的制造方法，其特征在于，具备：
制作由p型或者n型半导体形成的球状半导体元件的第1工序；
在所述半导体元件的顶部形成第1平坦面的第2工序；
在包含所述第1平坦面的半导体元件的表层部分上形成与半导体元件的导电型不同的扩散层并且通过所述扩散层形成大致球面状的pn结的第3工序；
形成所述半导体元件中的第1平坦面以及在相反侧的顶部上形成与所述第1平坦面平行的、去除了扩散层的第2平坦面的第4工序；
在所述第1、第2平坦面上形成与所述pn结的两端分别连接的第1、第2电极的第5工序。
14.一种发光或者受光用半导体器件的制造方法，其特征在于，具备：
制作由p型或者n型半导体形成的球状半导体元件的第1工序；
在所述半导体元件的中心两侧的两个顶部上形成平行的第1、第2平坦面的第2工序；
在包含所述第1、第2平坦面的半导体元件的表层部分上形成n型扩散层，同时通过所述扩散层形成大致呈球面状的pn结的第3工序；以及
在所述第1、第2平坦面上形成与所述pn结的两端分别连接的第1、第2电极的第4工序。
15.如权利要求14所述的发光或者受光用半导体器件的制造方法，其特征在于，
在所述第4工序中，使Al、AuGa、AuB中的任一种的小片与第2平坦面接触并且进行加热使其熔融，形成贯通扩散层的p型再结晶层以及与所述p型再结晶层相连的第2电极。
16.一种发光或者受光用半导体器件的制造方法，其特征在于，具备：
制作由p型或者n型半导体形成的圆柱状半导体元件并且同时在所述半导体元件的两个端部上形成与轴心垂直的相互平行的第1、第2平坦面的第1工序；
在所述半导体元件的表层部分上形成与半导体元件不同导电型的扩散层，同时通过所述扩散层形成pn结的第2工序；
在所述第1、第2平坦面上设置与所述pn结的两端分别连接的第1、第2电极的第3工序。
17.如权利要求16所述的发光或者受光用半导体器件的制造方法，其特征在于，
在所述第3工序中，使Al、AuGa、AuB中的任一种的小片与第2平坦面接触并且进行加热使其熔融，形成与贯通扩散层的p型或者n型再结晶层相连的第2电极。
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