JP2000271769A

JP2000271769A - 溶着方法、それを用いた電極構造の製造方法、電極構造および熱電素子の製造方法並びに熱電素子

Info

Publication number: JP2000271769A
Application number: JP11086821A
Authority: JP
Inventors: Kazuhiko Takahashi; 和彦高橋
Original assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Priority date: 1999-03-29
Filing date: 1999-03-29
Publication date: 2000-10-03

Abstract

(57)【要約】【課題】例えば熱電素子を製造した場合には、従来の
加圧熱処理（ホットプレス）を使用せず、これによって
大型の装置あるいは雰囲気制御を必要とせず、コスト的
に有利であり、しかも半導体にドープされた過剰キャリ
アが半導体中に広く拡散することもなく、低抵抗で且つ
熱伝導性に優れた電気的接合を達成することのできる溶
着方法を提供する。【解決手段】金属電極１，２，３からなる第１部材
と、これよりもエネルギビームを透過し易い性質のある
半導体４，５からなる第２部材とを接触させて、その接
触面に対して半導体４，５側を通してエネルギビーム１
０１，１１１を照射し、金属電極１，２，３をその融点
付近まで加熱することによって、金属電極１，２，３お
よび半導体４，５の溶着を行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、溶着方法、それを
用いた電極構造の製造方法、電極構造および熱電素子並
びにその製造方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】例えば、冷却装置として知られる熱電素
子は、熱電材料としてのｎ型半導体とｐ型半導体とを金
属電極間にそれぞれ挟み込み、これを直列に接続した構
造を有し、ｎ型半導体および金属電極間の接合部とｐ型
半導体および金属電極間の接合部との間で、ペルチェ効
果による吸熱、発熱現象を生じさせるようにしたもので
ある。

【０００３】ところで、近年、半導体材料としてのＳｉ
Ｃの特徴が注目され、それを熱電材料として用いるよう
にした熱電素子が知られている。ＳｉＣは他の半導体に
比較して耐環境性に優れ、温度、放射線等の影響を受け
にくいため、宇宙開発等の分野や、廃熱回収技術や、冷
却フロンを用いない電子冷却技術の分野に有効な材料と
して注目されている。

【０００４】図４は、ＳｉＣ半導体を熱電材料として用
いた、従来の熱電素子の構造及びその金属電極の形成方
法を説明するための正面断面図である。π字型をなして
いる熱電素子は、二つの金属電極１、２と一つの金属電
極３との間に、ｎ型ＳｉＣ半導体４およびｐ型ＳｉＣ半
導体５をそれぞれ挟んだ構造をなしている。

【０００５】ここで、金属電極１、２、３には一般的に
Ｃｕ（銅）が用いられる。その理由は、Ｃｕの熱伝導率
の良好であるためである。また、ｎ型ＳｉＣ半導体４
は、ｎ型を得るためにＮ（窒素）雰囲気内における単結
晶昇華法により形成され、ｐ型ＳｉＣ半導体５は、ｐ型
を得るためにＡｌ（アルミニウム）またはＢ（ボロン）
雰囲気内における単結晶昇華法により生成され、これら
は必要に応じて所定形状に成形される。

【０００６】そして、得られたｎ型ＳｉＣ半導体４は、
その上下が金属電極３、１に接合され、ｐ型ＳｉＣ半導
体５は、その上下が金属電極３、２に接合される。これ
ら金属電極と半導体との接合は、高温雰囲気における圧
着処理によりなされ、金属電極１および２の上部にそれ
ぞれ半導体４、５を設置し、さらにこれら半導体４、５
上に金属電極３を掛け渡すように重ねた後、Ａｒ等の不
活性ガス下における高温雰囲気内で加圧熱処理（ホット
プレス）が行われる。

【０００７】こうして得られた熱電素子において、金属
電極１側に正電圧、金属電極２側に負電圧を印加するこ
とにより、金属電極１から金属電極２に向かって電流を
流すと、金属電極１および金属電極２側が冷却され、金
属電極３側が加熱される。したがって、金属電極１およ
び２側を冷却部とした、例えば冷却装置を構成すること
ができる。

【０００８】ところで、ＳｉＣ等半導体は一般に金属と
接触させると、電子エネルギレベルの違いから、その境
界面にショットキー障壁が生じ、金属との低抵抗のオー
ミック接合をとることができない。このため、半導体と
金属とのオーミック接合をとるためには、半導体の金属
との接合部（図４の４ａ、４ｂ、５ａ、５ｂ）に過剰キ
ャリアをドープする必要があり、従来の熱電素子の製造
方法では、過剰キャリアをドープするための工程を必要
としている。

【０００９】この過剰キャリアのドープは、ｎ、ｐ型の
過剰キャリアを生成する不純物（Ｎ、ＡｌまたはＢ）を
混入させたエピタキシャル成長膜を形成することによ
り、または、イオン注入法により不純物を導入すること
により行われている。

【００１０】そこで、本発明者らは、金属電極と半導体
との間に、両者の電気的接合を行う導電性のキャリア供
給材を介在させてなる電極構造を提案している。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、金属電
極と半導体とを接合する従来の加圧熱処理（ホットプレ
ス）工程は、上記のように雰囲気を高温にし、さらに不
活性ガス雰囲気を設けてこれを制御しなければならず、
必然的に装置が大掛かりなものとなり、また、処理時間
も長くなり、コストが高くなるという問題点がある。

【００１２】また、加圧熱処理（ホットプレス）工程に
長時間要することから、半導体にドープされた過剰キャ
リアが半導体中に広く拡散されてしまい、低抵抗で且つ
熱伝導性に優れた電気的接合を達成することができない
という問題点もある。

【００１３】そこで、本発明の目的は、例えば上記のよ
うな熱電素子の製造に関する課題を解決することのでき
る溶着方法、それを用いた電極構造の製造方法、電極構
造および熱電素子の製造方法並びに熱電素子の提供する
ことにある。

【００１４】本発明の溶着方法により例えば熱電素子を
製造した場合には、従来の加圧熱処理（ホットプレス）
を行っていないので、それによる大型の装置あるいは雰
囲気制御を必要とせず、また、処理時間の短縮化が図
れ、コスト的に有利となり、しかも半導体にドープされ
た過剰キャリアが半導体中に広く拡散することもなく、
低抵抗で且つ熱伝導性に優れた電気的接合を達成するこ
とができる。

【００１５】

【課題を解決するための手段】上述した課題を解決する
ため、本発明に係る溶着方法は、第１部材と、前記第１
部材よりもエネルギビームを透過し易い性質のある第２
部材とを溶着する溶着方法であって、前記第１部材と前
記第２部材とを接触させて、その接触面に対して前記第
２部材側を通してエネルギビームを照射し、前記第１部
材をその融点付近まで加熱することによって、前記第一
部材および前記第二部材の溶着を行うものである。

【００１６】このような構成において、第１部材はエネ
ルギビームを透過し易く、その熱エネルギはあまり吸収
されることなく、第１部材の接触面に到達する。第１部
材は第２部材よりもエネルギビームを透過し難いので、
接触面で熱が発生し易くなる。そして、このような構成
によれば、二つの部材間を接合するための加圧熱処理
（ホットプレス）のような大型の加熱装置を必要とせ
ず、また接合に際して雰囲気の制御も必要とせず、更に
処理時間の短縮化も図れ、コスト的に有利である。

【００１７】また本発明に係る溶着方法において、エネ
ルギビームのエネルギは、前記第２部材のバンドギャッ
プエネルギよりも小さいものである。

【００１８】このような溶着方法によれば、エネルギビ
ームのエネルギが、第２部材を通過中に熱として吸収さ
れるエネルギは少なく、第１部材に小さな損失で到達す
ることができる。一方、第２部材に到達すると、その表
面で熱として吸収され、その接触面が過熱されて溶着さ
れる。したがって、効率よく第１部材および第２部材の
接合を行うことができる。

【００１９】また本発明の溶着方法においては、エネル
ギビームの照射時には第１部材および第２部材に加圧を
施している。

【００２０】この加圧により、第２部材側を通してエネ
ルギビームを照射し、第１部材をその融点付近まで加熱
したときに、第１部材および前記第２部材間の密着性を
高めることができる。なお、本発明における加圧時には
特別な雰囲気制御を行う必要がないので、従来技術に比
べて低コストである。

【００２１】また本発明の溶着方法においては、第１部
材を金属とし、第２部材を半導体とすることができる。

【００２２】このような溶着方法によれば、一般的に半
導体は金属よりもエネルギビームを透過し易い性質があ
るため、エネルギビームによる第１部材（金属）の加熱
を有効に行うことができる。とくに金属として銅を用い
れば、電極の熱伝導率を高めることができる。また半導
体としてワイドギャップ半導体を用いれば、エネルギビ
ームのエネルギ量を適宜選択することにより、エネルギ
ビームが第２部材（ワイドギャップ半導体）を一層透過
し易くなるため、エネルギビームによる第１部材（金
属）の加熱を有効に行うことができる。

【００２３】また本発明の溶着方法によれば、ワイドギ
ャップ半導体としてＳｉＣを好適に選択することができ
る。

【００２４】ＳｉＣは、上記で説明したように、その他
の半導体に比較して耐環境性に優れ、温度、放射線等の
影響を受けにくいため、宇宙開発等の分野や、廃熱回収
技術や、冷却フロンを用いない電子冷却技術等の分野の
ための材料として好適である。

【００２５】また本発明の溶着方法は、ワイドギャップ
半導体としてＳｉＣを使用し、且つエネルギビームとし
てＣＯ₂レーザまたはＡｒイオンレーザを採用すること
ができる。

【００２６】ＣＯ₂レーザまたはＡｒイオンレーザは、
とくにＳｉＣに対する透過性が良好であり、金属として
の銅の加熱を有効に行うことができる。

【００２７】また本発明は、半導体と金属とが溶着され
てなる電極構造の製造方法において、前記半導体と金属
とを前記の溶着方法により溶着することを特徴とする電
極構造の製造方法を提供するものである。

【００２８】このような構成によれば、半導体と金属と
を、加圧熱処理（ホットプレス）のような大型の加熱装
置を必要とせずに接合して電極構造を得ることができ、
このような電極構造は、接合に際して雰囲気の制御も必
要とせず、コスト的に有利である。

【００２９】また、加熱処理時間が短くなるので、半導
体の接合部に過剰キャリアがドープされていても過剰キ
ャリアが半導体中に広く拡散することもなく、低抵抗で
且つ熱伝導性に優れた電気的接合を達成した電極構造を
得ることができる。なお本発明においては、半導体と金
属とが溶着されてなる構造を電極構造と呼ぶことにす
る。

【００３０】また本発明の電極構造は、前記電極構造の
半導体と金属との接続部に、エネルギビームによる溶着
部が設けられていることを特徴としている。

【００３１】このような構成によれば、半導体と金属と
を、エネルギビームにより溶着し接合した電極構造であ
るので、従来の加圧熱処理（ホットプレス）のような大
型の加熱装置を必要とせず、接合に際して雰囲気の制御
も必要とせず、更に処理時間の短縮化が図れ、コスト的
に有利である。

【００３２】また、処理時間の短縮化が図れることか
ら、半導体の金属との接続部に過剰キャリアがドープさ
れていても、これが半導体中に広く拡散されることはな
いので、低抵抗で且つ熱伝導性に優れた電気的接合を有
する電極構造となる。

【００３３】また本発明は、ｐ型半導体とｎ型半導体と
の間に金属電極を接続して構成される熱電素子の製造方
法において、前記各半導体と金属電極とを圧接させて、
前記各半導体と前記金属電極との接触面に、前記各半導
体側から各半導体を透過するようにしてエネルギビーム
を照射し、前記金属電極をその融点付近まで加熱するこ
とによって、前記各半導体と前記金属電極とを溶着する
ようにしたことを特徴とする熱電素子の製造方法を提供
するものである。

【００３４】このような構成によれば、熱電素子を製造
するに当たって、半導体と金属とを、加圧熱処理（ホッ
トプレス）のような大型の加熱装置を必要とせずに接合
しているので、接合に際して雰囲気の制御も必要とせ
ず、コスト的に有利である。また、半導体の一部に過剰
キャリアがドープされていても、これが半導体中に広く
拡散されることはないので、低抵抗で且つ熱伝導性に優
れた電気的接合を有する熱電素子を得ることができる。

【００３５】また本発明の熱電素子の製造方法は、金属
電極と半導体との間に、両者の電気的接合を行う導電性
のキャリア供給材を介在させて前記金属電極と半導体と
の溶着を行うこともできる。

【００３６】このような構成によれば、例えば半導体に
ＳｉＣを用いる場合、ＳｉＣは非常に堅い材料であるた
め、切り出し部の平坦度を上げることが難しく、金属電
極と圧着させた場合に、隙間が残ったまま圧着されるこ
とがあるが、キャリア供給材によりこの隙間が満たされ
ることになり、金属電極と半導体との実質的接合面積が
大きくなり、低抵抗でかつ熱伝導性に一層優れた接合を
有する熱電素子を得ることができる。

【００３７】また本発明は、ｐ型半導体とｎ型半導体と
の間に金属電極を接続して構成される熱電素子におい
て、前記ｐ型半導体と前記金属電極、および前記ｎ型半
導体と前記金属電極との接続部には、エネルギビームに
よる溶着部が設けられていることを特徴とする熱電素子
を提供するものである。

【００３８】このような構成によれば、半導体と金属と
を、エネルギビームにより溶着し接合しているので、従
来の加圧熱処理（ホットプレス）のような大型の加熱装
置を必要とせず、接合に際して雰囲気の制御も必要とせ
ず、コスト的に有利である。また、半導体の接合部に過
剰キャリアがドープされていても過剰キャリアが半導体
中に広く拡散していないので、低抵抗で且つ熱伝導性に
優れた電気的接合を有する熱電素子となる。

【００３９】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図を
用いて説明する。実施の形態１．図１は、本発明の溶着方法を説明するた
めの図であり、（ａ）〜（ｄ）は正面断面図であり、
（ｅ）は底面図である。なお、以下の説明では熱電素子
を例にして本発明の溶着方法を説明しているが、本発明
の溶着方法は下記説明における熱電素子以外にも適用可
能であることは言うまでもない。

【００４０】図１（ｄ）は完成された熱電素子を示すも
ので、π字型をなしている熱電素子は、二つの金属電極
１、２と一つの金属電極３との間に、ｎ型ＳｉＣ半導体
４およびｐ型ＳｉＣ半導体５をそれぞれ挟んだ構造をな
している。また、ｎ型ＳｉＣ半導体４は、その上下が金
属電極３、１に接合され、ｐ型ＳｉＣ半導体５は、その
上下が金属電極３、２に接合される。これらｎ型ＳｉＣ
半導体４、ｐ型ＳｉＣ半導体５は必要に応じて成形さ
れ、一実施態様においては、ダイヤモンドワイヤにより
断面が略３ｍｍ角の四角形状に成形されている。

【００４１】また、一実施態様において電極１、２およ
び金属電極３は厚さが１ｍｍ〜５ｍｍ程度であり、金属
電極３の横方向長さは数ｍｍ〜十数ｍｍの長さを有して
いる。また、ｎ型ＳｉＣ半導体４は、窒素雰囲気中で、
ＳｉＣ単結晶昇華法を用いて形成され、キャリアのドー
プ量は１０¹⁷／ｃｍ³程度である。また、ｐ型ＳｉＣ半
導体５は、ＡｌまたはＢ雰囲気中で同じくＳｉＣ単結晶
昇華法を用いて形成され、キャリアのドープ量は１０¹⁸
／ｃｍ³程度である。

【００４２】そしてｎ型ＳｉＣ半導体４およびｐ型半導
体５と金属電極１、２、３との溶着部付近には（図１の
４ａ、４ｂ、５ａ、５ｂ）に過剰キャリアがドープされ
ている。

【００４３】本発明によれば、これら金属電極と半導体
との溶着は、エネルギビーム１０１、１１１の照射によ
り行われる。

【００４４】本実施の形態によれば、第１部材が金属電
極、第２部材が半導体に相当し、第２部材（半導体）
は、第１部材（金属）よりもエネルギビームを透過し易
い性質をもっている。そして第１部材（金属）と第２部
材（半導体）とを接触させて、その接触面に対して第２
部材（半導体）側を通してエネルギビームを照射し、第
１部材（金属）をその融点付近まで加熱することによっ
て、第１部材（金属）および第２部材（半導体）の溶着
を行うことができる。

【００４５】まず、ｎ型ＳｉＣ半導体４と金属電極３、
およびｐ型ＳｉＣ半導体５と金属電極３との溶着は、半
導体４、５の下部から、金属電極３に向けて図１（ａ）
に示したようにエネルギビーム１０１を照射することに
より行われる。この場合、半導体４，５および金属電極
３の支持を行うとともに、後述する溶着部を加圧するた
め、金属電極３と半導体４，５との加圧支持部材２０，
２１が設けられている。下側の加圧支持部材２１には、
エネルギビームを通すための窓２１ａ、２１ｂが設けら
れている。

【００４６】図１（ｅ）の破線１２１は、エネルギビー
ム１０１の照射場所の例示である。この例によればエネ
ルギビーム１０１は四角形の半導体４、５の底面の外周
縁を除くほぼ前面に照射され、該部分において半導体と
金属電極とが溶着されている。図１（ｂ）は以上の処理
により形成された、熱電素子の金属電極３と半導体４，
５との接続状態（一つの電極構造）を示している。

【００４７】次に、ｎ型ＳｉＣ半導体４と金属電極１、
およびｐ型ＳｉＣ半導体５と金属電極２との溶着は、図
１（ｃ）に示すように、図１（ｂ）で示される電極構造
の半導体４，５のそれぞれの下に金属電極１，２を配置
して、加圧支持部２２，２３により加圧支持し、半導体
４、５の上部斜め方向から金属電極１、２に向けて図１
（ａ）に示したようにエネルギビーム１１１を照射す
る。こうして、図１（ｄ）に示した熱電素子が形成され
る。

【００４８】本発明の方法によれば、エネルギビームの
エネルギ出力は、通常は１ｍＷないし数百ｍＷ／ｃｍ²
の範囲のエネルギ出力である。エネルギビームの照射時
間は、第１部材および第２部材の材質や大きさを考慮し
て適宜決定すればよいが、一般的に１分から数十分程度
であればよい。なお、本発明の溶着方法では半導体と金
属電極とは、波状に溶着されることがある。これはエネ
ルギビームの走査が原因となるものであり、したがっ
て、エネルギビームの走査速度が遅いほど、換言すれば
照射時間が長ければ長いほど半導体と金属電極との溶着
が強固になる。しかしながらその反面、エネルギコスト
が増加するので、この点も考慮して、エネルギビームの
エネルギ出力および照射時間を選定するのがよい。

【００４９】ここで、エネルギビームのエネルギが第１
部材に少ない損失で到達できるように、該エネルギは、
第２部材のバンドギャップエネルギよりも小さいもので
あるのが望ましい。なお、フォノンの影響は無視できる
ほど小さいと考えられる。とくにバンドギャップエネル
ギの大きい、ＳｉＣ、ＳｉＧｅ、ＰｂＴｅ、ＢｉＴｅの
ようなワイドギャップ半導体を選択すれば、エネルギビ
ームのエネルギ量を適宜選択することにより、エネルギ
ビームが第２部材（ワイドギャップ半導体）を一層透過
し易くなるため、エネルギビームによる第１部材（金
属）の加熱を有効に行うことができ、ひいては、それに
接する第２部材表面を有効に加熱することができる。

【００５０】またＳｉＣは、上記で説明したように、そ
の他の半導体に比較して耐環境性に優れ、温度、放射線
等の影響を受けにくく、各種分野で有用であることか
ら、本発明においてもワイドギャップ半導体としてＳｉ
Ｃを選択するのが好ましい。

【００５１】さらにワイドギャップ半導体としてＳｉＣ
を使用した場合、とくにＳｉＣに対して透過性が良好で
あるＣＯ₂レーザまたはＡｒイオンレーザをエネルギビ
ームに選択すれば、第１部材（金属）の加熱を有効に行
うことができる。なお、第１部材（金属）としては、電
極の熱伝導率の観点から銅が好適である。

【００５２】また、エネルギビームの照射時には第１部
材および第２部材に加圧を施すのが好ましい。圧力は、
例えば１０ｋｇ／ｃｍ²〜数１００ｋｇ／ｃｍ²程度の範
囲である。なお、この加圧時には、従来技術のように雰
囲気を制御する必要はなく、低温ないし高温で、活性ま
たは不活性雰囲気を適宜選択することができる。

【００５３】本発明によれば、金属電極と半導体との間
に、両者の電気的接合を行う導電性のキャリア供給材を
介在させて金属電極と半導体との溶着を行うのが効果的
である。すなわち、例えば半導体にＳｉＣを用いる場
合、ＳｉＣは非常に堅い材料であるため、切り出し部の
平坦度を上げることが難しく、金属電極と圧着させた場
合に、隙間が残ったまま圧着されることがあるが、キャ
リア供給材によりこの隙間が満たされることになり、金
属電極と半導体との実質的接合面積が大きくなり、低抵
抗でかつ熱伝導性に一層優れた接合を有する熱電素子を
得ることができる。

【００５４】以下にこれを説明する。実施の形態２．図２は、本実施の形態に係る別の熱電素
子を示す正面断面図である。図２（ａ）〜（ｄ）は、そ
れぞれ図１（ａ）〜（ｄ）に対応して示している。ここ
で、キャリア供給材としては、ニッケル（Ｎｉ）から構
成されるシート（以下、Ｎｉシートという）またはアル
ミニウム（Ａｌ）から構成されるシート（以下Ａｌシー
トという）が用いられている。

【００５５】図２（ｄ）に示されるように、熱電素子
は、二つの金属電極（銅電極）１、２と、金属電極１上
に設けられるＮｉシート６と、Ｎｉシート６上に設けら
れるｎ型ＳｉＣ半導体４と、ｎ型ＳｉＣ半導体４上に設
けられるＮｉシート７と、金属電極２上に設けられるＡ
ｌシート８と、Ａｌシート８上に設けられるｐ型ＳｉＣ
半導体５と、ｐ型半導体５上に設けられるＡｌシート９
と、Ｎｉシート７およびＡｌシート９上に掛け渡される
一つの金属電極（銅電極）３とを備えて構成されてい
る。

【００５６】これら金属電極１、Ｎｉシート６、ｎ型Ｓ
ｉＣ半導体４、Ｎｉシート７、金属電極３、Ａｌシート
９、ｐ型ＳｉＣ半導体５、Ａｌシート８、金属電極２は
直列構造をなし、かつＵ字状をなしている。

【００５７】本実施の形態における熱電素子は、上述と
同様にして金属電極１、２、３と半導体４、５との溶着
は、エネルギビームの照射により行われる。

【００５８】すなわち、金属電極３と半導体４との溶着
は、それらの間にＮｉシート７を挟み、また、金属電極
３と半導体５との溶着は、それらの間にＡｌシート９を
挟んで、図２（ａ）に示すように、半導体４、５側から
エネルギビームを照射する。そして、金属電極３および
半導体４の接続面をＮｉシート７とともに溶かしてそれ
らを溶着させる。また、金属電極３および半導体５の接
続面をＡｌシート９とともに溶かしてそれらを溶着させ
る。こうして、図２（ｂ）に示す熱電素子の電極構造が
製作される。

【００５９】また、金属電極１と半導体４との溶着は、
それらの間にＮｉシート６を挟み、また、金属電極２と
半導体５との溶着は、それらの間にＡｌシート８を挟ん
で、図２（ｃ）に示すように、半導体４、５の斜め上方
からエネルギビームを照射する。そして、金属電極１お
よび半導体４の接続面をＮｉシート６とともに溶かして
それらを溶着させる。また、金属電極２および半導体５
の接続面をＡｌシート８とともに溶かしてそれらを溶着
させる。こうして、上述した図２（ｄ）に示す熱電素子
が製作される。

【００６０】本実施の形態において、金属電極１、２、
３のサイズや、ｎ型ＳｉＣ半導体４、ｐ型ＳｉＣ半導体
５の調製法、サイズ、過剰キャリアのドープ量等は、先
の図１での説明と同様であり、ここでの説明は省略す
る。

【００６１】また、Ｎｉシート６、７およびＡｌシート
８、９は、厚さが数十μｍ〜１００μｍとされ、この厚
さは、低抵抗なオーミック接触をとることが目的として
用いられるため、必要にして最小の厚さが選ばれてお
り、ｎ型ＳｉＣ半導体４、ｐ型ＳｉＣ半導体５の断面積
によらず、略一定とされる。

【００６２】図３は、図１に示した熱電素子を一つのユ
ニットとして、これを複数、一次元または二次元状に配
列させてなる冷却装置を示す側面図である。

【００６３】熱電素子１０Ａ−１…はそれぞれの電極１
５−１…を介して互いに直列に接続され、電極１５−１
側から１５−２、３、４…側へと電流を流すことにより
下部電極１５−１…が冷却される。電流の向きを逆にす
ると下部電極１５−１…は加熱される。

【００６４】以上に説明した実施の形態では半導体にｎ
型、ｐ型のＳｉＣを用い、またキャリア供給材として、
Ｎｉ、Ａｌシートを用いて構成したが、その他の半導体
とキャリア供給材の組み合わせとしては、以下のような
組み合わせが挙げられる。半導体（熱電材料）ｎ側のシートｐ側のシートＳｉＧｅ系ＢＰＰｂＴｅ系ＳｎＰｂＢｉＴｅ系ＳｂまたはＴｅＳｂ

【００６５】

【発明の効果】以上の説明より明らかなように、本発明
により例えば熱電素子を製造した場合には、従来の加圧
熱処理（ホットプレス）を行っていないので、それによ
る大型の装置あるいは雰囲気制御を必要とせず、コスト
的に有利であり、しかも半導体にドープされた過剰キャ
リアが半導体中に広く拡散することもなく、低抵抗で且
つ熱伝導性に優れた電気的接合を達成することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態１における溶着方法および
製作された熱電素子を示す正面断面図である。

【図２】本発明の実施の形態２における溶着方法および
製作された熱電素子を示す正面断面図である。

【図３】図１に示した熱電素子を一つのユニットとし
て、これを配列させてなる冷却装置を示す側面図であ
る。

【図４】ＳｉＣ半導体を熱電材料として用いた、従来の
熱電素子の製造方法を説明するための正面断面図であ
る。

【符号の説明】

１，２，３金属電極４ｎ型ＳｉＣ半導体５ｐ型ＳｉＣ半導体６，７Ｎｉシート８，９Ａｌシート１０１，１１１エネルギビーム

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】第１部材と、前記第１部材よりもエネル
ギビームを透過し易い性質のある第２部材とを溶着する
溶着方法であって、前記第１部材と前記第２部材とを接
触させて、その接触面に対して前記第２部材側を通して
エネルギビームを照射し、前記第１部材をその融点付近
まで加熱することによって、前記第１部材および前記第
２部材の溶着を行うことを特徴とする溶着方法。
【請求項２】請求項１に記載の溶着方法において、前記エネルギビームのエネルギは、前記第２部材のバン
ドギャップエネルギよりも小さいものである溶着方法。
【請求項３】請求項１または２に記載の溶着方法にお
いて、前記エネルギビームの照射時には前記第１部材および第
２部材に加圧を施す溶着方法。
【請求項４】請求項１乃至請求項３のいずれかに記載
の溶着方法において、前記第１部材は金属であり、前記第２部材は半導体であ
る溶着方法。
【請求項５】請求項４に記載の溶着方法において、前
記金属は銅である溶着方法。
【請求項６】請求項４に記載の溶着方法において、前
記半導体はワイドギャップ半導体である溶着方法。
【請求項７】請求項６記載の溶着方法において、前記
ワイドギャップ半導体はＳｉＣである溶着方法。
【請求項８】請求項６に記載の溶着方法において、前記エネルギビームはＣＯ₂レーザまたはＡｒイオンレ
ーザである溶着方法。
【請求項９】半導体と金属とが溶着されてなる電極構
造の製造方法において、前記半導体と金属とを請求項４
乃至請求項８のいずれかに記載の溶着方法により溶着す
ることを特徴とする電極構造の製造方法。
【請求項１０】半導体と金属とが接続されてなる電極
構造において、前記電極構造の半導体と金属との接続部
には、エネルギビームによる溶着部が設けられているこ
とを特徴とする電極構造。
【請求項１１】ｐ型半導体とｎ型半導体との間に金属
電極を接続して構成される熱電素子の製造方法におい
て、前記各半導体と金属電極とを圧接させて、前記各半導体
と前記金属電極との接触面に、前記各半導体側から各半
導体を透過するようにしてエネルギビームを照射し、前
記金属電極をその融点付近まで加熱することによって、
前記各半導体と前記金属電極とを溶着するようにしたこ
とを特徴とする熱電素子の製造方法。
【請求項１２】請求項１１に記載の熱電素子の製造方
法において、前記金属電極と半導体との間に、両者の電気的接合を行
う導電性のキャリア供給材を介在させて前記金属電極と
半導体との溶着を行うことを特徴とする熱電素子の製造
方法。
【請求項１３】ｐ型半導体とｎ型半導体との間に金属
電極を接続して構成される熱電素子において、前記ｐ型半導体と前記金属電極、および前記ｎ型半導体
と前記金属電極との接続部には、エネルギビームによる
溶着部が設けられていることを特徴とする熱電素子。