JP3608410B2 - 光起電力装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光エネルギーを電気エネルギーに変換する光起電力装置（光起電力素子）に関し、特にＳＯＩ（ｓｉｌｉｃｏｎ ｏｎ ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）構造を利用した多接合型の光起電力装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
光起電力装置は良く知られており、一般にソリッドステートリレー（以下ＳＳＲと称す）のための制御信号を発生するために使用されている。かかるデバイスでは、入力端子に入力される駆動信号に応答して点灯・消灯するＬＥＤが、間隔を有するとともに絶縁されて光起電力装置の感光面光を照射するように配置される。光起電力装置の出力は、ＭＯＳゲートデバイス、典型的にはパワーＭＯＳＦＥＴのようなスイッチングデバイスの入力として使用することができ、そのスイッチングデバイスは上記ＬＥＤの駆動に応答してスイッチオンされる負荷端子を有している。一般に、光起電力装置は、パワースイッチングデバイスをターンオンさせるのに充分高い電圧を発生するために、多数の直列接続された光起電力セルからなっている。
【０００３】
この多数の直列接続された光起電力セルからなる光起電力装置は、多くの異なった方法で作ることができるが、ＳＳＲに用いられる光起電力装置としては、誘電体分離によりお互いにアイソレートされたホトダイオードを表面電極により直列に接続したホトダイオードアレイ（以下ＰＤＡと称す）が一般的である。
【０００４】
図３（ａ）に誘電体分離を用いて各ホトダイオードセルを分離するＰＤＡの断面構造の例を示す。ただし、ＰＤＡの各部の特定を明確にすべく、図３に示す括弧内の符号を適宜使用する。シリコン酸化膜１２０に囲まれ、複数のｐ型不純物が軽くドープされたシリコン島１３０が多結晶シリコン基板１１０に形成されており、各シリコン島１３０には０．５μｍ程度の浅い拡散のｎ型不純物拡散層１４０が形成され、これらシリコン島１３０およびｎ型不純物拡散層１４０がホトダイオードセルとなっている。そして、例えば、シリコン島１３０（１３１）および不純物拡散層１４０（１４１）により成るホトダイオードセルのｐ型シリコン島１３０（１３１）の一部とシリコン島１３０（１３２）および不純物拡散層１４０（１４２）により成る次段のホトダイオードセルのｎ型不純物拡散層１４０（１４２）とが表面電極１５０により接続されて、各ホトダイオードセルが直列接続されている。
【０００５】
図３（ｂ）に誘電体分離を用いて複数のホトダイオードセルを直列接続するＰＤＡの表面構造の一部を示す。各ホトダイオードセルが誘電体分離されているため、電位の違うホトダイオードセルを自由に配置することができ、表面レイアウト上の制限がないのが分かる。
【０００６】
しかしながら、このような誘電体分離法では、分離部を形成するためにエッチング、埋め込みおよび平坦化研磨といった複雑な工程が必要となるため、基板の生産コストが高くなり、また基板作成に長期間を要するといった問題が生じる。
【０００７】
この問題を回避すべく、上記のような誘電体分離を用いずに多数セルの直列接続を可能にする分離方法として、ジャンクション分離が知られている。
【０００８】
このジャンクション分離を用いて複数のホトダイオードセルを直列接続する例としては、昭和５２年度の電子通信学会総合全国大会において林豊氏により２−８０貢に開示されたＳＯＳ（ｓｉｌｉｃｏｎ ｏｎ ｓａｐｐｈｉｒｅ ）基板上に形成される直列接続のホトダイオードをジャンクション分離でアイソレートする方法、および１９９８年３月の第４５回応用物理学会関係連合講演会において高遠秀尚氏により２９ｐ−Ｐ−１３に開示されたＳＯＩ基板上に形成される直列接続のホトダイオードをジャンクション分離でアイソレートする方法などがある。
【０００９】
図４（ａ）にジャンクション分離でアイソレートされる直列接続のホトダイオードを形成する従来のＳＯＩ基板の断面構造例を示す。ＳＯＩ基板のｐ型シリコン層２３０に０．５μｍ程度の浅い拡散のｎ型不純物拡散層２３２がｎ型不純物分離層２３１と接続されるように形成され、これらｐ型シリコン層２３０、ｎ型不純物分離層２３１およびｎ型不純物拡散層２３２がホトダイオードセルとなっている。そして、ホトダイオードセルのｎ型不純物分離層２３１の一部と次段のホトダイオードセルのｐ型シリコン層２３０の一部とが表面電極２５０により接続されて、各ホトダイオードセルが直列に接続されている。ただし、１は半導体支持基板で２は絶縁膜である。
【００１０】
なお、特開平５−２６７６３５号公報には、半導体基板上に形成された絶縁膜上に第１不純物拡散層を形成し、この第１不純物拡散層をこの層内垂直方向に形成された高濃度な第２不純物拡散層により分離するフォトダイオードアレイが開示されている。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述のジャンクション分離を用いた従来例では、図４（ｂ）に示す図４（ａ）のＳＯＩ基板の表面図から分かるように、ホトダイオードセルを直列接続した光起電力装置の最外周２００は、ジャンクション分離ではないことから、誘電体分離またはエアギャップで分離しなければならないという問題がある。この理由は、例えば、図５（ａ）に示すように、光起電力装置の最外周をｎ型不純物分離層２３１と同じにすると、全てのｎ型不純物拡散層２３２がｎ型不純物分離層２３１で接続されてしまうからである。あるいは、図５（ｂ）に示すように、ｎ型不純物拡散層２３２がｐ型シリコン層２３０内に形成されて最外周のｎ型不純物分離層２３１と接続しない構造でも、ｎ型不純物分離層２３１の電位が浮遊状態であるため、光照射時にｎ型不純物分離層２３１に発生したキャリアによりホトダイオードセル間に光電流と逆方向に電流が流れ、光起電力装置の起電圧を下げる原因となる。つまり、ジャンクション分離の場合、分離層を共通化することはできず、分離層はアノードと次段の力ソードと同電位でなければならない。
【００１２】
本発明は、上記の点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、他の素子と集積化する場合にも、誘電体分離を用いる必要のない光起電力装置を提供することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するための請求項１記載の発明の光起電力装置は、半導体基板、この半導体基板上に形成される絶縁膜、およびこの絶縁膜上に形成され複数の光起電力セルを構成する半導体層により成るＳＯＩ基板と、前記複数の光起電力セルを電気的に接続する接続手段とを備え、前記複数の光起電力セルのうち、互いに隣接する一方の光起電力セルは、前記半導体層の表面から前記絶縁膜に伸びる第１導電型不純物領域、およびこの第１導電型不純物領域により囲まれる第２導電型不純物領域により構成される一方、他方の光起電力セルは、前記第１導電型不純物領域をこの第１導電型不純物領域から離間して囲む別の第１導電型不純物領域、およびこの別の第１導電型不純物領域と前記一方の光起電力セルの第１導電型不純物領域との間に挟まれる第２導電型不純物領域により構成され、前記接続手段は、互いに隣接する前記一方の光起電力セルの第１導電型不純物領域と前記他方の光起電力セルの第２導電型不純物領域とを電気的に接続し、前記複数の光起電力セルはそれぞれ同一の体積を有するものである。
【００１４】
この構造では、内側の光起電力セルの第１導電型不純物領域と外側の光起電力セルの第２導電型不純物領域とが電気的に接続されるので、内側の光起電力セルの第１導電型不純物領域が光起電力セル間の分離層として機能するようになる。このように、複数の光起電力セルが電気的に直列接続される上記構造において、光起電力セル間の分離層として機能する第１導電型不純物領域が電気的に浮遊状態となることがなくなり、光照射時に光起電力セル間に光電流と逆方向に電流が流れるようなことがなくなる。これにより、他の素子と集積化する場合にも、誘電体分離を用いる必要がなくなる。さらに、各光起電力セル内で発生するキャリア量が等しくなるので、各光起電力セルで同等の光短絡電流が得られるようになる。これにより、光短絡電流の不均一によるロスを防止することが可能になる。
【００１５】
なお、前記接続手段は、透光性の導電膜により成り、互いに隣接する前記一方の光起電力セルの第１導電型不純物領域と前記他方の光起電力セルの第２導電型不純物領域との境界にあたる前記半導体層の上面に設けられるとともに、前記境界のほぼ全周に形成される構造でもよい（請求項２）。この構造では、導電膜が透光性であるので、その導電膜により遮光されて光短絡電流が減少するようなことがない。また、光起電力セル間の分離層として機能する第１導電型不純物領域の電位が安定するようになり、開放電圧が降下しなくなる。
【００１６】
また、前記接続手段は、互いに隣接する前記一方の光起電力セルの第１導電型不純物領域と前記他方の光起電力セルの第２導電型不純物領域との境界にあたる前記半導体層の上面に設けられる遮光性の導電膜であり、この遮光性の導電膜は前記境界ごとに少なくとも２つ前記境界の一部に設けられる構造でもよい（請求項２）。この構造では、遮光性の導電膜が境界ごとに少なくとも２つその境界の一部に設けられるので、その全部に設けられる場合よりも遮光エリアが小さくなり、その導電膜の遮光による光短絡電流の減少量が低減するようになる。また、その遮光性の導電膜を適当な間隔をおいて配置することにより、光起電力セル間の分離層として機能する第１導電型不純物領域の電位が安定するようになる。さらに、遮光性の導電膜として安価なアルミニウムなどを使用することが可能になる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
図１（ａ）および（ｂ）はそれぞれ本発明の第１実施形態に係る光起電力装置の一部を示す概略平面図および（ａ）におけるＸ−Ｘ’線の概略断面図で、以下この図を用いて、第１実施形態について説明する。ただし、図１（ａ）にはＸ’を原点とした場合の第２象限に相当する部分が示されている。また、本光起電力装置の各部の特定を明確にするために図１中の括弧内の符号を適宜使用する。
【００１９】
本光起電力装置は、ＰＤＡであって、単結晶シリコンなどにより成る半導体基板１、この半導体基板１の一主表面上に形成されるシリコン酸化膜などにより成る絶縁膜２、およびこの絶縁膜２上に形成され複数（図１の例では３つ）のホトダイオードセル（光起電力セル）Ｃを構成する半導体層３により成るＳＯＩ基板と、表面電極４と、複数のホトダイオードセルＣを電気的に接続する表面電極５と、表面電極６とにより構成されている。
【００２０】
複数のホトダイオードセルＣのうち、互いに隣接する一方のホトダイオードセルＣは、半導体層３の表面から絶縁膜２に伸びるｎ型不純物分離層（第１導電型不純物領域）３１、およびこのｎ型不純物分離層３１により囲まれるｐ型シリコン層（第２導電型不純物領域）３０により構成される一方、他方のホトダイオードセルＣは、上記ｎ型不純物分離層３１をこのｎ型不純物分離層３１から離間して囲む別のｎ型不純物分離層３１、およびこの別のｎ型不純物分離層３１と上記一方のホトダイオードセルＣのｎ型不純物分離層３１との間に挟まれるｐ型シリコン層３０により構成される。
【００２１】
すなわち、図１（ｂ）に示す例では、互いに隣接する一方のホトダイオードセルＣ１は、半導体層３の表面から絶縁膜２に伸びるｎ型不純物分離層３１１、およびこのｎ型不純物分離層３１１により囲まれるｐ型シリコン層３０１により構成されている一方、他方のホトダイオードセルＣ２は、ｎ型不純物分離層３１１をこのｎ型不純物分離層３１１から離間して囲むｎ型不純物分離層３１２、およびこのｎ型不純物分離層３１２とｎ型不純物分離層３１１との間に挟まれるｐ型シリコン層３０２により構成されている。同様に、互いに隣接するホトダイオードセルＣ２，Ｃ３においも、ホトダイオードセルＣ３は、ｎ型不純物分離層３１２をこのｎ型不純物分離層３１２から離間して囲むｎ型不純物分離層３１３、およびこのｎ型不純物分離層３１３とｎ型不純物分離層３１２との間に挟まれるｐ型シリコン層３０３により構成されている。
【００２２】
表面電極４は、透光性の導電膜により四角状に形成されて成り、ホトダイオードセルＣ１におけるｐ型シリコン層３０１の上面中央に設けられている。第１実施形態では、この表面電極４がＰＤＡのアノード電極となる。
【００２３】
表面電極（接続手段）５は、互いに隣接する一方のホトダイオードセルＣのｎ型不純物分離層３１と他方のホトダイオードセルＣのｐ型シリコン層３０とを電気的に接続するもので、本第１実施形態では、透光性の導電膜により成り、図１（ｂ）に示すように、互いに隣接する一方のホトダイオードセルＣのｎ型不純物分離層３１と他方のホトダイオードセルＣのｐ型シリコン層３０との境界にあたる半導体層３の上面に設けられているとともに、図１（ａ）に示すように、その境界の全周に形成されている。
【００２４】
表面電極６は、透光性の導電膜により成り、ホトダイオードセルＣ３におけるｎ型不純物分離層３１の上面に設けられている。この表面電極６がＰＤＡのカソード電極となる。
【００２５】
このように構成される本光起電力装置についてさらに詳述すると、第１実施形態では、ｐ型シリコン層３０は、厚みが約３μｍで、不純物濃度が１×１０１５〜１×１０１６ｃｍ−３程度のものである。
【００２６】
ＳＯＩ基板の形成方法には、絶縁層上に気相、液相および固相の各相で単結晶シリコンを成長させるＳＯＩ成長法、基板を張り合わせる張り合わせＳＯＩ法、および単結晶シリコン中に酸素をイオン注入して内部に絶縁層を形成するＳＩＭＯＸ（ｓｅｐａｒａｔｉｏｎ ｂｙ ｉｍｐｌａｎｔｅｄ ｏｘｙｇｅｎ）法などがある。
【００２７】
ＳＯＩ基板上にＸ’を中心としてｐ型シリコン層３０を囲む３重のｎ型不純物分離層３１が形成されている。これら３重のｎ型不純物分離層３１は互いに離間されており、ｎ型不純物分離層３１に挟まれたｐ型シリコン層３０がそれぞれホトダイオードセルＣとなっている。各ホトダイオードセルＣのｐ型シリコン層３０の表面には、ｎ型不純物分離層３１と接続される１．０μｍ程度の浅い拡散のｎ型不純物拡散層３２が形成されている。これにより、ｐ型シリコン層３０がホトダイオードセルＣのアノードとして、そして互いに接続しているｎ型不純物分離層３１およびｎ型不純物拡散層３２がホトダイオードセルＣの力ソードとして機能する。
【００２８】
そして、ホトダイオードセルＣのｎ型不純物分離層３１の一部と外側のホトダイオードセルＣのｐ型シリコン層３０一部とが表面電極５により接続されて、各ホトダイオードセルＣが直列に接続されている。
【００２９】
表面電極５は、厚さが１００ｎｍ程度のＩＴＯ（ｉｎｄｉｕｍ ｔｉｎ ｏｘｉｄｅ：酸化インジウム錫）により成り、ｐ型シリコン層３０およびｎ型不純物分離層３１の境界部（境界およびこの近傍部分）の全周に形成されている。これら表面電極５は、まず、半導体層３の上層に形成されるシリコン酸化膜３３における上記境界部に該当する部分の除去を行い、次いで、その除去により得られる溝にＩＴＯを例えば電子ビーム蒸着法によって埋め込むことにより形成される。なお、上述の表面電極４，６もこれと同様にして形成される。
【００３０】
隣接したホトダイオードセルのｐ型シリコン層３０とｎ型不純物分離層３１によりｐｎｐトランジスタが形成されるため、表面電極５はｐ型シリコン層３０およびｎ型不純物分離層３１の境界部のほぼ全周に形成されることが望ましい。これは、表面電極５によるｐ型シリコン層３０およびｎ型不純物分離層３１の接続が不十分であると、ｐｎｐトランジスタのベース領域にあたるｎ型不純物分離層３１が電気的に浮遊状態となり、トランジスタ電流が流れてホトダイオードセルの起電圧を下げる場合があるためである。
【００３１】
また、透明な電極４〜６を用いるのは、不透明な電極による遮光に起因するｐ型シリコン層３０およびｎ型不純物分離層３１への入射光量の減少を防止するためである。
【００３２】
さらに、ｐ型シリコン層３０、ｎ型不純物分離層３１およびｎ型不純物拡散層３２を合わせたホトダイオードセルの体積は３つのホトダイオードセルで同等になっている。このように体積を同等にすると、キャリアの拡散長が充分に大きい場合、ホトダイオードセル内のｐ型シリコン層３０、ｎ型不純物分離層３１およびｎ型不純物拡散層３２で光により生成されるキャリアの総量が各ホトダイオードセルで同等になる。そうすると、ホトダイオードセルで発生する光短絡電流はそのキャリアの総量で決まるので、各ホトダイオードセルで発生する光短絡電流が等しくなる。直列接続のホトダイオードセルでは、１つでも光短絡電流が小さいとその小さい光短絡電流によって直列接続のホトダイオードセル全体の光短絡電流が律速されることになるが、上記のように体積を同等にすることで各ホトダイオードセルで発生する光短絡電流を等しくすることができ、小さい光短絡電流による全体の光短絡電流の律速を防止することができる。これにより、光短絡電流の不均一によるロスを防止することが可能になる。
【００３３】
以上、第１実施形態によれば、図１に示す構造により、ホトダイオードセル間の分離層として機能するｎ型不純物分離層３１が電気的に浮遊状態になることがないので、光照射時にホトダイオードセル間に光電流と逆方向に電流が流れなくなり、他の素子と集積化する場合にも、誘電体分離を用いる必要がない。
【００３４】
図２（ａ）および（ｂ）はそれぞれ本発明の第２実施形態に係る光起電力装置の一部を示す概略平面図および（ａ）におけるＸ−Ｘ’線の概略断面図で、以下この図を用いて、第２実施形態について説明する。
【００３５】
本光起電力装置は、半導体基板１および絶縁膜２を第１実施形態と同様に備えているほか、第１実施形態と相違する点として、表面電極４ａ，５ａ，６ａ、およびこれらの各表面電極により構造が第１実施形態とは異なる上層のシリコン酸化膜３３ａ以外は半導体層３と同様に形成される半導体層３ａを備えている。
【００３６】
表面電極４ａは、遮光性の導電膜により四角状に形成されて成り、ホトダイオードセルＣ１におけるｐ型シリコン層３０１の上面中央に設けられている。この表面電極４ａはＰＤＡのアノード電極となる。
【００３７】
表面電極（接続手段）５ａは、互いに隣接する一方のホトダイオードセルＣのｎ型不純物分離層３１と他方のホトダイオードセルＣのｐ型シリコン層３０とを電気的に接続するもので、本第２実施形態では、互いに隣接する一方のホトダイオードセルＣのｎ型不純物分離層３１と他方のホトダイオードセルＣのｐ型シリコン層３０との境界にあたる半導体層３の上面に設けられる遮光性の導電膜により成り、この遮光性の導電膜は上記境界ごとに４つその境界の一部に設けられている。
【００３８】
表面電極６ａは、ホトダイオードセルＣ３のｎ型不純物分離層３１の上面に設けられる遮光性の導電膜により成り、ホトダイオードセルＣ３の四隅に形成されている。この表面電極６ａはＰＤＡのカソード電極となる。
【００３９】
このように構成される本光起電力装置についてさらに詳述すると、第２実施形態では、ｐ型シリコン層３０は、厚みが約３μｍで、不純物濃度が１×１０１５〜１×１０１６ｃｍ−３程度のものである。
【００４０】
ＳＯＩ基板上にＸ’を中心としてｐ型シリコン層３０を囲む３重のｎ型不純物分離層３１が形成されている。これら３重のｎ型不純物分離層３１は互いに離間されており、ｎ型不純物分離層３１に挟まれたｐ型シリコン層３０がそれぞれホトダイオードセルＣとなっている。各ホトダイオードセルＣのｐ型シリコン層３０の表面には、ｎ型不純物分離層３１と接続される１．０μｍ程度の浅い拡散のｎ型不純物拡散層３２が形成されている。これにより、ｐ型シリコン層３０がホトダイオードセルＣのアノードとして、そして互いに接続しているｎ型不純物分離層３１およびｎ型不純物拡散層３２がホトダイオードセルＣの力ソードとして機能する。
【００４１】
そして、ホトダイオードセルＣのｎ型不純物分離層３１の一部と外側のホトダイオードセルＣのｐ型シリコン層３０一部とが表面電極５ａにより接続されて、各ホトダイオードセルＣが直列に接続されている。
【００４２】
表面電極５ａは、１μｍ程度の厚さのアルミニウムにより成り、ｐ型シリコン層３０およびｎ型不純物分離層３１の境界部であってホトダイオードセルＣ１，Ｃ２の四隅に形成されている。これら表面電極５ａは、まず、半導体層３の上層に形成されるシリコン酸化膜３３ａにおける上記四隅に該当する部分の除去を行い、次いで、その除去により得られる溝にアルミニウムを例えばスパッタ法で埋め込むことにより形成される。なお、上述の表面電極４ａ，６ａもこれと同様にして形成される。
【００４３】
表面電極５ａ，６ａを四隅に配置するのは、遮光性の電極により遮光される面積をなるべく少なくし、かつベース領域であるｎ型不純物分離層３１が電気的に浮遊状態になる程度を小さくし、開放電圧が下がることを防止するためである。
【００４４】
さらに、ＰＤＡから得られる光短絡電流が他よりも小さなホトダイオードセルによって律速されないようにすべく、ｐ型シリコン層３０、ｎ型不純物分離層３１およびｎ型不純物拡散層３２を合わせたホトダイオードセルの体積は３つのホトダイオードセルで同等になっている。これにより、光短絡電流の不均一によるロスを防止することが可能になる。
【００４５】
以上、第２実施形態によれば、図２に示す構造により、ホトダイオードセル間の分離層として機能するｎ型不純物分離層３１が電気的に浮遊状態になることがないので、光照射時にホトダイオードセル間に光電流と逆方向に電流が流れなくなり、他の素子と集積化する場合にも、誘電体分離を用いる必要がない。
【００４６】
なお、第１および第２実施形態では、第１および第２導電型は、それぞれ、ｎ型およびｐ型になっているが、ｐ型およびｎ型でもよい。この場合、アノードおよびカソードの関係が逆になる。
【００４７】
【発明の効果】
以上のことから明らかなように、請求項１記載の発明によれば、半導体基板、この半導体基板上に形成される絶縁膜、およびこの絶縁膜上に形成され複数の光起電力セルを構成する半導体層により成るＳＯＩ基板と、前記複数の光起電力セルを電気的に接続する接続手段とを備え、前記複数の光起電力セルのうち、互いに隣接する一方の光起電力セルは、前記半導体層の表面から前記絶縁膜に伸びる第１導電型不純物領域、およびこの第１導電型不純物領域により囲まれる第２導電型不純物領域により構成される一方、他方の光起電力セルは、前記第１導電型不純物領域をこの第１導電型不純物領域から離間して囲む別の第１導電型不純物領域、およびこの別の第１導電型不純物領域と前記一方の光起電力セルの第１導電型不純物領域との間に挟まれる第２導電型不純物領域により構成され、前記接続手段は、互いに隣接する前記一方の光起電力セルの第１導電型不純物領域と前記他方の光起電力セルの第２導電型不純物領域とを電気的に接続し、前記複数の光起電力セルはそれぞれ同一の体積を有するので、他の素子と集積化する場合にも、誘電体分離を用いる必要がなくなる。しかも、各光起電力セルで同等の光短絡電流を得ることが可能になり、光短絡電流の不均一によるロスを防止することが可能になる。
【００４８】
請求項２記載の発明によれば、前記接続手段は、透光性の導電膜により成り、互いに隣接する前記一方の光起電力セルの第１導電型不純物領域と前記他方の光起電力セルの第２導電型不純物領域との境界にあたる前記半導体層の上面に設けられるとともに、前記境界のほぼ全周に形成されるので、導電膜による遮光に起因する光短絡電流の減少を防止することが可能になる。また、光起電力セル間の分離層として機能する第１導電型不純物領域の電位を安定させることが可能になり、開放電圧の降下を防止することができる。
【００４９】
請求項３記載の発明によれば、前記接続手段は、互いに隣接する前記一方の光起電力セルの第１導電型不純物領域と前記他方の光起電力セルの第２導電型不純物領域との境界にあたる前記半導体層の上面に設けられる遮光性の導電膜であり、この遮光性の導電膜は前記境界ごとに少なくとも２つ前記境界の一部に設けられるので、導電膜による遮光に起因する光短絡電流の減少量を低減することができる。
【００５０】
また、光起電力セル間の分離層として機能する第１導電型不純物領域の電位を安定させることが可能になる。さらに、遮光性の導電膜として安価なアルミニウムなどを使用することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）および（ｂ）はそれぞれ本発明の第１実施形態に係る光起電力装置の一部を示す概略平面図および（ａ）におけるＸ−Ｘ’線の概略断面図である。
【図２】（ａ）および（ｂ）はそれぞれ本発明の第２実施形態に係る光起電力装置の一部を示す概略平面図および（ａ）におけるＸ−Ｘ’線の概略断面図である。
【図３】（ａ）および（ｂ）はそれぞれ誘電体分離を用いて各ホトダイオードセルを分離するＰＤＡの断面構造の例を示す図および（ａ）に示すＰＤＡの表面構造の一部を示す図である。
【図４】（ａ）および（ｂ）はそれぞれジャンクション分離でアイソレートされる直列接続のホトダイオードを形成する従来のＳＯＩ基板の断面構造例を示す図および（ａ）に示すＳＯＩ基板の表面構造の一部を示す図である。
【図５】（ａ）および（ｂ）はともに図４（ｂ）に示す最外周の分離構造が誘電体分離またはエアギャップに制限されることの説明図である。
【符号の説明】
１ 半導体基板
２ 絶縁膜
３，３ａ 半導体層
４，５，６ 表面電極
４ａ，５ａ，６ａ 表面電極
３０，３０１〜３０３ ｐ型シリコン層
３１，３１１〜３１３ ｎ型不純物分離層
３２，３２１〜３２３ ｎ型不純物拡散層
３３，３３ａ シリコン酸化膜
Ｃ ホトダイオードセル
【発明の属する技術分野】
本発明は、光エネルギーを電気エネルギーに変換する光起電力装置（光起電力素子）に関し、特にＳＯＩ（ｓｉｌｉｃｏｎ ｏｎ ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）構造を利用した多接合型の光起電力装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
光起電力装置は良く知られており、一般にソリッドステートリレー（以下ＳＳＲと称す）のための制御信号を発生するために使用されている。かかるデバイスでは、入力端子に入力される駆動信号に応答して点灯・消灯するＬＥＤが、間隔を有するとともに絶縁されて光起電力装置の感光面光を照射するように配置される。光起電力装置の出力は、ＭＯＳゲートデバイス、典型的にはパワーＭＯＳＦＥＴのようなスイッチングデバイスの入力として使用することができ、そのスイッチングデバイスは上記ＬＥＤの駆動に応答してスイッチオンされる負荷端子を有している。一般に、光起電力装置は、パワースイッチングデバイスをターンオンさせるのに充分高い電圧を発生するために、多数の直列接続された光起電力セルからなっている。
【０００３】
この多数の直列接続された光起電力セルからなる光起電力装置は、多くの異なった方法で作ることができるが、ＳＳＲに用いられる光起電力装置としては、誘電体分離によりお互いにアイソレートされたホトダイオードを表面電極により直列に接続したホトダイオードアレイ（以下ＰＤＡと称す）が一般的である。
【０００４】
図３（ａ）に誘電体分離を用いて各ホトダイオードセルを分離するＰＤＡの断面構造の例を示す。ただし、ＰＤＡの各部の特定を明確にすべく、図３に示す括弧内の符号を適宜使用する。シリコン酸化膜１２０に囲まれ、複数のｐ型不純物が軽くドープされたシリコン島１３０が多結晶シリコン基板１１０に形成されており、各シリコン島１３０には０．５μｍ程度の浅い拡散のｎ型不純物拡散層１４０が形成され、これらシリコン島１３０およびｎ型不純物拡散層１４０がホトダイオードセルとなっている。そして、例えば、シリコン島１３０（１３１）および不純物拡散層１４０（１４１）により成るホトダイオードセルのｐ型シリコン島１３０（１３１）の一部とシリコン島１３０（１３２）および不純物拡散層１４０（１４２）により成る次段のホトダイオードセルのｎ型不純物拡散層１４０（１４２）とが表面電極１５０により接続されて、各ホトダイオードセルが直列接続されている。
【０００５】
図３（ｂ）に誘電体分離を用いて複数のホトダイオードセルを直列接続するＰＤＡの表面構造の一部を示す。各ホトダイオードセルが誘電体分離されているため、電位の違うホトダイオードセルを自由に配置することができ、表面レイアウト上の制限がないのが分かる。
【０００６】
しかしながら、このような誘電体分離法では、分離部を形成するためにエッチング、埋め込みおよび平坦化研磨といった複雑な工程が必要となるため、基板の生産コストが高くなり、また基板作成に長期間を要するといった問題が生じる。
【０００７】
この問題を回避すべく、上記のような誘電体分離を用いずに多数セルの直列接続を可能にする分離方法として、ジャンクション分離が知られている。
【０００８】
このジャンクション分離を用いて複数のホトダイオードセルを直列接続する例としては、昭和５２年度の電子通信学会総合全国大会において林豊氏により２−８０貢に開示されたＳＯＳ（ｓｉｌｉｃｏｎ ｏｎ ｓａｐｐｈｉｒｅ ）基板上に形成される直列接続のホトダイオードをジャンクション分離でアイソレートする方法、および１９９８年３月の第４５回応用物理学会関係連合講演会において高遠秀尚氏により２９ｐ−Ｐ−１３に開示されたＳＯＩ基板上に形成される直列接続のホトダイオードをジャンクション分離でアイソレートする方法などがある。
【０００９】
図４（ａ）にジャンクション分離でアイソレートされる直列接続のホトダイオードを形成する従来のＳＯＩ基板の断面構造例を示す。ＳＯＩ基板のｐ型シリコン層２３０に０．５μｍ程度の浅い拡散のｎ型不純物拡散層２３２がｎ型不純物分離層２３１と接続されるように形成され、これらｐ型シリコン層２３０、ｎ型不純物分離層２３１およびｎ型不純物拡散層２３２がホトダイオードセルとなっている。そして、ホトダイオードセルのｎ型不純物分離層２３１の一部と次段のホトダイオードセルのｐ型シリコン層２３０の一部とが表面電極２５０により接続されて、各ホトダイオードセルが直列に接続されている。ただし、１は半導体支持基板で２は絶縁膜である。
【００１０】
なお、特開平５−２６７６３５号公報には、半導体基板上に形成された絶縁膜上に第１不純物拡散層を形成し、この第１不純物拡散層をこの層内垂直方向に形成された高濃度な第２不純物拡散層により分離するフォトダイオードアレイが開示されている。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述のジャンクション分離を用いた従来例では、図４（ｂ）に示す図４（ａ）のＳＯＩ基板の表面図から分かるように、ホトダイオードセルを直列接続した光起電力装置の最外周２００は、ジャンクション分離ではないことから、誘電体分離またはエアギャップで分離しなければならないという問題がある。この理由は、例えば、図５（ａ）に示すように、光起電力装置の最外周をｎ型不純物分離層２３１と同じにすると、全てのｎ型不純物拡散層２３２がｎ型不純物分離層２３１で接続されてしまうからである。あるいは、図５（ｂ）に示すように、ｎ型不純物拡散層２３２がｐ型シリコン層２３０内に形成されて最外周のｎ型不純物分離層２３１と接続しない構造でも、ｎ型不純物分離層２３１の電位が浮遊状態であるため、光照射時にｎ型不純物分離層２３１に発生したキャリアによりホトダイオードセル間に光電流と逆方向に電流が流れ、光起電力装置の起電圧を下げる原因となる。つまり、ジャンクション分離の場合、分離層を共通化することはできず、分離層はアノードと次段の力ソードと同電位でなければならない。
【００１２】
本発明は、上記の点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、他の素子と集積化する場合にも、誘電体分離を用いる必要のない光起電力装置を提供することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するための請求項１記載の発明の光起電力装置は、半導体基板、この半導体基板上に形成される絶縁膜、およびこの絶縁膜上に形成され複数の光起電力セルを構成する半導体層により成るＳＯＩ基板と、前記複数の光起電力セルを電気的に接続する接続手段とを備え、前記複数の光起電力セルのうち、互いに隣接する一方の光起電力セルは、前記半導体層の表面から前記絶縁膜に伸びる第１導電型不純物領域、およびこの第１導電型不純物領域により囲まれる第２導電型不純物領域により構成される一方、他方の光起電力セルは、前記第１導電型不純物領域をこの第１導電型不純物領域から離間して囲む別の第１導電型不純物領域、およびこの別の第１導電型不純物領域と前記一方の光起電力セルの第１導電型不純物領域との間に挟まれる第２導電型不純物領域により構成され、前記接続手段は、互いに隣接する前記一方の光起電力セルの第１導電型不純物領域と前記他方の光起電力セルの第２導電型不純物領域とを電気的に接続し、前記複数の光起電力セルはそれぞれ同一の体積を有するものである。
【００１４】
この構造では、内側の光起電力セルの第１導電型不純物領域と外側の光起電力セルの第２導電型不純物領域とが電気的に接続されるので、内側の光起電力セルの第１導電型不純物領域が光起電力セル間の分離層として機能するようになる。このように、複数の光起電力セルが電気的に直列接続される上記構造において、光起電力セル間の分離層として機能する第１導電型不純物領域が電気的に浮遊状態となることがなくなり、光照射時に光起電力セル間に光電流と逆方向に電流が流れるようなことがなくなる。これにより、他の素子と集積化する場合にも、誘電体分離を用いる必要がなくなる。さらに、各光起電力セル内で発生するキャリア量が等しくなるので、各光起電力セルで同等の光短絡電流が得られるようになる。これにより、光短絡電流の不均一によるロスを防止することが可能になる。
【００１５】
なお、前記接続手段は、透光性の導電膜により成り、互いに隣接する前記一方の光起電力セルの第１導電型不純物領域と前記他方の光起電力セルの第２導電型不純物領域との境界にあたる前記半導体層の上面に設けられるとともに、前記境界のほぼ全周に形成される構造でもよい（請求項２）。この構造では、導電膜が透光性であるので、その導電膜により遮光されて光短絡電流が減少するようなことがない。また、光起電力セル間の分離層として機能する第１導電型不純物領域の電位が安定するようになり、開放電圧が降下しなくなる。
【００１６】
また、前記接続手段は、互いに隣接する前記一方の光起電力セルの第１導電型不純物領域と前記他方の光起電力セルの第２導電型不純物領域との境界にあたる前記半導体層の上面に設けられる遮光性の導電膜であり、この遮光性の導電膜は前記境界ごとに少なくとも２つ前記境界の一部に設けられる構造でもよい（請求項２）。この構造では、遮光性の導電膜が境界ごとに少なくとも２つその境界の一部に設けられるので、その全部に設けられる場合よりも遮光エリアが小さくなり、その導電膜の遮光による光短絡電流の減少量が低減するようになる。また、その遮光性の導電膜を適当な間隔をおいて配置することにより、光起電力セル間の分離層として機能する第１導電型不純物領域の電位が安定するようになる。さらに、遮光性の導電膜として安価なアルミニウムなどを使用することが可能になる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
図１（ａ）および（ｂ）はそれぞれ本発明の第１実施形態に係る光起電力装置の一部を示す概略平面図および（ａ）におけるＸ−Ｘ’線の概略断面図で、以下この図を用いて、第１実施形態について説明する。ただし、図１（ａ）にはＸ’を原点とした場合の第２象限に相当する部分が示されている。また、本光起電力装置の各部の特定を明確にするために図１中の括弧内の符号を適宜使用する。
【００１９】
本光起電力装置は、ＰＤＡであって、単結晶シリコンなどにより成る半導体基板１、この半導体基板１の一主表面上に形成されるシリコン酸化膜などにより成る絶縁膜２、およびこの絶縁膜２上に形成され複数（図１の例では３つ）のホトダイオードセル（光起電力セル）Ｃを構成する半導体層３により成るＳＯＩ基板と、表面電極４と、複数のホトダイオードセルＣを電気的に接続する表面電極５と、表面電極６とにより構成されている。
【００２０】
複数のホトダイオードセルＣのうち、互いに隣接する一方のホトダイオードセルＣは、半導体層３の表面から絶縁膜２に伸びるｎ型不純物分離層（第１導電型不純物領域）３１、およびこのｎ型不純物分離層３１により囲まれるｐ型シリコン層（第２導電型不純物領域）３０により構成される一方、他方のホトダイオードセルＣは、上記ｎ型不純物分離層３１をこのｎ型不純物分離層３１から離間して囲む別のｎ型不純物分離層３１、およびこの別のｎ型不純物分離層３１と上記一方のホトダイオードセルＣのｎ型不純物分離層３１との間に挟まれるｐ型シリコン層３０により構成される。
【００２１】
すなわち、図１（ｂ）に示す例では、互いに隣接する一方のホトダイオードセルＣ１は、半導体層３の表面から絶縁膜２に伸びるｎ型不純物分離層３１１、およびこのｎ型不純物分離層３１１により囲まれるｐ型シリコン層３０１により構成されている一方、他方のホトダイオードセルＣ２は、ｎ型不純物分離層３１１をこのｎ型不純物分離層３１１から離間して囲むｎ型不純物分離層３１２、およびこのｎ型不純物分離層３１２とｎ型不純物分離層３１１との間に挟まれるｐ型シリコン層３０２により構成されている。同様に、互いに隣接するホトダイオードセルＣ２，Ｃ３においも、ホトダイオードセルＣ３は、ｎ型不純物分離層３１２をこのｎ型不純物分離層３１２から離間して囲むｎ型不純物分離層３１３、およびこのｎ型不純物分離層３１３とｎ型不純物分離層３１２との間に挟まれるｐ型シリコン層３０３により構成されている。
【００２２】
表面電極４は、透光性の導電膜により四角状に形成されて成り、ホトダイオードセルＣ１におけるｐ型シリコン層３０１の上面中央に設けられている。第１実施形態では、この表面電極４がＰＤＡのアノード電極となる。
【００２３】
表面電極（接続手段）５は、互いに隣接する一方のホトダイオードセルＣのｎ型不純物分離層３１と他方のホトダイオードセルＣのｐ型シリコン層３０とを電気的に接続するもので、本第１実施形態では、透光性の導電膜により成り、図１（ｂ）に示すように、互いに隣接する一方のホトダイオードセルＣのｎ型不純物分離層３１と他方のホトダイオードセルＣのｐ型シリコン層３０との境界にあたる半導体層３の上面に設けられているとともに、図１（ａ）に示すように、その境界の全周に形成されている。
【００２４】
表面電極６は、透光性の導電膜により成り、ホトダイオードセルＣ３におけるｎ型不純物分離層３１の上面に設けられている。この表面電極６がＰＤＡのカソード電極となる。
【００２５】
このように構成される本光起電力装置についてさらに詳述すると、第１実施形態では、ｐ型シリコン層３０は、厚みが約３μｍで、不純物濃度が１×１０１５〜１×１０１６ｃｍ−３程度のものである。
【００２６】
ＳＯＩ基板の形成方法には、絶縁層上に気相、液相および固相の各相で単結晶シリコンを成長させるＳＯＩ成長法、基板を張り合わせる張り合わせＳＯＩ法、および単結晶シリコン中に酸素をイオン注入して内部に絶縁層を形成するＳＩＭＯＸ（ｓｅｐａｒａｔｉｏｎ ｂｙ ｉｍｐｌａｎｔｅｄ ｏｘｙｇｅｎ）法などがある。
【００２７】
ＳＯＩ基板上にＸ’を中心としてｐ型シリコン層３０を囲む３重のｎ型不純物分離層３１が形成されている。これら３重のｎ型不純物分離層３１は互いに離間されており、ｎ型不純物分離層３１に挟まれたｐ型シリコン層３０がそれぞれホトダイオードセルＣとなっている。各ホトダイオードセルＣのｐ型シリコン層３０の表面には、ｎ型不純物分離層３１と接続される１．０μｍ程度の浅い拡散のｎ型不純物拡散層３２が形成されている。これにより、ｐ型シリコン層３０がホトダイオードセルＣのアノードとして、そして互いに接続しているｎ型不純物分離層３１およびｎ型不純物拡散層３２がホトダイオードセルＣの力ソードとして機能する。
【００２８】
そして、ホトダイオードセルＣのｎ型不純物分離層３１の一部と外側のホトダイオードセルＣのｐ型シリコン層３０一部とが表面電極５により接続されて、各ホトダイオードセルＣが直列に接続されている。
【００２９】
表面電極５は、厚さが１００ｎｍ程度のＩＴＯ（ｉｎｄｉｕｍ ｔｉｎ ｏｘｉｄｅ：酸化インジウム錫）により成り、ｐ型シリコン層３０およびｎ型不純物分離層３１の境界部（境界およびこの近傍部分）の全周に形成されている。これら表面電極５は、まず、半導体層３の上層に形成されるシリコン酸化膜３３における上記境界部に該当する部分の除去を行い、次いで、その除去により得られる溝にＩＴＯを例えば電子ビーム蒸着法によって埋め込むことにより形成される。なお、上述の表面電極４，６もこれと同様にして形成される。
【００３０】
隣接したホトダイオードセルのｐ型シリコン層３０とｎ型不純物分離層３１によりｐｎｐトランジスタが形成されるため、表面電極５はｐ型シリコン層３０およびｎ型不純物分離層３１の境界部のほぼ全周に形成されることが望ましい。これは、表面電極５によるｐ型シリコン層３０およびｎ型不純物分離層３１の接続が不十分であると、ｐｎｐトランジスタのベース領域にあたるｎ型不純物分離層３１が電気的に浮遊状態となり、トランジスタ電流が流れてホトダイオードセルの起電圧を下げる場合があるためである。
【００３１】
また、透明な電極４〜６を用いるのは、不透明な電極による遮光に起因するｐ型シリコン層３０およびｎ型不純物分離層３１への入射光量の減少を防止するためである。
【００３２】
さらに、ｐ型シリコン層３０、ｎ型不純物分離層３１およびｎ型不純物拡散層３２を合わせたホトダイオードセルの体積は３つのホトダイオードセルで同等になっている。このように体積を同等にすると、キャリアの拡散長が充分に大きい場合、ホトダイオードセル内のｐ型シリコン層３０、ｎ型不純物分離層３１およびｎ型不純物拡散層３２で光により生成されるキャリアの総量が各ホトダイオードセルで同等になる。そうすると、ホトダイオードセルで発生する光短絡電流はそのキャリアの総量で決まるので、各ホトダイオードセルで発生する光短絡電流が等しくなる。直列接続のホトダイオードセルでは、１つでも光短絡電流が小さいとその小さい光短絡電流によって直列接続のホトダイオードセル全体の光短絡電流が律速されることになるが、上記のように体積を同等にすることで各ホトダイオードセルで発生する光短絡電流を等しくすることができ、小さい光短絡電流による全体の光短絡電流の律速を防止することができる。これにより、光短絡電流の不均一によるロスを防止することが可能になる。
【００３３】
以上、第１実施形態によれば、図１に示す構造により、ホトダイオードセル間の分離層として機能するｎ型不純物分離層３１が電気的に浮遊状態になることがないので、光照射時にホトダイオードセル間に光電流と逆方向に電流が流れなくなり、他の素子と集積化する場合にも、誘電体分離を用いる必要がない。
【００３４】
図２（ａ）および（ｂ）はそれぞれ本発明の第２実施形態に係る光起電力装置の一部を示す概略平面図および（ａ）におけるＸ−Ｘ’線の概略断面図で、以下この図を用いて、第２実施形態について説明する。
【００３５】
本光起電力装置は、半導体基板１および絶縁膜２を第１実施形態と同様に備えているほか、第１実施形態と相違する点として、表面電極４ａ，５ａ，６ａ、およびこれらの各表面電極により構造が第１実施形態とは異なる上層のシリコン酸化膜３３ａ以外は半導体層３と同様に形成される半導体層３ａを備えている。
【００３６】
表面電極４ａは、遮光性の導電膜により四角状に形成されて成り、ホトダイオードセルＣ１におけるｐ型シリコン層３０１の上面中央に設けられている。この表面電極４ａはＰＤＡのアノード電極となる。
【００３７】
表面電極（接続手段）５ａは、互いに隣接する一方のホトダイオードセルＣのｎ型不純物分離層３１と他方のホトダイオードセルＣのｐ型シリコン層３０とを電気的に接続するもので、本第２実施形態では、互いに隣接する一方のホトダイオードセルＣのｎ型不純物分離層３１と他方のホトダイオードセルＣのｐ型シリコン層３０との境界にあたる半導体層３の上面に設けられる遮光性の導電膜により成り、この遮光性の導電膜は上記境界ごとに４つその境界の一部に設けられている。
【００３８】
表面電極６ａは、ホトダイオードセルＣ３のｎ型不純物分離層３１の上面に設けられる遮光性の導電膜により成り、ホトダイオードセルＣ３の四隅に形成されている。この表面電極６ａはＰＤＡのカソード電極となる。
【００３９】
このように構成される本光起電力装置についてさらに詳述すると、第２実施形態では、ｐ型シリコン層３０は、厚みが約３μｍで、不純物濃度が１×１０１５〜１×１０１６ｃｍ−３程度のものである。
【００４０】
ＳＯＩ基板上にＸ’を中心としてｐ型シリコン層３０を囲む３重のｎ型不純物分離層３１が形成されている。これら３重のｎ型不純物分離層３１は互いに離間されており、ｎ型不純物分離層３１に挟まれたｐ型シリコン層３０がそれぞれホトダイオードセルＣとなっている。各ホトダイオードセルＣのｐ型シリコン層３０の表面には、ｎ型不純物分離層３１と接続される１．０μｍ程度の浅い拡散のｎ型不純物拡散層３２が形成されている。これにより、ｐ型シリコン層３０がホトダイオードセルＣのアノードとして、そして互いに接続しているｎ型不純物分離層３１およびｎ型不純物拡散層３２がホトダイオードセルＣの力ソードとして機能する。
【００４１】
そして、ホトダイオードセルＣのｎ型不純物分離層３１の一部と外側のホトダイオードセルＣのｐ型シリコン層３０一部とが表面電極５ａにより接続されて、各ホトダイオードセルＣが直列に接続されている。
【００４２】
表面電極５ａは、１μｍ程度の厚さのアルミニウムにより成り、ｐ型シリコン層３０およびｎ型不純物分離層３１の境界部であってホトダイオードセルＣ１，Ｃ２の四隅に形成されている。これら表面電極５ａは、まず、半導体層３の上層に形成されるシリコン酸化膜３３ａにおける上記四隅に該当する部分の除去を行い、次いで、その除去により得られる溝にアルミニウムを例えばスパッタ法で埋め込むことにより形成される。なお、上述の表面電極４ａ，６ａもこれと同様にして形成される。
【００４３】
表面電極５ａ，６ａを四隅に配置するのは、遮光性の電極により遮光される面積をなるべく少なくし、かつベース領域であるｎ型不純物分離層３１が電気的に浮遊状態になる程度を小さくし、開放電圧が下がることを防止するためである。
【００４４】
さらに、ＰＤＡから得られる光短絡電流が他よりも小さなホトダイオードセルによって律速されないようにすべく、ｐ型シリコン層３０、ｎ型不純物分離層３１およびｎ型不純物拡散層３２を合わせたホトダイオードセルの体積は３つのホトダイオードセルで同等になっている。これにより、光短絡電流の不均一によるロスを防止することが可能になる。
【００４５】
以上、第２実施形態によれば、図２に示す構造により、ホトダイオードセル間の分離層として機能するｎ型不純物分離層３１が電気的に浮遊状態になることがないので、光照射時にホトダイオードセル間に光電流と逆方向に電流が流れなくなり、他の素子と集積化する場合にも、誘電体分離を用いる必要がない。
【００４６】
なお、第１および第２実施形態では、第１および第２導電型は、それぞれ、ｎ型およびｐ型になっているが、ｐ型およびｎ型でもよい。この場合、アノードおよびカソードの関係が逆になる。
【００４７】
【発明の効果】
以上のことから明らかなように、請求項１記載の発明によれば、半導体基板、この半導体基板上に形成される絶縁膜、およびこの絶縁膜上に形成され複数の光起電力セルを構成する半導体層により成るＳＯＩ基板と、前記複数の光起電力セルを電気的に接続する接続手段とを備え、前記複数の光起電力セルのうち、互いに隣接する一方の光起電力セルは、前記半導体層の表面から前記絶縁膜に伸びる第１導電型不純物領域、およびこの第１導電型不純物領域により囲まれる第２導電型不純物領域により構成される一方、他方の光起電力セルは、前記第１導電型不純物領域をこの第１導電型不純物領域から離間して囲む別の第１導電型不純物領域、およびこの別の第１導電型不純物領域と前記一方の光起電力セルの第１導電型不純物領域との間に挟まれる第２導電型不純物領域により構成され、前記接続手段は、互いに隣接する前記一方の光起電力セルの第１導電型不純物領域と前記他方の光起電力セルの第２導電型不純物領域とを電気的に接続し、前記複数の光起電力セルはそれぞれ同一の体積を有するので、他の素子と集積化する場合にも、誘電体分離を用いる必要がなくなる。しかも、各光起電力セルで同等の光短絡電流を得ることが可能になり、光短絡電流の不均一によるロスを防止することが可能になる。
【００４８】
請求項２記載の発明によれば、前記接続手段は、透光性の導電膜により成り、互いに隣接する前記一方の光起電力セルの第１導電型不純物領域と前記他方の光起電力セルの第２導電型不純物領域との境界にあたる前記半導体層の上面に設けられるとともに、前記境界のほぼ全周に形成されるので、導電膜による遮光に起因する光短絡電流の減少を防止することが可能になる。また、光起電力セル間の分離層として機能する第１導電型不純物領域の電位を安定させることが可能になり、開放電圧の降下を防止することができる。
【００４９】
請求項３記載の発明によれば、前記接続手段は、互いに隣接する前記一方の光起電力セルの第１導電型不純物領域と前記他方の光起電力セルの第２導電型不純物領域との境界にあたる前記半導体層の上面に設けられる遮光性の導電膜であり、この遮光性の導電膜は前記境界ごとに少なくとも２つ前記境界の一部に設けられるので、導電膜による遮光に起因する光短絡電流の減少量を低減することができる。
【００５０】
また、光起電力セル間の分離層として機能する第１導電型不純物領域の電位を安定させることが可能になる。さらに、遮光性の導電膜として安価なアルミニウムなどを使用することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）および（ｂ）はそれぞれ本発明の第１実施形態に係る光起電力装置の一部を示す概略平面図および（ａ）におけるＸ−Ｘ’線の概略断面図である。
【図２】（ａ）および（ｂ）はそれぞれ本発明の第２実施形態に係る光起電力装置の一部を示す概略平面図および（ａ）におけるＸ−Ｘ’線の概略断面図である。
【図３】（ａ）および（ｂ）はそれぞれ誘電体分離を用いて各ホトダイオードセルを分離するＰＤＡの断面構造の例を示す図および（ａ）に示すＰＤＡの表面構造の一部を示す図である。
【図４】（ａ）および（ｂ）はそれぞれジャンクション分離でアイソレートされる直列接続のホトダイオードを形成する従来のＳＯＩ基板の断面構造例を示す図および（ａ）に示すＳＯＩ基板の表面構造の一部を示す図である。
【図５】（ａ）および（ｂ）はともに図４（ｂ）に示す最外周の分離構造が誘電体分離またはエアギャップに制限されることの説明図である。
【符号の説明】
１ 半導体基板
２ 絶縁膜
３，３ａ 半導体層
４，５，６ 表面電極
４ａ，５ａ，６ａ 表面電極
３０，３０１〜３０３ ｐ型シリコン層
３１，３１１〜３１３ ｎ型不純物分離層
３２，３２１〜３２３ ｎ型不純物拡散層
３３，３３ａ シリコン酸化膜
Ｃ ホトダイオードセル
Claims (3)
- 半導体基板、この半導体基板上に形成される絶縁膜、およびこの絶縁膜上に形成され複数の光起電力セルを構成する半導体層により成るＳＯＩ基板と、
前記複数の光起電力セルを電気的に接続する接続手段と
を備え、
前記複数の光起電力セルのうち、互いに隣接する一方の光起電力セルは、前記半導体層の表面から前記絶縁膜に伸びる第１導電型不純物領域、およびこの第１導電型不純物領域により囲まれる第２導電型不純物領域により構成される一方、他方の光起電力セルは、前記第１導電型不純物領域をこの第１導電型不純物領域から離間して囲む別の第１導電型不純物領域、およびこの別の第１導電型不純物領域と前記一方の光起電力セルの第１導電型不純物領域との間に挟まれる第２導電型不純物領域により構成され、
前記接続手段は、互いに隣接する前記一方の光起電力セルの第１導電型不純物領域と前記他方の光起電力セルの第２導電型不純物領域とを電気的に接続し、
前記複数の光起電力セルはそれぞれ同一の体積を有する
光起電力装置。 - 前記接続手段は、透光性の導電膜により成り、互いに隣接する前記一方の光起電力セルの第１導電型不純物領域と前記他方の光起電力セルの第２導電型不純物領域との境界にあたる前記半導体層の上面に設けられるとともに、前記境界のほぼ全周に形成される請求項１記載の光起電力装置。
- 前記接続手段は、互いに隣接する前記一方の光起電力セルの第１導電型不純物領域と前記他方の光起電力セルの第２導電型不純物領域との境界にあたる前記半導体層の上面に設けられる遮光性の導電膜であり、この遮光性の導電膜は前記境界ごとに少なくとも２つ前記境界の一部に設けられる請求項１記載の光起電力装置。
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