DE112010002834B4

DE112010002834B4 - Thermoelektrische Vorrichtungen

Info

Publication number: DE112010002834B4
Application number: DE112010002834.6T
Authority: DE
Inventors: Masayuki Abe
Original assignee: 3D BIO CO Ltd; 3D-BIO Co Ltd; EYEVIEWTECH CO Ltd
Current assignee: 3D BIO CO Ltd; 3D-BIO Co Ltd; EYEVIEWTECH Co Ltd
Priority date: 2009-08-11
Filing date: 2010-08-05
Publication date: 2018-07-19
Anticipated expiration: 2030-08-06
Also published as: RU2515214C2; US8872302B2; JP2011040585A; WO2011019163A3; DE112010002834T5; SG178181A1; CN102511087A; WO2011019163A2; JP4516625B1; RU2012108191A; US20120139074A1; KR100992585B1; CN102511087B

Abstract

Thermoelektrische Vorrichtung mit:einem thermoelektrischen Umwandlungselement (100), das einen ersten Stapel an Halbleiterschichten (22, 24, 26, 28, 32, 34 und 46 bzw. 22, 24, 26 und 40) aufweist, welche eine thermoelektrische Umwandlung mittels des Seebeck-Effektes durchführen, undmindestens einem von einem photoelektrischen Umwandlungselement (102), bei dem mindestens ein Bereich eines zweiten Stapels an Halbleiterschichten (22, 24, 26, 28, 32, 34 und 40) eine photoelektrische Umwandlung durchführt, von einem Transistor (104) oder von einer Diode mit mindestens einem Bereich eines dritten Stapels an Halbleiterschichten (22, 24, 26 und 40) als Arbeitsschicht,wobei eine der Halbleiterschichten eine Bandlückenenergie aufweist, die UV-Licht entspricht,das thermoelektrische Umwandlungselement (100) ein IR-Absorptionsteil aufweist, das IR-Strahlen absorbiert und diese in Wärme umwandelt, undmindestens der Bereich des zweiten Stapels an Halbleiterschichten des photoelektrischen Umwandlungselementes (102) eine photoelektrische Umwandlung des UV-Lichtes durchführt.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft eine elektronische Vorrichtung und eine thermische Umwandlungsvorrichtung, und insbesondere betrifft sie eine elektronische Vorrichtung und eine thermische Umwandlungsvorrichtung mit einem thermoelektrischen Umwandlungselement.
Stand der Technik
Ein thermisches Umwandlungselement wird verwendet, um thermische Energie in elektrische Energie mittels des Seebeck-Effekts umzuwandeln. Die Druckschriften JP 2000-244023 A und US 6 864 111 B2 offenbaren thermische Umwandlungsvorrichtungen, die den Seebeck-Effekt eines Halbleiters verwenden.
Offenbarung
Technisches Problem
Es besteht Bedarf für eine elektronische Vorrichtung, bei der ein thermoelektrisches Umwandlungselement und mindestens eines von einem photoelektrischen Element und einem Transistor oder einer Diode integriert sind. Da allerdings eine monolithische Integration des thermoelektrischen Umwandlungselementes und mindestens eines von einem photoelektrischen Umwandlungselement und einem Transistor oder einer Diode schwierig ist, wurde bislang eine Hybridintegration durchgeführt.
Für den Fall, dass eine thermoelektrische Umwandlungsvorrichtung eine p-leitende thermoelektrische Umwandlungseinheit mit einer p-leitenden Halbleiterschicht, welche für die thermoelektrische Umwandlung verantwortlich ist, und eine n-leitende thermoelektrische Umwandlungseinheit mit einer n-leitenden Halbleiterschicht aufweist, welche für die thermoelektrische Umwandlung verantwortlich ist, können die p-leitende thermoelektrische Umwandlungseinheit und die n-leitende thermoelektrische Umwandlungseinheit sich beeinflussen.
Dementsprechend wurde die vorliegende Erfindung unter Berücksichtigung der oben erwähnten Probleme durchgeführt und eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung liegt darin, eine elektronische Vorrichtung bereitzustellen, welche eine monolithische Integration eines thermoelektrischen Umwandlungselementes und mindestens eines von einem photoelektrischen Umwandlungselement und einem Transistor oder einer Diode ermöglicht oder welche Wechselwirkungen einer p-leitenden thermoelektrischen Umwandlungseinheit mit einer n-leitenden thermoelektrischen Umwandlungseinheit verhindert.
Technische Lösung
Die vorliegende Erfindung stellt bereit: eine elektronische Vorrichtung mit einem thermoelektrischen Umwandlungselement aufweisend eine Halbleiterschicht, welche eine thermoelektrische Umwandlung durchführt, und mindestens eines von einem photoelektrischen Umwandlungselement, bei dem mindestens ein Bereich der Halbleiterschicht eine photoelektrische Umwandlung durchführt, von einem Transistor oder von einer Diode mit mindestens einem Bereich der Halbleiterschicht als Arbeitsschicht. Nach der vorliegenden Erfindung können das thermoelektrische Umwandlungselement und mindestens eines von dem Transistor oder von der Diode monolithisch integriert sein.
Die vorliegende Erfindung stellt bereit: eine elektronische Vorrichtung mit einem thermoelektrischen Umwandlungselement aufweisend eine Halbleiterschicht, welche eine thermoelektrische Umwandlung mittels des Seebeck-Effektes durchführt, und mindestens einem von einem photoelektrischen Umwandlungselement, bei dem mindestens ein Bereich der Halbleiterschicht eine photoelektrische Umwandlung durchführt, von einem Transistor oder von einer Diode mit mindestens einem Bereich der Halbleiterschicht als Arbeitsschicht, wobei die Halbleiterschicht eine Bandlückenenergie aufweist, die UV-Licht (UV Ultraviolett) entspricht, das thermoelektrische Umwandlungselement ein IR-Absorptionsteil (IR Infrarot) aufweist, das IR-Strahlen absorbiert und diese in Wärme umwandelt, und mindestens der Bereich der Halbleiterschicht des photoelektrischen Umwandlungselementes eine photoelektrische Umwandlung des UV-Lichtes durchführt. Nach diesem Aufbau können das photoelektrische Umwandlungselement, welches das UV-Licht erfasst, und das thermoelektrische Umwandlungselement, welches die IR-Strahlen erfasst, monolithisch integriert sein.
Die vorliegende Erfindung stellt bereit: eine elektronische Vorrichtung mit einem thermoelektrischen Umwandlungselement aufweisend eine Halbleiterschicht, welche eine thermoelektrische Umwandlung mittels des Seebeck-Effektes durchführt, und mindestens einem von einem photoelektrischen Umwandlungselement, bei dem mindestens ein Bereich der Halbleiterschicht eine photoelektrische Umwandlung durchführt, von einem Transistor oder von einer Diode mit einem Bereich der Halbleiterschicht als Arbeitsschicht, wobei die Halbleiterschicht eine Bandlückenenergie aufweist, die IR-Strahlen entspricht, das thermoelektrische Umwandlungselement ein IR-Absorptionsteil aufweist, das IR-Strahlen absorbiert und diese in Wärme umwandelt, und mindestens der Bereich der Halbleiterschicht des photoelektrischen Umwandlungselementes eine photoelektrische Umwandlung der IR-Strahlen durchführt. Nach diesem Aufbau können das thermoelektrische Umwandlungselement, welches ein breites Spektrum der IR-Strahlen erfasst, und das photoelektrische Umwandlungselement, welches die IR-Strahlen erfasst, die der Bandlückenenergie der Halbleiterschicht entsprechen, monolithisch integriert sein.
Bei diesem Aufbau kann die Halbleiterschicht eine p-leitende Halbleiterschicht und eine n-leitende Halbleiterschicht aufweisen, welche gestapelt sind, und das thermoelektrische Umwandlungselement kann eine p-leitende thermoelektrische Umwandlungseinheit, bei der die p-leitende Halbleiterschicht eine thermoelektrische Umwandlung durchführt, und eine n-leitende thermoelektrische Umwandlungseinheit aufweisen, bei der die n-leitende Halbleiterschicht eine thermoelektrische Umwandlung durchführt. Nach diesem Aufbau kann die thermoelektrische Umwandlung mit hoher Empfindlichkeit durchgeführt werden.
Die vorliegende Erfindung stellt bereit: eine elektronische Vorrichtung mit: einem thermoelektrischen Umwandlungselement aufweisend eine Halbleiterschicht, welche eine thermoelektrische Umwandlung mittels des Seebeck-Effektes durchführt, und mindestens einem von einem photoelektrischen Umwandlungselement, bei dem mindestens ein Bereich der Halbleiterschicht eine photoelektrische Umwandlung durchführt, von einem Transistor oder von einer Diode mit mindestens einem Bereich der Halbleiterschicht als Arbeitsschicht, wobei die Halbleiterschicht eine p-leitende Halbleiterschicht und eine n-leitende Halbleiterschicht aufweist, welche gestapelt sind, und das thermoelektrische Umwandlungselement eine p-leitende thermoelektrische Umwandlungseinheit, bei der die p-leitende Halbleiterschicht eine thermoelektrische Umwandlung durchführt, und eine n-leitende thermoelektrische Umwandlungseinheit aufweist, bei der die n-leitende Schicht eine thermoelektrische Umwandlung durchführt, und das photoelektrische Umwandlungselement eine Photodiode ist, welche die p-leitende Halbleiterschicht und die n-leitende Halbleiterschicht verwendet. Nach diesem Aufbau kann die monolithische Integration des thermoelektrischen Umwandlungselementes und des photoelektrischen Umwandlungselementes sehr viel einfacher durchgeführt werden.
Bei diesem Aufbau kann ein Isolationsteil zwischen der p-leitenden thermoelektrischen Umwandlungseinheit und der n-leitenden thermoelektrischen Umwandlungseinheit angeordnet sein, um elektrisch die p-leitende Halbleiterschicht und die n-leitende Halbleiterschicht zu isolieren. Nach diesem Aufbau können Wechselwirkungen zwischen der p-leitenden Halbleiterschicht und der n-leitenden Halbleiterschicht vermieden werden.
Bei diesem Aufbau kann eine ohmsche Elektrode, welche auf der Halbleiterschicht gebildet und an einer oberen Position zwischen der p-leitenden Halbleiterschicht und der n-leitenden Halbleiterschicht angeordnet ist, eine unlegierte ohmsche Elektrode sein, und eine ohmsche Elektrode, welche auf der Halbleiterschicht gebildet und an einer unteren Position zwischen der p-leitenden Halbleiterschicht und der n-leitenden Halbleiterschicht angeordnet ist, eine legierte ohmsche Elektrode sein. Bei diesem Aufbau kann verhindert werden, dass die ohmsche Elektrode, welche auf der Halbleiterschicht gebildet und an einer oberen Position angeordnet ist, elektrisch mit der ohmschen Elektrode verbunden ist, welche auf der Halbleiterschicht gebildet und an einer unteren Position angeordnet ist.
Bei diesem Aufbau kann die Halbleiterschicht eine modulationsdotierte Struktur aufweisen. Nach diesem Aufbau kann sowohl die gewünschte Empfindlichkeit als auch die gewünschte Nachweisbarkeit der thermoelektrischen Umwandlung erreicht werden.
Bei diesem Aufbau können das thermoelektrische Umwandlungselement und das photoelektrische Umwandlungselement in einer Mehrzahl so vorgesehen sein, dass die Anzahl der thermoelektrischen Umwandlungselemente und die Anzahl der photoelektrischen Umwandlungselemente in einer Matrixgestalt angeordnet sind, und ein Auswahlteil kann vorgesehen sein, um mindestens eins aus der Anzahl der thermoelektrischen Umwandlungselemente und der Anzahl der photoelektrischen Umwandlungselemente auszuwählen, und es kann den Transistor aufweisen.
Die vorliegende Erfindung stellt bereit: eine elektronische Vorrichtung mit einer Halbleiterschicht, die eine p-leitende Halbleiterschicht und eine n-leitende Halbleiterschicht aufweist, welche gestapelt sind, und einem ersten thermoelektrischen Umwandlungselement, das eine erste n-leitende thermoelektrische Umwandlungseinheit, bei der die n-leitende Halbleiterschicht eine thermoelektrische Umwandlung durchführt, und eine erste p-leitende thermoelektrische Umwandlungseinheit aufweist, bei der die p-leitende Halbleiterschicht eine thermoelektrische Umwandlung durchführt, einem zweiten thermoelektrischen Umwandlungselement, das eine zweite n-leitende thermoelektrische Umwandlungseinheit, bei der die n-leitende Halbleiterschicht eine thermoelektrische Umwandlung durchführt, und eine zweite p-leitende thermoelektrische Umwandlungseinheit aufweist, bei der die p-leitende Halbleiterschicht eine thermoelektrische Umwandlung durchführt, einem ersten Trägerbereich, der die erste n-leitende thermoelektrische Umwandlungseinheit und die zweite p-leitende thermoelektrische Umwandlungseinheit aufweist, einem zweiten Trägerbereich, der die erste p-leitende thermoelektrische Umwandlungseinheit und die zweite n-leitende thermoelektrische Umwandlungseinheit aufweist, und einen Zentralbereich, mit dem der erste Trägerbereich und der zweite Trägerbereich verbunden sind und welcher ein erstes Isolationsteil zum elektrischen Isolieren mindestens einer von der p-leitenden Halbleiterschicht und der n-leitenden Halbleiterschicht zwischen dem ersten thermoelektrischen Umwandlungselement und dem zweiten thermoelektrischen Umwandlungselement aufweist, wobei die erste n-leitende thermoelektrische Umwandlungseinheit und die zweite p-leitende thermoelektrische Umwandlungseinheit in Reihe so geschaltet sind, dass das erste n-leitende thermoelektrische Umwandlungseinheit und die zweite p-leitende thermoelektrische Umwandlungseinheit verbunden sind. Nach der vorliegenden Erfindung können Wechselwirkungen zwischen dem ersten Umwandlungselement und dem zweiten Umwandlungselement vermieden werden.
Bei diesem Aufbau kann der erste Trägerbereich ein zweites Isolationsteil zum elektrischen Isolieren der ersten n-leitenden thermoelektrischen Umwandlungseinheit und der zweiten p-leitenden thermoelektrischen Umwandlungseinheit aufweisen, und der zweite Trägerbereich kann ein drittes Isolationsteil zum elektrischen Isolieren der ersten p-leitenden thermoelektrischen Umwandlungseinheit und der zweiten n-leitenden thermoelektrischen Umwandlungseinheit aufweisen. Nach der diesem Aufbau können Interferenzen zwischen dem ersten Umwandlungselement und dem zweiten Umwandlungselement vermieden werden.
Vorteilhafte Wirkungen
Nach der vorliegenden Erfindung können ein thermoelektrisches Umwandlungselement und mindestens eines von einem Transistor oder von einer Diode monolithisch integriert sein.
Figurenliste

1 ist eine Querschnittsdarstellung, die eine elektronische Vorrichtung nach einem ersten Ausführungsbeispiel zeigt,
2(a) bis 2(d) sind Querschnittsdarstellungen, die ein Verfahren zur Herstellung eines thermoelektrischen Umwandlungselementes 100 zeigen,
3 zeigt die Bandlückenenergie in Bezug auf die Gitterkonstante einer Anzahl an Halbleitern,
4 ist eine Querschnittsdarstellung, die eine Modifikation des ersten Ausführungsbeispieles zeigt,
5 ist eine Querschnittsdarstellung, die eine thermoelektrische Umwandlungsvorrichtung nach einem zweiten Ausführungsbeispiel zeigt,
6 ist eine Draufsicht, welche die thermoelektrische Umwandlungsvorrichtung zeigt,
7(a) und 7(b) sind Draufsichten, die Modifikationen des zweiten Ausführungsbeispieles zeigen,
8(a) bis 8(c) sind Draufsichten, die weitere Modifikationen des zweiten Ausführungsbeispieles zeigen,
9(a) zeigt die Empfindlichkeit R einer thermoelektrischen Umwandlungsvorrichtung mit AlGaN/GaN in Bezug auf Änderungen in L und W,
9(b) zeigt die Nachweisbarkeit D und die Antwortzeit τ in Bezug auf Änderungen in L und W,
10(a) zeigt die Empfindlichkeit R einer thermoelektrischen Umwandlungsvorrichtung mit MgZnO/ZnO in Bezug auf Änderungen in L und W,
10(b) zeigt die Nachweisbarkeit D und die Antwortzeit τ in Bezug auf Änderungen in L und W,
11(a) zeigt die Empfindlichkeit R einer thermoelektrischen Umwandlungsvorrichtung mit AlGaAs / InGaAs in Bezug auf Änderungen in L und W,
11(b) zeigt die Nachweisbarkeit D und die Antwortzeit τ in Bezug auf Änderungen in L und W und
12 ist ein Blockschaltbild, das ein viertes Ausführungsbeispiel zeigt.

Bevorzugte Ausführungsbeispiele
Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung unter Bezug auf die Zeichnungen beschrieben.
Erstes Ausführungsbeispiel
1 ist eine Querschnittsdarstellung, die eine elektronische Vorrichtung nach einem ersten Ausführungsbeispiel zeigt. Ein thermoelektrisches Umwandlungselement 100, ein photoelektrisches Umwandlungselement 102 und ein Transistor 104 sind auf einem Substrat 10 gebildet. Sequentiell sind auf dem aus Si bestehenden Substrate 10 eine Ätzstopschicht 14, eine n-leitende Halbleiterschicht 20, eine elektrische Isolationsschicht 28 und eine p-leitende Halbleiterschicht 30 angeordnet. Eine Halbleiterschicht 38 enthält die n-leitende Halbleiterschicht 20, die elektrische Isolationsschicht 28 und die p-leitende Halbleiterschicht 30. Das thermoelektrische Umwandlungselement 100 enthält eine p-leitende thermoelektrische Umwandlungseinheit 92 und eine n-leitende thermoelektrische Umwandlungseinheit 90. Die Halbleiterschicht 38 zwischen dem thermoelektrischen Umwandlungselement 100, dem photoelektrischen Umwandlungselement 102 und dem Transistor 104 wird mittels eines Isolationsteils 42 isoliert, das auf der oberen Oberfläche der Ätzstopschicht 14 gebildet ist. Die p-leitende thermoelektrische Umwandlungseinheit 92 und die n-leitende thermoelektrische Umwandlungseinheit 90 sind mittels eines Isolationsteils 42 isoliert, das auf der oberen Oberfläche der Ätzstopschicht 14 gebildet ist.
Bei der p-leitenden thermoelektrischen Umwandlungseinheit 92 sind die p-leitenden ohmschen Elektroden 46 an beiden Seiten auf der p-leitenden Halbleiterschicht 30 gebildet. Eine Passivationsschicht 40 ist auf der p-leitenden Halbleiterschicht 30 zwischen den p-leitenden ohmschen Elektroden 46 gebildet. Bei der n-leitenden thermoelektrischen Umwandlungseinheit 90 sind die p-leitende Halbleiterschicht 30 und die elektrische Isolationsschicht 28 entfernt und die n-leitenden ohmschen Elektroden 44 sind an beiden Seiten der n-leitenden Halbleiterschicht 20 gebildet. Eine Passivationsschicht 40 ist auf der n-leitenden Halbleiterschicht 20 zwischen den n-leitenden ohmschen Elektroden 44 gebildet. Ein Absorptionsteil 48 ist an einer p-leitenden ohmschen Elektrode 46 und einer n-leitenden ohmschen Elektrode 44 an einer Position vorgesehen, bei der die p-leitenden thermoelektrische Umwandlungseinheit 92 und die n-leitende thermoelektrische Umwandlungseinheit 90 in Kontakt sind. Kühllagen 50 sind jeweils auf der anderen p-leitenden ohmschen Elektrode 46 und der anderen n-leitenden ohmschen Elektrode 44 gebildet. Weiterhin ist ein Hohlraum 12 auf dem Substrat 10 unter der p-leitenden thermoelektrischen Umwandlungseinheit 92 und der n-leitenden thermoelektrischen Umwandlungseinheit 90 gebildet.
Bei dem photoelektrischen Umwandlungselement 102 sind die p-leitenden ohmschen Elektroden 52 auf der p-leitenden Halbleiterschicht 30 gebildet. Eine Passivationsschicht 40 ist auf der p-leitenden Halbleiterschicht 30 gebildet, auf welcher die p-leitenden Elektroden 52 nicht gebildet sind. Die Passivationsschicht 40 kann aus einem Material gebildet sein, das ermöglicht Licht bei einer Wellenlänge durchzulassen, bei der das photoelektrische Umwandlungselement 102 die photoelektrische Umwandlung durchführt.
Bei dem Transistor 104 sind die p-leitenden Halbleiterschicht 30 und die elektrische Isolationsschicht 28 entfernt und die n-leitenden ohmschen Elektroden 54 (z. B. eine Source-Elektrode und eine Drain-Elektrode) und eine Gate-Elektrode 56 sind auf der n-leitenden Halbleiterschicht 20 vorgesehen. Weiterhin ist eine Passivationsschicht 40 auf der n-leitenden Halbleiterschicht 20 zwischen den n-leitenden ohmschen Elektroden 54 und der Gate-Elektrode 56 gebildet.
Die Schichten, die sich von der Ätzstopschicht 14 zu der p-leitenden Halbleiterschicht 30 erstrecken, können mittels MOCVD (metallisch-organische Gasphasenabscheidung) gebildet werden. Die Ätzstopschicht 14 kann z. B. eine 200 nm dicke undotierte Al_xGa_1-xN-Schicht (z. B. x = 0,6) aufweisen. Die n-leitende Halbleiterschicht 20 weist eine hochreine undotierte Schicht 22, eine n-leitende dotierte Elektronenzuführungsschicht 24, die eine Bandlücke größer als die undotierte hochreine Schicht 22 aufweist, und eine ohmsche Kontaktschicht 26 auf. Die hochreine Schicht 22 kann z. B. eine 10 nm dicke undotierte GaN-Schicht aufweisen. Die Elektronenzuführungsschicht 24 kann z. B. eine 100 nm dicke Al_xGa_1-xN-Schicht (z. B. x = 0,25) aufweisen, die mit Si zu 1 × 10¹⁸ cm^-3 dotiert ist. Die ohmsche Kontaktschicht 26 kann z. B. eine 30 nm dicke GaN-Schicht aufweisen, die mit Si zu 4 × 10¹⁸ cm^-3 dotiert ist. Die hochreine Schicht 22 und die Elektronenzuführungsschicht 24 bilden eine modulationsdotierte Struktur und ein zweidimensionales Elektronengas mit hoher Beweglichkeit wird in der hochreinen Schicht 22 gebildet.
Die elektrische Isolationsschicht 28 kann z. B. eine 100 nm dicke undotierte GaN-Schicht aufweisen. Die p-leitende Halbleiterschicht 30 weist eine undotierte hochreine Schicht 32 und eine p-leitende dotierte Löcherzuführungsschicht 34 auf, die eine Bandlücke größer als die undotierte hochreine Schicht 32 aufweist. Die hochreine Schicht 32 kann z. B. eine 10 nm dicke undotierte GaN-Schicht aufweisen. Die Löcherzuführungsschicht 34 kann z. B. eine 100 nm dicke Al_xGa_1-xN-Schicht (z. B. x = 0,25) aufweisen, die mit Mg zu 1 × 10¹⁹ cm^-3 dotiert ist. Die hochreine Schicht 32 und die Löcherzuführungsschicht 34 bilden eine modulationsdotierte Struktur und ein zweidimensionales Löchergas mit hoher Beweglichkeit wird in der hochreinen Schicht 32 gebildet.
Das Isolationsteil 42 kann z. B. mittels der folgenden Verfahren gebildet werden. Bereiche der Schichten, die sich von der p-leitenden Halbleiterschicht 30 bis zu der Schicht erstrecken, die auf der Ätzstopschicht 14 gebildet wird, werden mittels Ätzen entfernt, um eine Aussparung bis zu der oberen Oberfläche der Ätzstopschicht 14 zu bilden. Z. B. wird mittels CVD ein 500 nm dicker Isolator wie z. B. SiN oder SiO gebildet, um die Aussparung zu füllen. Dadurch wird das Isolationsteil 42 gebildet. Das Isolationsteil 42 kann auch gebildet werden, indem Ionen in die Halbleiterschicht 38 implantiert werden. Solch eine Ionenimplantation kann z. B. mit Bor oder Sauerstoff unter den Bedingungen einer Energie von 80 keV und einer Dosis von 5 × 10¹⁵ cm^-3 durchgeführt werden. Das Absorptionsteil 48 kann z. B. poröses Au aufweisen, das mittels Gasphasenabscheidung gebildet worden ist. Die Kühllagen 50 können z. B. CrAu aufweisen, das mittels Gasphasenabscheidung gebildet worden ist. Die Passivationsschicht 40 kann z. B. eine Siliziumoxidschicht oder eine Siliziumnitridschicht aufweisen.
Die p-leitenden ohmschen Elektroden 46 und die p-leitenden ohmschen Elektroden 52 können z. B. unlegierte ohmsche Elektroden aufweisen, die gebildet wurden, indem eine Ni-Schicht auf der p-leitenden Halbleiterschicht 30 und eine Al-Schicht auf der Ni-Schicht mittels Gasphasenabscheidung gebildet worden ist. Die n-leitenden ohmschen Elektroden 44 und die n-leitenden ohmschen Elektroden 54 können z. B. legierte ohmsche Elektroden aufweisen, die gebildet wurden, indem eine Ti-Schicht auf der n-leitenden Halbleiterschicht 20 und eine Al-Schicht auf der Ti-Schicht mittels Gasphasenabscheidung gebildet und danach eine Wärmebehandlung durchgeführt worden ist. Die Gateelektrode 56 kann z. B. eine Pt-Schicht aufweisen, die mittels Gasphasenabscheidung gebildet worden ist.
2(a) bis 2(d) sind Querschnittsansichten, die ein Verfahren zur Herstellung des thermoelektrischen Umwandlungselementes 100 zeigen. Wie in der 2(a) gezeigt ist, werden die Schichten von der Ätzstopschicht 14 bis zu der p-leitenden Halbleiterschicht 30 auf dem Substrat 10 z. B. mittels MOCVD gebildet. Das Isolationsteil 42 wird gebildet. Die p-leitende Halbleiterschicht 30 und die elektrische Isolationsschicht 28, die dem Bereich entsprechen, bei dem die n-leitende thermoelektrische Umwandlungseinheit 90 gebildet werden soll, werden entfernt. Als solche werden die p-leitende Halbleiterschicht 30 und die elektrische Isolationsschicht 28, die dem Bereich entsprechen, bei dem der Transistor gebildet werden soll, entfernt. Die Passivationsschicht 40 wird gebildet, um die p-leitende Halbleiterschicht 30 und die elektrische Isolationsschicht 28 abzudecken.
Wie in der 2(b) gezeigt ist, werden Bereiche der Passivationsschicht 40 entfernt, um die p-leitenden ohmschen Elektroden 46 zu bilden. Als solche werden die p-leitenden ohmschen Elektroden 52 des photoelektrischen Umwandlungselementes 102 gebildet. Bereiche der Passivationsschicht 40 werden entfernt, um die n-leitenden ohmschen Elektroden 44 zu bilden. Als solche werden die n-leitenden ohmschen Elektroden 54 des Transistors 104 gebildet.
Wie in der 2(c) gezeigt ist, werden die Kühllagen 50 jeweils gebildet, um in Kontakt mit der p-leitenden ohmschen Elektrode 46 und der n-leitenden ohmschen Elektrode 44 zu kommen. Das Absorptionsteil 48 wird gebildet, um in Kontakt mit der p-leitenden ohmschen Elektrode 46 und der n-leitenden ohmschen Elektrode 44 zu kommen. Wie in der 2(d) gezeigt ist, wird der Hohlraum 12 auf dem Substrate 10 mittels Ätzen gebildet. Für diesen Fall kann ein Ätzen der n-leitenden Halbleiterschicht 20 mit der Ätzstopschicht 14 verhindert werden.
Das Isolationsteil 42 und die Passivationsschicht 40 werden wie in der 2(a) gezeigt gebildet und dann wird der Hohlraum 12 wie in der 2(d) gezeigt auf diese Weise gebildet, wodurch Schäden an der Halbleiterschicht 38 aufgrund der Bildung des Hohlraumes 12 vermieden werden können. Insbesondere wird die Bildung des Hohlraumes 12 nach den Verfahren der 2(a) bis 2(c) durchgeführt, wodurch die Verfahren der 2(a) bis 2(c) ungehindert durchgeführt werden können.
Wie in der 2(b) gezeigt ist, ist es bevorzugt, dass die eine Art von den p-leitenden ohmschen Elektroden 46 und den n-leitenden ohmschen Elektroden 44 mit einen Nicht-Legierungsverfahren (ein Verfahren einer nichttermischen Behandlung) und die andere Art von ihnen mit einem Legierungsverfahren (ein Verfahren einer termischen Behandlung) gebildet wird. Der Grund dafür liegt darin, dass die Bildung der p-leitenden ohmschen Elektroden 46 und der n-leitenden ohmschen Elektroden 44 mit einem Legierungsverfahren die Legierung von einer Art der ohmschen Elektroden bewirkt (thermische Behandlung zur Legierung), um den Legierungsbereich der anderen Art der ohmschen Elektroden zu brechen. Insbesondere für den Fall, dass die n-leitende Halbleiterschicht 20 und die p-leitende Halbleiterschicht 30 gestapelt sind, ist es bevorzugt, dass die ohmschen Elektroden, die in ohmschen Kontakt mit der Halbleiterschicht kommen, die an der oberen Position zwischen der n-leitenden Halbleiterschicht 20 und der p-leitenden Halbleiterschicht 30 angeordnet ist, unlegierte ohmsche Elektroden sind, und dass die ohmschen Elektroden, die in ohmschen Kontakt mit der Halbleiterschicht kommen, die an der unteren Position angeordnet ist, legierte ohmsche Elektroden sind. Wenn die ohmschen Elektroden auf der Halbleiterschicht an der oberen Position mittels eines Legierungsverfahrens gebildet werden, ist der Legierungsbereich bis zu der Halbleiterschicht an der unteren Position verteilt. Für den Fall, dass die Halbleiterschicht auf der oberen Position eine p-leitende Halbleiterschicht 30 nach dem ersten Ausführungsbeispiel ist, werden somit die p-leitenden ohmschen Elektroden 46 vorzugsweise mit einem Nicht-Legierungsverfahren gebildet und werden die n-leitenden ohmschen Elektroden 44 vorzugsweise mit einem Legierungsverfahren gebildet. Auch für den Fall, dass die n-leitende Halbleiterschicht auf der p-leitenden Halbleiterschicht angeordnet ist, werden die n-leitenden ohmschen Elektroden vorzugsweise mit einem Nicht-Legierungsverfahren gebildet und werden die p-leitenden ohmschen Elektroden vorzugsweise mit einem Legierungsverfahren gebildet. Dadurch kann verhindert werden, dass die ohmschen Elektroden, die auf der Halbleiterschicht an der oberen Position gebildet wurden, elektrisch mit der Halbleiterschicht auf der unteren Position verbunden werden.
Unter Bezug auf die 1 wird nachfolgend das thermoelektrische Umwandlungselement 100 beschrieben. Wenn das Absorptionsteil 48 z. B. IR-Strahlen absorbiert, steigt die Temperatur des Absorptionsteiles 48 an. Aufgrund des Temperaturunterschiedes zwischen dem Absorptionsteil 48 und den Kühllagen 50 kann dort eine thermoelektrische Umwandlung aufgrund des Seebeck-Effektes in der Halbleiterschicht der p-leitenden thermoelektrischen Umwandlungseinheit 92 und der n-leitenden thermoelektrischen Umwandlungseinheit 90 auftreten. Dadurch wird eine elektrische Kraft zwischen den p-leitenden ohmschen Elektroden 46 in der p-leitenden thermoelektrischen Umwandlungseinheit 92 und den n-leitenden ohmschen Elektroden 44 in der n-leitenden thermoelektrischen Umwandlungseinheit 90 erzeugt. Die Empfindlichkeit R (V/W), die Nachweisbarkeit D (cm(Hz)^1/2/W) und die Antwortzeit τ (sec) des thermoelektrischen Umwandlungselementes 100 werden nachfolgend mit den entsprechenden Gleichungen 1, 2 und 3 dargestellt. $R = α \cdot N \cdot S \cdot R_{t h}$
$D = R {(A \cdot Δ f / (4 \cdot k_{B} \cdot T \cdot R_{e l}))}^{1 / 2}$
$τ = R_{t h} \cdot C$

wobei α der thermische Absorptionskoeffizient ist, N ein Logarithmus ist, wenn ein Paar der p-leitenden thermoelektrischen Umwandlungseinheit 92 und der n-leitenden thermoelektrischen Umwandlungseinheit 90 seriell (was detailiert später beschrieben wird) verbunden sind, S der Seebeck-Koeffizient ist, R_th der thermische Widerstand der Halbleiterschicht ist, A die Fläche des Absorptionsteiles 48 ist, Δf die Bandbreite ist, k_B die Boltzmann-Konstante ist, T die absolute Temperatur ist, R_el der elektrische Widerstand der Halbleiterschicht ist und C die Wärmekapazität der thermoelektrischen Umwandlungseinheit ist.
In Gleichung 1 ist der thermische Widerstand R_th der Halbleiterschicht zu erhöhen, um die Empfindlichkeit R zu erhöhen. Somit wird die Halbleiterschicht der p-leitenden thermoelektrischen Umwandlungseinheit 92 und der n-leitenden thermoelektrischen Umwandlungseinheit 90 dünner gemacht und in Form eines Trägerbereiches vorgesehen und wird der Hohlraum 12 auf dem Substrat 10 gebildet, wodurch der thermische Widerstand R_th der Halbleiterschicht erhöht wird. Wenn die p-leitende thermoelektrische Umwandlungseinheit 92 und die n-leitende thermoelektrischen Umwandlungseinheit 90 dünner gemacht und in Form eines Trägerbereiches vorgesehen werden, kann sich allerdings der elektrische Widerstand R_el der Halbleiterschicht erhöhen. Dadurch verringert sich die Nachweisbarkeit D. Dementsprechend weisen die n-leitende Halbleiterschicht 20 und die p-leitende Halbleiterschicht 30 eine modulationsdotierte Struktur auf, so dass zweidimensionale Elektronen und zweidimensionale Löcher, die eine hohe Beweglichkeit aufweisen, gebildet werden. Somit kann der elektrische Widerstand R_el der n-leitenden Halbleiterschicht 20 und der p-leitenden Halbleiterschicht 30 sich verringern. Dadurch kann sowohl die gewünschte Empfindlichkeit R als auch die Nachweisbarkeit D erreicht werden.
Das photoelektrische Umwandlungselement 102 wird auch unter Bezug auf die 1 nachfolgend beschrieben. Das photoelektrische Umwandlungselement 102 weist eine PIN-Struktur auf, welche die p-leitende Halbleiterschicht 30, die elektrische Isolationsschicht 28 und die n-leitende Halbleiterschicht 20 aufweist. Die PIN-Struktur ermöglicht die photoelektrische Umwandlung des eingestrahlten Lichtes.
Der Transistor 104 wird auch unter Bezug auf die 1 nachfolgend beschrieben. Der Transistor 104 weist eine HEMT-Struktur (HEMT: Transistor mit hoher Elektronenbeweglichkeit) mit einem zweidimensionalen Elektronengaskanal auf, der in der modulationsdotierten Struktur der n-leitenden Halbleiterschicht 20 gebildet ist. Auf diese Weise kann die n-leitende Halbleiterschicht 20, die ein Bereich der Halbleiterschicht 38 ist, als eine Arbeitsschicht verwendet werden. Bei dem Transistor 104 kann die p-leitende Halbleiterschicht 30 als eine Arbeitsschicht verwendet werden. Auch bei dem Transistor 104 kann die Gateelektrode 56 als eine Anode arbeiten und können die n-leitenden ohmschen Elektroden 54 als eine Kathode dienen, so dass der Transistor als eine Diode dienen kann.
Nach dem ersten Ausführungsbeispiel enthält das thermoelektrische Umwandlungselement 100 die Halbleiterschicht 38, welche die thermoelektrische Umwandlung durchführt. Bei dem photoelektrischen Umwandlungselement 102 führt mindestens ein Bereich der Halbleiterschicht 38 die photoelektrische Umwandlung durch. Wenn somit das photoelektrische Umwandlungselement 102 die photoelektrische Umwandlung mit mindestens dem Bereich der Halbleiterschicht 38 durchführt, welcher die thermoelektrische Umwandlung durchführt, können auf diese Weise das thermoelektrische Umwandlungselement 100 und das photoelektrische Umwandlungselement 102 monolithisch integriert werden. Das thermoelektrische Umwandlungselement 100 ermöglicht die Erfassung von Licht in einem weiten Bereich vom fernen Infrarot bis zum nahen Infrarot. Währenddessen erfasst das photoelektrische Umwandlungselement 102 das Licht in einem schmalen Bereich, welcher der Bandlücke der Halbleiterschicht entspricht. Somit ist eine monolithische Integration eines einen weiten Bereich aufweisenden Detektors mit einem einen schmalen Bereich aufweisenden Detektor möglich.
Auch kann bei dem Transistor 104 mindestens ein Bereich der Halbleiterschicht 38 als eine Arbeitsschicht verwendet werden. Dadurch können das thermoelektrische Umwandlungselement 100 und der Transistor 104 monolithisch integriert werden. Anstelle des Transistors kann z.B. alternativ eine Diode verwendet werden.
Wie vorstehend erwähnt ist, können das thermoelektrische Umwandlungselement 100 und mindestens eins von dem photoelektrischen Umwandlungselement 102 und von dem Transistor 104 monolithisch integriert sein. Anstelle des Transistors kann z. B. alternativ eine Diode verwendet werden.
Weiterhin weist die Halbleiterschicht 38 eine Schicht mit einer Bandlückenenergie auf, die dem UV-Licht entspricht (bei dem ersten Ausführungsbeispiel eine GaN-Schicht, eine AlGaN-Schicht) und mindestens ein Bereich der Halbleiterschicht 38 des photoelektrischen Umwandlungselements 102 führt die photoelektrische Umwandlung des UV-Lichtes durch. Somit kann das photoelektrische Umwandlungselement 102 als ein UV-Detektor zum Erfassen von UV-Licht dienen. Das Absorptionsteil 48 des thermoelektrischen Umwandlungselementes 100 kann als ein IR-Absorptionsteil dienen, das IR-Strahlen absorbiert und diese in Wärme umwandelt. Somit kann das thermoelektrische Umwandlungselement 100 als ein IR-Detektor zum Erfassen von IR-Strahlen dienen. Dadurch können der UV-Detektor und der IR-Detektor monolithisch integriert werden.
3 zeigt die Bandlückenenergie hinsichtlich der Gitterkonstanten verschiedener Halbleiter. Die Halbleiterschicht mit einer UV-Licht entsprechenden Bandlücke kann eine Halbleiterschicht 38 aus GaN oder einer Mischung von Kristallen aus AlN und GaN aufweisen, wie in dem ersten Ausführungsbeispiel dargestellt ist. Alternativ kann eine Halbleiterschicht verwendet werden, die ZnO aufweist. Z. B. können ZnO oder eine Mischung von Kristallen aus ZnO und MgO für die Halbleiterschicht verwendet werden. Auch können ZnS, ZnSe, MgS oder MgSe verwendet werden.
Die Halbleiterschicht 38 weist die p-leitende Halbleiterschicht 30 und die n-leitenden Halbleiterschicht 20 auf, welche gestapelt sind. Das thermoelektrische Umwandlungselement 100 weist die p-leitende thermoelektrische Umwandlungseinheit 92, wobei die p-leitende Halbleiterschicht 30 die thermoelektrische Umwandlung durchführt, und die n-leitende thermoelektrische Umwandlungseinheit 90 auf, wobei die n-leitende Halbleiterschicht 20 die thermoelektrische Umwandlung durchführt. Dadurch kann die thermoelektrische Umwandlung mit hoher Empfindlichkeit durchführt werden.
Auch ist das photoelektrische Umwandlungselement 102 eine Photodiode, welche die p-leitende Halbleiterschicht 30 und die n-leitende Halbleiterschicht 20 verwendet. Dadurch kann die monolithische Integration des thermoelektrischen Umwandlungselementes 100 mit dem photoelektrischen Umwandlungselement 102 sehr viel besser verwirklicht werden.
Auch ist das Isolationsteil 42 zwischen der p-leitenden thermoelektrischen Umwandlungseinheit 92 und der n-leitenden thermoelektrischen Umwandlungseinheit 90 angeordnet, um die p-leitende Halbleiterschicht 30 und die n-leitende Halbleiterschicht 20 elektrisch zu isolieren. Dadurch können Wechselwirkungen zwischen der p-leitenden Halbleiterschicht 30 und der n-leitenden Halbleiterschicht 20 verhindert werden.
4 ist eine Querschnittsansicht, die eine Abwandlung des ersten Ausführungsbeispiels zeigt. Wie in der 4 gezeigt ist, kann auch ein Hohlraum 12a auf dem Substrat unter dem photoelektrischen Umwandlungselement 102 gebildet werden. Wenn der Hohlraum 12a auf dem Substrat 10 unter dem photoelektrischen Umwandlungselement 102 auf diese Weise gebildet wird, kann Rauschen, das durch die Absorption des Lichtes aufgrund des photoelektrischen Effektes bewirkt wird, in dem Substrat 100 unterdrückt werden, das z. B. aus Si hergestellt ist.
Zweites Ausführungsbeispiel
Nach einem zweiten Ausführungsbeispiel wird eine thermoelektrische Umwandlungsvorrichtung bereitgestellt. 5 ist eine Querschnittsdarstellung, welche die thermoelektrische Umwandlungsvorrichtung nach dem zweiten Ausführungsbeispiel zeigt. Wie in der 5 gezeigt ist, ist die thermoelektrische Umwandlungsvorrichtung derart ausgestaltet, dass ein erstes thermoelektrisches Umwandlungselement 100a und ein zweites thermoelektrisches Umwandlungselement 100b wie in dem ersten Ausführungsbeispiel beschreieben seriell verbunden sind. Auch sind eine erste n-leitende thermoelektrische Umwandlungseinheit 90a und eine erste p-leitende thermoelektrische Umwandlungseinheit 92a des ersten Umwandlungselementes 100a und eine zweite n-leitende thermoelektrische Umwandlungseinheit 90b und eine zweite p-leitende thermoelektrische Umwandlungseinheit 92b des zweiten Umwandlungselementes 100b seriell verbunden.
6 ist eine Draufsicht, welche die thermoelektrische Umwandlungsvorrichtung nach dem zweiten Ausführungsbeispiel zeigt. Die thermoelektrische Umwandlungsvorrichtung weist einen Zentralbereich 72, einen ersten Trägerbereich 70a und einen zweiten Trägerbereich 70b auf. Der erste Trägerbereich 70a und der zweite Trägerbereich 70b sind von dem Substrat 10 durch Hohlräume 12 getrennt, wie in der 5 gezeigt ist. Jeweils ein Ende des ersten Trägerbereiches 70a und des zweiten Trägerbereiches 70b ist mechanisch mit dem Zentralbereich 72 verbunden. Das andere Ende des ersten Trägerbereiches 70a und des zweiten Trägerbereiches 70b ist jeweils mit einer externen Unterstützung 74 verbunden. Der erste Trägerbereich 70a ist mit der ersten n-leitenden thermoelektrischen Umwandlungseinheit 90a des ersten thermoelektrischen Umwandlungselementes 100a and der zweiten p-leitenden Umwandlungseinheit 90b des zweiten thermoelektrischen Umwandlungselementes 100b versehen. Die Halbleiterschicht zwischen der ersten n-leitenden thermoelektrischen Umwandlungseinheit 90a und der zweiten p-leitenden thermoelektrischen Umwandlungseinheit 92b ist elektrisch mittels eines zweiten Isolationsteiles 42a isoliert. Der zweite Trägerbereich 70b ist mit der zweiten n-leitenden thermoelektrischen Umwandlungseinheit 90b des zweiten thermoelektrischen Umwandlungselementes 100b and der ersten p-leitenden thermoelektrischen Umwandlungseinheit 90a des ersten thermoelektrischen Umwandlungselementes 100a versehen. Die Halbleiterschicht zwischen der zweiten n-leitenden thermoelektrischen Umwandlungseinheit 90b und der ersten p-leitenden thermoelektrischen Umwandlungseinheit 92a ist elektrisch mittels eines dritten Isolationsteiles 42b isoliert.
An der Mitte des Zentralbereiches 72 ist ein Absorptionsteil 48 vorgesehen. Auch ist um den Zentralbereich 72 ein erster Draht 45a vorgesehen, der die n-leitenden ohmschen Elektroden 44 der ersten n-leitenden thermoelektrischen Umwandlungseinheit 90a und die p-leitenden ohmschen Elektroden 46 der ersten p-leitenden thermoelektrischen Umwandlungseinheit 92a verbindet. Weiterhin ist ein zweiter Draht vorgesehen, der die n-leitenden ohmschen Elektroden 44 der zweiten n-leitenden thermoelektrischen Umwandlungseinheit 90b und die p-leitenden ohmschen Elektroden 46 der zweiten p-leitenden thermoelektrischen Umwandlungseinheit 92b verbindet. Weiterhin ist ein drittes Isolationsteil 42c des Zentralbereiches 72 zwischen dem Absorptionsteil 48 und dem ersten Draht 45a und zwischen dem Absorptionsteil 48 und dem zweiten Draht 45b angeordnet und dient dazu, das erste thermoelektrische Umwandlungselement 100a und das zweite thermoelektrische Umwandlungselement 100b elektrisch zu isolieren. Auch ist die p-leitende ohmsche Elektrode 46, die zwischen der unteren Oberfläche des Absorptionsteiles 48 und der oberen Oberfläche des ersten Isolationsteiles 42c angeordnet ist, thermisch mit dem Absorptionsteil 48 verbunden. Das erste Absorptionsteil 42c unterhalb der p-leitenden ohmschen Elektrode 46 wird durch eine gestrichelte Line dargestellt. Auch wird die p-leitende ohmsche Elektrode 46 unterhalb des Absorptionsteils 48 durch eine gestrichelte Line dargestellt. Das andere Ende von jeweils dem ersten Trägerbereich 70a und dem zweiten Trägerbereich 70b ist mit der Kühllage 50 versehen. Das zweite Isolationsteil 42a, das dritte Isolationsteil 42b und das erste Isolationsteil 42c dienen dazu, die Halbleiterschicht 38 auf der Ätzstopschicht 14 elektrisch zu isolieren, wie bei dem Isolationsteil 42 nach dem ersten Ausführungsbeispiel. Die Breite und Länge des ersten Trägerbereiches 70a und des zweiten Trägerbereiches 70b können z. B. entsprechend 6 µm und 152 µm betragen. Jede Seite des Zentralbereiches 72 beträgt z. B. 52 µm.
Nach dem zweiten Ausführungsbeispiel sind der erste Trägerbereich 70a und der zweite Trägerbereich 70b mit den thermoelektrischen Umwandlungseinheiten versehen, wodurch der thermische Widerstand und die Empfindlichkeit erheblich erhöht werden. Das erste thermoelektrische Umwandlungselement 100a und das zweite thermoelektrische Umwandlungselement 100b sind seriell verbunden, so dass die erste p-leitende thermoelektrische Umwandlungseinheit 92a und die zweite n-leitende thermoelektrische Umwandlungseinheit 90b mit der Unterstützung 74 an der linken unteren Position der 6 verbunden sind. Die erste n-leitende thermoelektrische Umwandlungseinheit 90a und die zweite p-leitende thermoelektrische Umwandlungseinheit 92b sind an dem ersten Trägerbereich 70a vorgesehen. Die zweite n-leitende thermoelektrische Umwandlungseinheit 90b und die erste p-leitende thermoelektrische Umwandlungseinheit 92a sind an dem zweiten Trägerbereich 70b vorgesehen. Dadurch kann der Logarithmus N der Gleichung 1 auf 2 gestellt werden, wodurch die Empfindlichkeit erheblich vergrößert wird.
Bei dem Zentralbereich 72, mit dem der erste Trägerbereich 70a und der zweite Trägerbereich 70b verbunden sind, ist ferner das erste Isolationsteil 42c vorgesehen, das mindestens eine von der p-leitenden Halbleiterschicht 30 und der n-leitenden Halbleiterschicht 20 zwischen dem ersten thermoelektrischen Umwandlungselement 100a und dem zweiten thermoelektrischen Umwandlungselement 100b elektrisch isoliert. Für den Fall, dass der Zentralbereich 72 mindestens eine von der p-leitenden Halbleiterschicht 30 und der n-leitenden Halbleiterschicht 20 aufweist, können das erste thermoelektrische Umwandlungselement 100a und das zweite thermoelektrische Umwandlungselement 100b aufgrund der Halbleiterschicht bei dem Zentralbereich 72 sich elektrisch beeinflussen. Deswegen isoliert das erste Isolationsteil 42c mindestens eine von der p-leitenden Halbleiterschicht 30 und der n-leitenden Halbleiterschicht 20. Dadurch können elektrische Beeinflussungen zwischen dem ersten thermoelektrischen Umwandlungselement 100a und dem zweiten thermoelektrischen Umwandlungselement 100b verhindert werden. Insbesondere für den Fall, dass mindestens eine von den p-leitenden ohmschen Elektroden 46 und den n-leitenden ohmschen Elektroden 44 mittels eines Legierungsverfahrens gebildet wird, können elektrische Beeinflussungen zwischen dem ersten thermoelektrischen Umwandlungselement 100a und dem zweiten thermoelektrischen Umwandlungselement 100b aufgrund der Halbleiterschicht vereinfacht werden, welche der ohmschen Elektrode entspricht, die mittels eines Legierungsverfahrens gebildet wurde. Dementsprechend ist es bevorzugt, dass das erste Isolationsteil 42c des Zentralbereiches 72 elektrisch die Halbleiterschicht isoliert, welche der ohmschen Elektrode entspricht, die mittels eines Legierungsverfahrens gebildet wurde.
Auch weist der erste Trägerbereich 70a bevorzugt das zweite Isolationsteil 42a auf, das die erste n-leitende thermoelektrische Umwandlungseinheit 90a und die zweite p-leitende thermoelektrische Umwandlungseinheit 92b elektrisch isoliert, und weist der zweite Trägerbereich 70b bevorzugt das dritte Isolationsteil 42b auf, das die erste p-leitende thermoelektrische Umwandlungseinheit 92a und die zweite n-leitende thermoelektrische Umwandlungseinheit 90b elektrisch isoliert. Dadurch können elektrische Beeinflussungen zwischen dem ersten thermoelektrischen Isolationselement 100a und dem zweiten thermoelektrischen Isolationselement 100b in dem ersten Trägerbereich 70a und in dem zweiten Trägerbereich 70b weiter verhindert werden.
7(a) und 7(b) sind Draufsichten, die Abänderungen des zweiten Ausführungsbeispieles zeigen. Wie in der 7(a) gezeigt ist, kann das photoelektrische Umwandlungselement 102 in dem Zentralbereich 72 vorgesehen sein. Wie in der 7(b) gezeigt ist, können sowohl das photoelektrische Umwandlungselement 102 als auch das Absorptionsteil 48 in dem Zentralbereich 72 vorgesehen sein.
8(a) bis 8(c) sind Draufsichten, die weitere Abänderungen des zweiten Ausführungsbeispieles zeigen. Wie in der 8(a) gezeigt ist, kann das erste Isolationsteil 42c des Zentralbereiches 72 vorgesehen sein, um das Absorptionsteil 48 zu kreuzen. Das erste Isolationsteil 42c unter dem Absorptionsteil 48 wird durch eine gestrichelte Linie dargestellt. Wie in der 8(b) gezeigt ist, ist das erste Isolationsteil 42c zwischen dem Absorptionsteil 48 und dem Draht 45b vorgesehen und es muss nicht zwischen dem Absorptionsteil 48 und dem Draht 45a vorgesehen sein. Wie in der 8(c) gezeigt ist, ist das erste Isolationsteil 42c zwischen dem Absorptionsteil 48 und dem Draht 45a vorgesehen und es muss nicht zwischen dem Absorptionsteil 48 und dem Draht 45b gebildet sein. Auf diese Weise kann das erste Isolationsteil 42c vorgesehen sein, um das erste thermoelektrische Umwandlungselement 100a und das zweite thermoelektrische Umwandlungselement 100b elektrisch zu isolieren. Insbesondere ist das erste Isolationsteil 42c so vorgesehen, dass kein Abstand zwischen dem ersten thermoelektrischen Umwandlungselement 100a und dem zweiten thermoelektrischen Umwandlungselement 100b auftritt, wodurch das erste thermoelektrische Umwandlungselement 100a und das zweite thermoelektrische Umwandlungselement 100b vollständig elektrisch isoliert werden können.
Die Empfindlichkeit R und die Nachweisbarkeit D der thermoelektrischen Umwandlungsvorrichtung, die GaN und AlGaN verwendet, werden berechnet. Zuerst wird die Empfindlichkeit R mit der Gleichung 1 berechnet. Es wird angenommen, dass der thermische Absorptionskoeffizient α 1 beträgt, dass der Logarithmus N 2 beträgt und dass der Seebeck-Koeffizient S von GaN 1500µV/K beträgt. Der thermische Widerstand R_th wird aus jeweils der Länge L des ersten Trägerbereiches 70a und des zweiten Trägerbereiches 70b, jeweils der Breite W der p-leitenden thermoelektrischen Umwandlungseinheit 92 und der n-leitenden thermoelektrischen Umwandlungseinheit 90 und den Dicken tp und tn von der Halbleiterschicht der p-leitenden thermoelektrischen Umwandlungseinheit 92 und der n-leitenden thermoelektrischen Umwandlungseinheit 90 berechnet. Bei z. B. L = 137 µm, W = 1,5 µm, tp = 0,55 µm und tn = 0,34 µm beträgt R_th 3,4 × 10⁵ K/W. Als solche beträgt die Empfindlichkeit R 2000 V/W.
9(a) zeigt die Empfindlichkeit R in Bezug auf Veränderungen in L und W der thermoelektrischen Umwandlungsvorrichtung, die AlGaN/GaN verwendet. Wie in der 9(a) gezeigt ist, steigt die Empfindlichkeit proportional zu einem Anstieg in L und einem Abfall in W an.
Die Nachweisbarkeit D wird mittels der Gleichung 2 berechnet. Unter der Annahme einer Bandbreite Δf von 1 and einer absoluten Temperatur von 300 K, wird angenommen, dass die Fläche A des Absorptionsteils 48 proportional zu L ist, wie in der 9(a) gezeigt ist. Der elektrische Widerstand R_el wird aus L und W berechnet. Bei z. B. A = 52 × 52 µm², L = 137 µm und W = 1,5 µm beträgt R_el 324 kΩ. Als solche beträgt die Nachweisbarkeit 7 × 10⁸ cm (Hz)^1/2 /W. Unter der Annahme, dass die Wärmekapazität C 4 × 10^-9 J/K ist, beträgt die Antwortzeit τ 1,3 ms.
9(b) zeigt die Nachweisbarkeit D und die Antwortzeit τ in Bezug auf Veränderungen in L und W. Wie in der 9(b) gezeigt ist, steigt die Nachweisbarkeit proportional zu einem Anstieg in L und einem Abfall in W an.
Wie in den 9(a) und 9(b) werden die Empfindlichkeit R und die Nachweisbarkeit D der thermoelektrischen Umwandlungsvorrichtung berechnet, die ZnO und ZnMgO verwendet. Zuerst wird die Empfindlichkeit R mit der Gleichung 1 berechnet. Es wird angenommen, dass der thermische Absorptionskoeffizient α 1 beträgt, dass der Logarithmus N 2 beträgt und dass der Seebeck-Koeffizient S von ZnO 1140 µV/K beträgt. Wie in der 9(a) wird der thermische Widerstand R_th aus L, W, tp und tn berechnet. Bei z. B. L = 137 µm, W = 1,5 µm, tp = 0,55 µm und tn = 0,34 µm, beträgt R_th 1,75 × 10⁶ K/W. Als solche beträgt die Empfindlichkeit R 8000 V/W.
10(a) zeigt die Empfindlichkeit R in Bezug auf Veränderungen in L und W. Wie in der 10(a) gezeigt ist, steigt R proportional zu einem Anstieg in L und einem Abfall in W an.
Die Nachweisbarkeit D wird mit der Gleichung 2 berechnet. Unter der Annahme einer Bandbreite Δf = 1 und einer absoluten Temperatur T = 300 K, wird angenommen, dass die Fläche A des Absorptionsteiles 48 proportional zu L ist, wie in der 10(a) gezeigt ist. Der elektrische Widerstand R_el wird aus L und W berechnet. Bei z. B. der Fläche A = 52 × 52 µm², L = 137 µm und W = 1,5 µm beträgt R_el 310 kΩ. Als solche beträgt die Nachweisbarkeit D 8 × 10⁸ cm(Hz)^1/2/W. Unter der Annahme, dass die Wärmekapazität C 5,3 x 10^-9 J/K ist, beträgt die Antwortzeit τ 9,2 ms.
10 (b) zeigt die Nachweisbarkeit D und die Antwortzeit τ in Bezug auf Veränderungen in L und W. Wie in der 10(b) gezeigt ist, steigt die Nachweisbarkeit D proportional zu einem Anstieg in L und einem Abfall in W an.
Wie in den 9(a) bis 10(b) gezeigt ist, ist es bevorzugt, dass die Länge L des Trägerbereiches 100 µm oder mehr beträgt. Insbesondere bei einer mit AlGaN/GaN modulationsdotierten Struktur oder bei einer mit ZnO/MgZnO modulationsdotierten Struktur, kann die Länge L des Trägerbereiches 100 µm oder mehr betragen.
Die thermoelektrische Umwandlungsvorrichtung nach dem zweiten Ausführungsbeispiel und mindestens eines von dem photoelektrischen Umwandlungselement und von dem Transistor nach dem ersten Ausführungsbeispiel können monolithisch integriert sein.
Drittes Ausführungsbeispiel
Nach dem dritten Ausführungsbeispiel wird ein photoelektrisches Umwandlungselement bereitgestellt, das IR-Strahlen erfasst. Wie in der 1 nach dem ersten Ausführungsbeispiel gezeigt ist, kann die Ätzstoppschicht 14 z. B. eine 200 nm dicke undotierte Al_xGa_1-xAs-Schicht (z. B. x = 0,6) aufweisen. Die hochreine Schicht 22 kann z. B. eine 10 nm dicke undotierte In_xGa_1-xAs-Schicht (z. B. x = 0,25) aufweisen. Die Elektronenzuführungsschicht 24 kann z. B. eine 100 nm dicke Al_xGa_1-xAs-Schicht (z. B. x = 0,25) aufweisen, die mit Si zu 1 x 10¹⁸ cm^-3 dotiert ist. Die ohmsche Kontaktschicht 26 kann z. B. eine 30 nm dicke GaAs-Schicht aufweisen, die mit Si zu 4 × 10¹⁸ cm^-3 dotiert ist.
Die elektrische Isolationsschicht 28 kann z. B. eine 100 nm dicke undotierte GaAs-Schicht aufweisen. Die hochreine Schicht 32 kann z. B. eine 10 nm dicke undotierte In_xGa_1-xAs-Schicht (z. B. x = 0,25) aufweisen. Die Löcherzuführungsschicht 34 kann z. B. eine 100 nm dicke Al_xGa_1-xAs-Schicht (z. B. x = 0,25) aufweisen, die mit Si zu 1 × 10¹⁹ cm^-3 dotiert ist.
Die p-leitenden ohmschen Elektroden 46 und die p-leitenden ohmschen Elektroden 52 können z. B. unlegierte ohmsche Elektroden aufweisen, die gebildet wurden, indem eine Ti-Schicht auf der p-leitenden Halbleiterschicht 30 und eine Au-Schicht auf der Ti-Schicht mittels Gasphasenabscheidung gebildet werden. Die n-leitenden ohmschen Elektroden 44 und die n-leitenden ohmschen Elektroden 54 können z. B. legierte ohmsche Elektroden aufweisen, die gebildet wurden, indem eine AuGe-Schicht auf der n-leitenden Halbleiterschicht und eine Ni-Schicht auf der AuGe-Schicht mittels Gasphasenabscheidung gebildet werden und dann eine thermische Behandlung durchgeführt wird.
Die Empfindlichkeit R und die Nachweisbarkeit D derselben thermoelektrischen Vorrichtung wie in dem zweiten Ausführungsbeispiel werden berechnet. Zuerst wird die Empfindlichkeit R mit der Gleichung 1 berechnet. Es wird angenommen, dass der thermische Absorptionskoeffizient α 1 beträgt, dass der Logarithmus N 2 beträgt und dass die Seebeck-Koeffizient S von GaN 1250 µV/K beträgt. Bei z. B. L = 137 µm, W = 1,5 µm, tp = 0,55 µm und tn = 0,34 µm beträgt R_th 3,6 × 10⁶ K/W. Als solche beträgt die Empfindlichkeit R 1800 V/W.
11(a) zeigt die Empfindlichkeit R in Bezug auf Veränderungen in L und W. Wie in der 11(a) gezeigt ist, steigt R proportional zu einem Anstieg in L und einem Abfall in W an.
Die Nachweisbarkeit D wird mit der Gleichung 2 berechnet. Unter der Annahme einer Bandbreite Δf = 1 und einer absoluten Temperatur T = 300 K, wird angenommen, dass die Fläche A des Absorptionsteiles 48 proportional zu L ist, wie in der 11(a) gezeigt ist. Der elektrische Widerstand R_el wird aus L und W berechnet. Bei z. B. der Fläche A = 52 × 52 µm², L = 137 µm und W = 1,5 µm beträgt R_el 420 kΩ. Als solche beträgt die Nachweisbarkeit D 2,27 × 10⁹ cm(Hz)^1/2/W. Unter der Annahme, dass die Wärmekapazität C 3,5 × 10^-9 J/K ist, beträgt die Antwortzeit τ 13 ms.
11 (b) zeigt die Nachweisbarkeit D und die Antwortzeit τ in Bezug auf Veränderungen in L und W. Wie in der 11(b) gezeigt ist, steigt die Nachweisbarkeit D proportional zu einem Anstieg in L und einem Abfall in W an.
Wie in den 9(a) bis 11(b) gezeigt ist, sind für den Fall, dass das thermoelektrische Umwandlungselement mit der Halbleiterschicht gebildet wird, die GaN wie bei dem zweiten Ausführungsbeispiel aufweist, die Empfindlichkeit R und die Nachweisbarkeit D niedriger als bei dem thermoelektrischen Umwandlungselement, das GaAs nach dem dritten Ausführungsbeispiel aufweist, aber die Antwortzeit τ kann schneller sein. Nach dem dritten Ausführungsbeispiel können die Empfindlichkeit R und die Nachweisbarkeit D des thermoelektrischen Umwandlungselementes, das GaAs aufweist, ansteigen.
Nach dem dritten Ausführungsbeispiel weist die Halbleiterschicht 38 eine Schicht (z. b. InGaAs) mit einer Bandlückenenergie auf, die IR-Strahlen entspricht. Bei dem photoelektrischen Umwandlungselement 102 wandelt mindestens ein Bereich der Halbleiterschicht IR-Strahlen in ein elektrisches Signal. Dadurch kann das thermoelektrische Umwandlungselement 100 IR-Strahlen in einem weiten Bereich von dem fernen Infrarot zu dem nahen Infrarot erfassen. Andererseits kann das photoelektrische Umwandlungselement 102 IR-Strahlen erfassen, die der Bandlücke der Halbleiterschicht entsprechen. Somit können der einen weiten Bereich aufweisende IR-Detektor (welcher ein Detektor des fernen Infrarotes bei einer Wellenlänge von ungefähr 10 µm ist) und der einen schmalen Bereich aufweisende IR-Detektor (welcher ein Detektor des nahen Infrarotes bei einer Wellenlänge von ungefähr 1 µm ist) monolithisch integriert werden. Das dritte Ausführungsbeispiel kann z. B. für einen Bildsensor verwendet werden, um sowohl die einen breiten Bereich aufweisenden IR-Strahlen als auch die einen schmalen Bereich aufweisenden IR-Strahlen zu erfassen.
Viertes Ausführungsbeispiel
Nach einem vierten Ausführungsbeispiel wird ein Bildsensor bereitgestellt, der thermoelektrische Umwandlungselemente 100 und photoelektrische Umwandlungselemente 102 aufweist, die integriert sind. 12 ist ein Blockschaltbild, welches das vierte Ausführungsbeispiel zeigt. Hier sind die thermoelektrischen Umwandlungselemente 100 und die photoelektrischen Umwandlungselemente 102 in Gestalt einer Matrix angeordnet. Als diese thermoelektrischen Umwandlungselemente 100 und diese photoelektrischen Umwandlungselemente 102 können das thermoelektrische Umwandlungselement 100 und das photoelektrische Umwandlungselement 102 wie nach dem ersten bis dritten Ausführungsbeispiel dargestellt verwendet werden. Die thermoelektrische Umwandlungselemente 100 und die photoelektrische Umwandlungselemente 102 sind jeweils zwischen der Quelle und dem Gate eines selektiven Transistors 64 angeordnet. Das Gate des selektiven Transistors 64 ist mit einer Reihenauswahlleitung 68 verbunden und die Senke ist mit einer Spaltenauswahlleitung 66 verbunden. Ein Reihenauswahlteil 62 und ein Spaltenauswahlteil 60 wählen die Reihenauswahlleitung 68 und die Spaltenauswahlleitung 66 aus, wodurch ein Signal von einem vorbestimmten thermoelektrischen Umwandlungselement 100 und einem vorbestimmten photoelektrischen Umwandlungselement 102 ausgegeben wird.
Wie in der 12 gezeigt ist, ist nach dem vierten Ausführungsbeispiel eine Anzahl thermoelektrischer Umwandlungselemente 100 und photoelektrischer Umwandlungselemente 102 in Gestalt einer Matrix angeordnet. Das Auswahlteil (z. B. der selektive Transistor 64, das Reihenauswahlteil 62 und das Spaltenauswahlteil 60) wählt mindestens eins unter der Anzahl thermoelektrischer Umwandlungselemente 100 und photoelektrischer Umwandlungselemente 102 aus. Dadurch kann das Signal von dem ausgewählten aus der Anzahl thermoelektrischer Umwandlungselemente 100 und photoelektrischer Umwandlungselemente 102 ausgegeben werden.
Bei dem vierten Ausführungsbeispiel wird ein Transistor 104 als der selektive Transistor 64, das Reihenauswahlteil 62 und das Spaltenauswahlteil 60 verwendet. Kurz gesagt weist das Auswahlteil den Transistor 104 auf. Dadurch können die thermoelektrische Umwandlungselemente 100 und die photoelektrische Umwandlungselemente 102 des Bildsensors monolithisch integriert werden. Beispielhaft ist ein Bildsensor, der integriert einen IR-Detektor und einen UV-Detektor aufweist. Beispielhaft ist auch ein Bildsensor, der integriert einen Detektor des fernen Infrarotes und einen Detektor des nahen Infrarotes aufweist.
Nach dem ersten bis zu dem dritten Ausführungsbeispiel kann die Halbleiterschicht 38 z. B. AlGaN, GaN, ZnO, MgZnO, AlGaAs, InGaAs, und zusätzlich z. B. InP, InAlAs, GaAs, InGaP, InAs, InGaN, SiC, ZnCdO, CdO, MgO, CdO, ZnMgS, ZnS, ZnSe, MgS, MgSe, Si, SiGe und deren Kombinationen aufweisen.
Die modulationsdotierte Struktur in der n-leitenden Halbleiterschicht 20 und der p-leitenden Halbleiterschicht 30 können z. B. AlGaN/GaN, MgZnO/ZnO und AlGaAs/InGaAs, und zusätzlich z. B. InP/InGaAs, InAlAs/InP, InAlAs/InGaAs, AlGaAs/AlGaAs, AlGaAs/GaAs, AlGas/InAs, InGaP/InGaAs, InGaP/AlGaAs, InGaP/GaAs, InGaN/InAs, AlGaN/AlGaN, AlGaN/InGaN, AlInN/InGaN, AlGaN/SiC, GaN/SiC, GaN/InGaN, ZnMgO/ZnCdO, ZnCdO/CdO, MgO/ZnCdO, MgO/ZnO, ZnO/CdO, CdMgO/CdO, ZnMgS/ZnS, ZnS/ZnSe, MgS/MgSe, MgSe/ZnSe, MgS/ZnS und Si/SiGe aufweisen.
Das Substrat 10 kann aufweisen in Abhängigkeit von der Art der Halbleiterschicht 38 ein Si-Substrat und zusätzlich z. B. ein Si-Substrat, das eine darauf gebildet B-dotierte epitaktische Si-Schicht aufweist, ein Si-Substrat, in das B-Ionen implantiert sind, ein Si-Substrat, das eine darauf gebildete Isolationsschicht aus Siliziumoxid oder Siliziumnitrid aufweist, ein GaAs-Substrat, ein InP-Substrat, ein GaN-Substrat, ein SiC-Substrat, ein ZnO-Substrat, ein Saphir-Substrat, ein Saphir-Substrat, das eine darauf gebildete Isolationsschicht aus Siliziumoxid, Siliziumnitrid oder Aluminiumnitrid aufweist, oder ein Glasssubstrat.
Obwohl das erste bis zu dem dritten Ausführungsbeispiel die Absorption von IR-Strahlen durch das Absorptionsteil 48 beschreiben, kann das Absorptionsteil 48 andere elektromagnetische Wellen wie z. B. Mikrowellen usw. absorbieren. Das Absorptionsteil, das die Mikrowellen absorbiert, kann z. B. mit einer Antenne, die Mikrowellen empfängt, und einem Resistor oder einer Diode versehen sein, um die Leistung der von der Antennen empfangenen Mikrowellen in Wärme umzuwandeln.
Obwohl die bevorzugten Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung zu Anschauungszwecken dargestellt worden sind, ist die vorliegende Erfindung nicht auf diese Ausführungsbeispiele beschränkt und verschiedene Abänderungen und Variationen sind möglich.
Bezugszeichenliste

10: Substrat
12: Hohlraum
20: n-leitende Halbleiterschicht
30: p-leitende Halbleiterschicht
42: Isolationsteil
48: Absorptionsteil
60: Spaltenauswahlteil
62: Reihenauswahlteil
64: selektiver Transistor
70a: erster Trägerbereich
70b: zweiter Trägerbereich
72: Zentralbereich
90: n-leitende Umwandlungseinheit
92: p-leitende Umwandlungseinheit
100: thermoelektrisches Umwandlungselement
102: photoelektrisches Umwandlungselement
104: Transistor

Claims

Thermoelektrische Vorrichtung mit: einem thermoelektrischen Umwandlungselement (100), das einen ersten Stapel an Halbleiterschichten (22, 24, 26, 28, 32, 34 und 46 bzw. 22, 24, 26 und 40) aufweist, welche eine thermoelektrische Umwandlung mittels des Seebeck-Effektes durchführen, und mindestens einem von einem photoelektrischen Umwandlungselement (102), bei dem mindestens ein Bereich eines zweiten Stapels an Halbleiterschichten (22, 24, 26, 28, 32, 34 und 40) eine photoelektrische Umwandlung durchführt, von einem Transistor (104) oder von einer Diode mit mindestens einem Bereich eines dritten Stapels an Halbleiterschichten (22, 24, 26 und 40) als Arbeitsschicht, wobei eine der Halbleiterschichten eine Bandlückenenergie aufweist, die UV-Licht entspricht, das thermoelektrische Umwandlungselement (100) ein IR-Absorptionsteil aufweist, das IR-Strahlen absorbiert und diese in Wärme umwandelt, und mindestens der Bereich des zweiten Stapels an Halbleiterschichten des photoelektrischen Umwandlungselementes (102) eine photoelektrische Umwandlung des UV-Lichtes durchführt.
Thermoelektrische Vorrichtung mit: einem thermoelektrischen Umwandlungselement (100), das einen ersten Stapel an Halbleiterschichten (22, 24, 26, 28, 32, 34 und 46 bzw. 22, 24, 26 und 40) aufweist, welche eine thermoelektrische Umwandlung mittels des Seebeck-Effektes durchführt, und mindestens einem von einem photoelektrischen Umwandlungselement (102), bei dem mindestens ein Bereich eines zweiten Stapels an Halbleiterschichten (22, 24, 26, 28, 32, 34 und 40) eine photoelektrische Umwandlung durchführt, von einem Transistor (104) oder von einer Diode mit einem Bereich eines dritten Stapels an Halbleiterschichten (22, 24, 26 und 40) als Arbeitsschicht, wobei eine der Halbleiterschichten eine Bandlückenenergie aufweist, die IR-Strahlen entspricht, das thermoelektrische Umwandlungselement (100) ein IR-Absorptionsteil aufweist, das IR-Strahlen absorbiert und diese in Wärme umwandelt, und mindestens der Bereich des zweiten Stapels an Halbleiterschichten des photoelektrischen Umwandlungselementes (102) eine photoelektrische Umwandlung der IR- Strahlen durchführt.
Thermoelektrische Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Halbleiterschichten eine p-leitende Halbleiterschicht (32, 34) und eine n-leitende Halbleiterschicht (22, 24, 26) aufweist, welche mit einer eingefügten Isolationsschicht (28) gestapelt sind, und das thermoelektrische Umwandlungselement (100) eine p-leitende thermoelektrische Umwandlungseinheit, bei der die p-leitende Halbleiterschicht (32, 34) eine thermoelektrische Umwandlung mittels des Seebeck-Effekts durchführt, und eine n-leitende thermoelektrische Umwandlungseinheit aufweist, bei der die n-leitende Halbleiterschicht (22, 24, 26) eine thermoelektrische Umwandlung mittels des Seebeck-Effekts durchführt.
Thermoelektrische Vorrichtung mit: einem thermoelektrischen Umwandlungselement (100), das einen ersten Stapel an Halbleiterschichten (22, 24, 26, 28, 32, 34 und 46 bzw. 22, 24, 26 und 40) aufweist, welche eine thermoelektrische Umwandlung mittels des Seebeck-Effektes durchführen, und mindestens einem von einem photoelektrischen Umwandlungselement (102), bei dem mindestens ein Bereich eines zweiten Stapels an Halbleiterschichten eine photoelektrische Umwandlung durchführt, von einem Transistor (104) oder von einer Diode mit mindestens einem Bereich eines dritten Stapels an Halbleiterschichten (22, 24, 26 und 40) als Arbeitsschicht, wobei die Halbleiterschicht (38) eine p-leitende Halbleiterschicht (32, 34) und eine n-leitende Halbleiterschicht (22, 24, 26) aufweist, welche gestapelt sind, das thermoelektrische Umwandlungselement (100) eine p-leitende thermoelektrische Umwandlungseinheit, bei der die p-leitende Halbleiterschicht (32, 34) eine thermoelektrische Umwandlung durchführt, und eine n-leitende thermoelektrische Umwandlungseinheit aufweist, bei der die n-leitende Schicht eine thermoelektrische Umwandlung durchführt, und das photoelektrische Umwandlungselement eine Photodiode ist, welche die p-leitende Halbleiterschicht (32, 34) und die n-leitende Halbleiterschicht (22, 24, 26) verwendet.
Thermoelektrische Vorrichtung mit: einem thermoelektrischen Umwandlungselement (100), das einen ersten Stapel an Halbleiterschichten (22, 24, 26, 28, 32, 34 und 46 bzw. 22, 24, 26 und 40) aufweist, welche eine thermoelektrische Umwandlung mittels des Seebeck-Effektes durchführen, und mindestens einem von einem photoelektrischen Umwandlungselement (102), bei dem mindestens ein Bereich eines zweiten Stapels an Halbleiterschichten eine photoelektrische Umwandlung durchführt, von einem Transistor oder von einer Diode mit mindestens einem Bereich eines dritten Stapels an Halbleiterschichten (22, 24, 26 und 40) als Arbeitsschicht, wobei die Halbleiterschicht eine p-leitende Halbleiterschicht (32, 34) und eine n-leitende Halbleiterschicht (22, 24, 26) aufweist, welche gestapelt sind, das thermoelektrische Umwandlungselement (100) eine p-leitende thermoelektrische Umwandlungseinheit, bei der die p-leitende Halbleiterschicht (32, 34) eine thermoelektrische Umwandlung durchführt, und eine n-leitende thermoelektrische Umwandlungseinheit aufweist, bei der die n-leitende Schicht eine thermoelektrische Umwandlung durchführt, und ein Isolationsteil zwischen der p-leitenden thermoelektrischen Umwandlungseinheit und der n-leitenden thermoelektrischen Umwandlungseinheit angeordnet ist, um elektrisch die p-leitende Halbleiterschicht (32, 34) und die n-leitende Halbleiterschicht (22, 24, 26) zu isolieren.
Thermoelektrische Vorrichtung mit: einem thermoelektrischen Umwandlungselement (100), das einen ersten Stapel an Halbleiterschichten (22, 24, 26, 28, 32, 34 und 46 bzw. 22, 24, 26 und 40) aufweist, welche eine thermoelektrische Umwandlung mittels des Seebeck-Effektes durchführen, und mindestens einem von einem photoelektrischen Umwandlungselement (102), bei dem mindestens ein Bereich eines zweiten Stapels an Halbleiterschichten eine photoelektrische Umwandlung durchführt, von einem Transistor (104) oder von einer Diode mit mindestens einem Bereich eines dritten Stapels an Halbleiterschichten (22, 24, 26 und 40) als Arbeitsschicht, wobei die Halbleiterschicht eine p-leitende Halbleiterschicht (32, 34) und eine n-leitende Halbleiterschicht (22, 24, 26) aufweist, welche mit einer eingefügten Isolationsschicht (28) gestapelt sind, das thermoelektrische Umwandlungselement (100) eine p-leitende thermoelektrische Umwandlungseinheit, bei der die p-leitende Halbleiterschicht (32, 34) eine thermoelektrische Umwandlung durchführt, und eine n-leitende thermoelektrische Umwandlungseinheit aufweist, bei der die n-leitende Schicht eine thermoelektrische Umwandlung durchführt, und eine ohmsche Elektrode, welche auf der Halbleiterschicht gebildet und an einer oberen Position zwischen der p-leitenden Halbleiterschicht und der n-leitenden Halbleiterschicht angeordnet ist, eine unlegierte ohmsche Elektrode ist, und eine ohmsche Elektrode, welche auf der Halbleiterschicht gebildet und an einer unteren Position zwischen der p-leitenden Halbleiterschicht und der n-leitenden Halbleiterschicht angeordnet ist, eine legierte ohmsche Elektrode ist.
Thermoelektrische Vorrichtung mit: einem thermoelektrischen Umwandlungselement (100), das einen ersten Stapel an Halbleiterschichten (22, 24, 26, 28, 32, 34 und 46 bzw. 22, 24, 26 und 40) aufweist, welche eine thermoelektrische Umwandlung mittels des Seebeck-Effektes durchführen, und mindestens einem von einem photoelektrischen Umwandlungselement (102), bei dem mindestens ein Bereich eines zweiten Stapels an Halbleiterschichten eine photoelektrische Umwandlung durchführt, von einem Transistor (104) oder von einer Diode mit mindestens einem Bereich eines dritten Stapels an Halbleiterschichten (22, 24, 26 und 40) als Arbeitsschicht, wobei die Halbleiterschicht eine modulationsdotierte Struktur aufweist.
Thermoelektrische Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei eine Mehrzahl an thermoelektrischen Umwandlungselementen und eine Mehrzahl an photoelektrischen Umwandlungselementen derart vorgesehen sind, dass die Anzahl der thermoelektrischen Umwandlungselemente (100) und die Anzahl der photoelektrischen Umwandlungselemente (102) in einer Matrixgestalt angeordnet sind, und ein Auswahlteil vorgesehen ist, um mindestens eines aus der Anzahl der thermoelektrischen Umwandlungselemente (100) und der Anzahl der photoelektrischen Umwandlungselemente (102) auszuwählen, und das den Transistor (104) aufweist.
Thermoelektrische Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Halbleiterschicht eine p-leitende Halbleiterschicht (32, 34) und eine n-leitende Halbleiterschicht (22, 24, 26) aufweist, welche gestapelt sind, und das thermoelektrische Umwandlungselement (100) aufweist: ein erstes thermoelektrisches Umwandlungselement (100a), das eine erste n-leitende thermoelektrische Umwandlungseinheit, bei der die n-leitende Halbleiterschicht (22, 24, 26) eine thermoelektrische Umwandlung durchführt, und eine erste p-leitende thermoelektrische Umwandlungseinheit aufweist, bei der die p-leitende Halbleiterschicht (32, 34) eine thermoelektrische Umwandlung durchführt, ein zweites thermoelektrisches Umwandlungselement (100b), das eine zweite n-leitende thermoelektrische Umwandlungseinheit, bei der die n-leitende Halbleiterschicht (22, 24, 26) eine thermoelektrische Umwandlung durchführt, und eine zweite p-leitende thermoelektrische Umwandlungseinheit aufweist, bei der die p-leitende Halbleiterschicht (32, 34) eine thermoelektrische Umwandlung durchführt, einen ersten Trägerbereich (70a), der die erste n-leitende thermoelektrische Umwandlungseinheit und die zweite p-leitende thermoelektrische Umwandlungseinheit aufweist, einen zweiten Trägerbereich (70b), der die erste p-leitende thermoelektrische Umwandlungseinheit und die zweite n-leitende thermoelektrische Umwandlungseinheit aufweist, und einen Zentralbereich, mit dem der erste Trägerbereich (70a) und der zweite Trägerbereich (70b) verbunden sind und welcher ein erstes Isolationsteil zum elektrischen Isolieren mindestens einer von der p-leitenden Halbleiterschicht und der n-leitenden Halbleiterschicht zwischen dem ersten thermoelektrischen Umwandlungselement (100a) und dem zweiten thermoelektrischen Umwandlungselement (100b) aufweist, wobei das erste thermoelektrische Umwandlungselement (100a) und das zweite thermoelektrische Umwandlungselement (100b) in Reihe so verbunden sind, dass die erste thermoelektrische Umwandlungseinheit und die zweite thermoelektrische Umwandlungseinheit verbunden sind.
Thermoelektrische Vorrichtung nach Anspruch 9, wobei der erste Trägerbereich (70a) ein zweites Isolationsteil zum elektrischen Isolieren der ersten n-leitenden Umwandlungseinheit und der zweiten p-leitenden Umwandlungseinheit aufweist, und der zweite Trägerbereich (70b) ein drittes Isolationsteil zum elektrischen Isolieren der ersten n-leitenden Umwandlungseinheit und der zweiten p-leitenden Umwandlungseinheit aufweist.