KR20000068831A - 구상반도체 디바이스와 그 제조방법 그리고 구상반도체 디바이스 - Google Patents

구상반도체 디바이스와 그 제조방법 그리고 구상반도체 디바이스 Download PDF

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Abstract

구상의 심재(1)와, 심재(1)의 표면에 형성되는 반사막(2)과, 반사막(2)의 표면에 거의 구면상으로 형성되는 반도체박막층(p형 다결정 실리콘 박막(4a), n+ 확산층(7)과, 반도체 박막층에 형성되는 n+p접합(8)과, 패시베이션막(9)과, 산화티탄제의 표면보호막(10)과, n+p접합(8)의 양극에 접속되는 한쌍의 전극(11a,11b)을 구비하는 소경의 구상태양전지셀(SS)(구상반도체 디바이스)와 그 제조방법을 개시하고 있다. 이러한 구상태양전지셀(SS)의 이외에, 구상결정 제조장치, 2종류의 구상태양전지셀, 2종류의 구상 광촉매소자, 청색의 가시광을 발하는 구상발광소자, 2종류의 구상반도체 디바이스소재도 개시되어 있다.

Description

구상반도체 디바이스와 그 제조방법 그리고 구상반도체 디바이스소재{Spheric semiconductor device, mithod for manufacturing the same, and spheric semiconductor device material}
태양광 에너지를 전기 에너지로 변환하는 반도체를 이용하는 각종 태양전지가 보급되어 있다. 이들 태양전지로는 반도체 기판이 평면상이고, 수광면과 그 내부에 형성된 pn접합도 평면의 형을 이루고 있다. 기판측에 기계적 지지를 겸하는 전극이 설치되어 있기 때문에 수광면은 표면에 한정되고 이면측에서의 광을 광전변환하는 것이 불가능하다. 또한 광의 입사각이 크게 되면 반사광이 증가하여 광전변환효율이 저하된다.
한편 태양광 등의 광을 수광하여 광기전력을 발생시키고, 이러한 광기전력에 의하여 전기화학반응을 일으키는 반도체 강촉매로서, 산화 티탄(TiO2), 티탄산스트론튬(SrTiO3) 등의 금속산화물 반도체가 실용화되어 공급되고 있다. 금속산화물 반도체의 분말에 백금 등의 금속을 담지한 광촉매, 티탄판의 편면에 산화티탄의 박막을 형성한 전극도 연구되고 있다. 산화티탄 등의 금속산화물 반도체는, 에너지 밴드갭이 크기 때문에 물의 전기분해가 가능하고, 전해액 중에서 용해하지 않는 장점이 있다. 그러나 산화티탄은 약 410nm 보다 긴 파장의 광 스펙트럼에 대하여 광촉매로서 기능하지 않아서 태양광에 대해서는 광전변환효율이 낮다.
한편 미합중국 특허 제4,021,323호 공보에는, 쇼트타워의 상단에 장비한 작은 노즐에서 실리콘의 융액을 소량씩 분사하고, 쇼트타워에서 자유 낙하시켜서 실리콘의 구상결정을 제조하는 기술이 개시되어 있다. 그러나 이러한 기술에서는 노즐에서 실리콘의 융액에 불순물이 침투할 가능성이 있다. 그리고 실리콘의 융액의 응고 동안 체적팽창을 수반하고, 또한 표면측에서 응고가 개시되기 때문에 최후에 응고되는 부분이 구상결정의 표면에 돌출하여 돌기부가 형성되기 때문에 진구상의 구상결정을 제작하는 것이 불가하다. 이것에 대하여 나사(NASA)의 드롭튜브식 실험장치는, 자기부유가열장치를 구비하고 있기 때문에, 재료를 부유상태로 유지한채로 용융하여 자유낙gk시키는 것이 가능하다.
상기 미합중국 특허공보에는, 실리콘의 구상결정에 광전변환 가능한 pn접합을 형성하고, 이들 복수개의 구상결정(마이크로 광전지)를 다수개 병렬배치하여 공통의 금속전극막에 접속한 태양전기 어레dl가 개시되어 있고, 또한 상기 태양전기 어레이를 전해액 중에 침적하고, 태양광을 광전변환한 광기전력으로 요드화수소산이나 취화수소산의 용액을 전기분해하고자 하는 광화학 에너지 변환장치가 개시되어 있다.
그러나 각 구상결정의 전극은 공통의 금속전극막에 고착되어 있기 때문에, 표면 측에서의 입사광 밖에 수광할 수 없다. 다수의 마이크로 광전지가 금속전극막을 공유하기 때문에, 각각의 마이크로 광전지를 독립한 태양광전소자로서 이용할 수 없다. 이 때문에 다수의 마이크로 광전지를 전해액 중에서 분산 배치하거나, 설치장소를 적절하게 변경하거나, 회수하여 재사용하거나 혹은 세정하거나 하는 것이 불가능하고, 반도체 광촉매로서의 이용상의 제약이 크다. 더욱이 상기 미합중국 특허공보에는, 마이크로 광전지의 전극을 광촉매 기능이 있는 반도체를 이용하는 기술, 반응 활성이나 반응 선택성을 고려하여 선택한 광촉매 기능이 있는 반도체를 이용하는 기술에 대해서는 개시되어 있지 않다. 상기 미합중국 특허공보의 기술에서는, 각 구상결정의 표면에 한쌍의 전극을 형성하고 있지 않기 때문에, pn접합을 구비하는 하나 또는 복수개의 구상반도체 소자(수광기능 또는 발광기능이 있는 구상반도체소자)를 독립의 셀 또는 엘리멘트로서 조합한 반도체 디바이스를 구성하는 것은 어렵고, 복수개의 구상반도체 소자의 전기적인 접속형태를 자유로 설정할 수 없는 범용성과 실용성을 결여하고 있다.
여기서 본원 발명자는, 선 국제특허출원(PCT/JP96/02948)에 있어서, 수광소자(광전변환소자)나 발광소자(전광변환소자)나 광촉매소자로서 여러가지 용도에 적응할 수 있는 신규의 구상반도체 디바이스를 제안 하였다. 이러한 구상반도체 디바이스는, 기본적으로 반도체의 구상결정의 표면에 pn접합(또는 MIS구조, 쇼트키 장벽)과 한쌍의 전극을 형성한 구조이고, 광촉매소자로서의 디바이스에서는 일측의 전극측에 광촉매 기능이 있는 산화물 반도체의 전극 피막이 형성되어 있다. 상기 국제 측허출원에는, 그 구상반도체 디바이스를 단독으로 사용한 디바이스, 복수개의 구상 반도체 디바이스를 직렬 접속한 디바이스, 다수개의 구상반도체 디바이스를 매트릭스 상으로 배치한 디바이스, 다수개의 구상반초에 디바이스를 전해액 중에서 분산상으로 배치한 전기분해용 디바이스 등을 제안하였다.
본 발명은, 상기 국제특허출원에 있어서 제안한 구상반도체 디바이스를 개량한 구상반도체 디바이스와 그 제조방법을 제안하고자 한다.
본 발명의 목적은, 기본적으로 수광소자, 발광소자 또는 광촉매소자로서 각종의 용도에 적용 가능한 신규의 구조의 구상반도체 디바이스와 그 제조방법, 및 구상반도체 디바이스소재를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 고성능으로 내구성이 우수한 태양전지를 만드는 것에 적용한 구상반도체 디바이스를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은, 상기 디바이스를 소량의 반도체 재료로 제조 가능하게 하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은, 상기 디바이스의 표면에 기계적 강도, 화학적 안정성을 높이고, 표면이 오염되기 어려운 것을 만드는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은, 상기 디바이스에 있어서, 광기전력, 광전변환효율, 범용성, 실용성 등을 높이는 것이다.
본 발명은, 마이크로 태양전지 등의 수광소자, 발광소자 또는 광촉매 소자로서 각종 용도에 적용 가능한 구상 반도체 디바이스에 관한 것으로, 반도체, 절연체 또는 금속제의 작은 구상의 심재의 표면에 반도체 박막층과 적어도 한쌍의 전극을 형성한 구상반도체 디바이스와 그 제조방법 및 구상반도체 디바이스 소재에 관한 것이다.
도 1 내지 도 13은 본 발명의 실시예1에 관한 도면이고,
도 1은 진구상의 심재에 반사막을 형성한 구상체의 단면도이고,
도 2는 도 1의 구상체의 반사막에 개구를 형성한 구상체의 단면도이고,
도 3은, 도 2의 구상체의 표면에 p형 다결정 실리콘박막을 형성한 구상체의 단면도이고,
도 4는 도 3의 구상체의 표면에 실리콘 산화막을 형성한 구상체의 단면도이고,
도 5는 도 4의 구상체의 p형 다결정 실리콘 박막을 p형 재결정 실리콘 층에 변환한 구상체의 단면도이고,
도 6은 도 5의 구상체에서 만든 구상체의 일부를 마스크하여 n+ 확산층을 형성한 구상체의 단면도이고,
도 7은 도 6의 구상체의 표면에 패시베이션층을 형성한 구상체의 단면도이고,
도 8은 도 7의 구상체의 표면에 표면 보호막을 형성한 구상체의 단면도이고,
도 9는 도 8의 구상체의 전극형성용 개구를 형성한 구상체의 단면도이고,
도 10은 구상태양전기셀의 단면도이고,
도 11은 도 10의 구상태양전지셀의 부분 확대단면도이고,
도 12는 구상결정 제조장치의 구성도이고,
도 13a는 융해직후의 융액의 온도분포도, 도 13b는 낙하 개시 직후의 융액의 온도분포도, 도 13c는 적외선 히터로 가열한 직후의 융액의 온도분포도, 도 13d는 응고 개시 직후의 융액의 온도분포도이다.
도 14는 실시예2에 대한 구상태양전지셀의 단면도이고,
도 15는 실실예3에 의한 구상태양전지셀의 단면도이고,
도 16은 실시예4의 의한 구상 광촉매소자의 단면도이고,
도 17은 실시예5에 의한 구상광촉매소자의 단면도이고,
도 18은 실시예6에 의한 구상발광다이오드셀의 단면도이고,
도 19는 도 18의 구상발광 다이오드셀을 조립한 발광 디바이스의 단면도이고,
도 20은 실시예7에 의한 구상반도체 디바이스소재의 단면도이고,
도 21은 실시예8에 의한 구상반도체 디바이스소재의 단면도이다.
본 발명에 관한 구상반도체 디바이스는, 구상의 심재와, 상기 심재의 표면상 또는 그외측 근방부분에 거의 구면상으로 형성되는 반도체 박막층과, 그 반도체 박막층에 형성된 적어도 하나의 pn접합과, 상기 pn접합의 양극에 접속되는 한쌍의 전극을 구비하는 것을 특징으로 한다.
상기 심재는, 실리콘 등의 반도체 재료, 절연재료 또는 금속재료로 구성된다. 심재에 적용되는 반도체 재료는, 반도체 박막층을 구성하는 반도체 보다 저품위의 반도체로도 좋고, 금속급 실리콘으로도 좋다. 심재에 적용되는 금속재료는 반도체 박막층의 열팽창계수와 근사한 열팽창계수를 가지는 금속재료가 바람직하다. 심재에 적용하는 절연재료는, 반도체 박막층의 열팽창 계수와 근사한 열팽창계수를 가지는 절연재료(바람직하게는 투명한 것)이 바람직하다. 이와 같이 심재를 고품위의 반도체재료로 구성할 필요가 없기 때문에, 고품위의 반도체 재료의 사용량이 적게 되고, 재료 코스트를 현저하게 저감 가능하고, 제조공정상에서도 유리하다.
상기 반도체 박막층은, Si 또는 SiGe의 혼정반도체, GaAs나 InP 등의 Ⅲ-V족 화합물 반도체, 또는 CuInSe2등의 칼코파라이트계 반도체로 구성하여도 좋다. 상기 pn접합이 입사하는 외래광을 흡수하여 광기전력을 발생하는 광전변환기능을 구비하는 경우에는, 태양전지셀 또는 수광소자로서의 반도체 디바이스로 되기도 하고, 또는 상기 pn접합이 외부에서 한쌍의 전극을 통하여 공급되는 전류를 광으로 변환하여 외부에 방사하는 전광변환기능을 구비하는 경우에는, 발광소자로서의 반도체 디바이스로 된다.
이러한 구상반도체 디바이스는, 단독으로 수광소자나 발광소자로 되고, 복수개의 구상반도체 디바이스를 직렬 접속하면 어레이 상의 수광디바이스나 발광디바이스로 되며, 다수개의 구상반도체 디바이스를 매트릭스 상으로 배치하면 시트상의 수광디바이스나 발광디바이스로 된다. 예를 들면 다수개의 적색광발광소자와 녹색광 발광소자와 청색광 발광소자를 매트릭스상으로 배치한 시트상의 발광디바이스를 사용하여 칼라디스플레이를 구성하는 것도 가능하다.
이러한 구상반도체 디바이스에는, 한쌍의 전지를 제외하고, 구면의 전방향에서의 광을 수광하거나, 구면의 전방향으로 광을 방사한다. 태양전지시트로서 적용되는 경우, 태양광의 입사방향이 변화하여도 반사율이 증가하지 않아서 광전변환효율이 높게 된다. 이러한 태양전지시트는 일부의 광이 투과하기 때문에 창유리로서도 겸용 가능하다.
한편 일측의 전극의 표면을 적어도 덮는 광촉매기능이 있는 피막(예를 들면 산화티탄의 피막)을 형성한 광전변환기능이 있는 구상반도체 디바이스는 입상의 광촉매소자로 되고, 이러한 광촉매소자는 광에너지에 의하여 여러가지 전해액을 전기분해하는 것에 적용될 수 있다. 이 경우, 다수개의 광촉매소자를 전해액층의 저부에 분산상으로 배치하여 광을 조사하면 좋다. 단 전해압력에 따라서 복수개 씩의 광촉매소자를 직렬접속상태로 하여 필요한 광기전력을 발생시키는 것도 가능하다.
이상의 구상반도체 디바이스의 성능 향상을 위하여 이하의 구성을 부가하여도 좋다.
상기 수광소자로서의 구상반도체 디바이스에 있어서, 광기전력을 발생하는 반도체 박막층의 내면과 외면의 적어도 일측에 캐리어를 잡아두는 패시베이션막을 형성하고, 광기전력을 높이도록 구성하여도 좋다. 상기 반도체 박막층보다 내측에 있어서 심재의 표면상 또는 그 외측부근부분에 위치하는 미소한 요철이 있는 반대면에서 반도체 박막층을 투과한 투과광 또는 반도체 박막층에서 발생한 방사광을 반사하는 반사면을 형성하고, 수광효율이나 발광효율을 높이도록 구성하여도 좋다. 상기 한쌍의 전극의 표면을 제외하고, 최고 외측의 외표면에 투명한 절연막을 형성하여도 좋고, 그 투명한 절연막이 외래광의 반사를 방지하는 반사방지막을 겸하도록 구성하여도 좋다. 상기 절연막 겸 반사방지막으로서, 광촉매기능이 있는 산화티탄의 막을 형성하는 경우에는, 구상반도체 디바이스의 외표면의 기계적 강도, 화학적 안정성이 높을 뿐만 아니라, 오염되기 어렵다. 즉 구상반도체 디바이스의 외표면에 부착되는 물질이, 산화티탄의 광촉매 작용으로 전기분해되기 때문에 오염되기 어렵게 되고, 외표면의 오염에 의한 구상반도체 디바이스의 성능저하가 생기지 않게 된다.
본 발명에 의한 구상반도체 디바이스 제조방법은, 구상의 반도체 다비이스를 제조하는 방법에 있어서, 반도체 재료, 절연재료, 금속재료 가운데 어느 하나의 재료로 되는 심재소재를 사용하여 구상의 심재를 만드는 제1공정과, 상기 심재의 표면상 또는 그 외측근방 부분에 거의 구면상의 반도체 박막층을 형성하는 제2공정과, 상기 반도체 박막층에 적오도 하나의 pn접합층을 형성하는 제3공정과, 상기 pn접합의 양극에 접속되는 한쌍의 전극을 형성하는 제4공정을 구비하는 것을 특징으로 한다.
여기서 상기 제1공정에 있어서, 심재소재를 부유수단에 의하여, 부유한 상태로 가열용융하고, 그 융액을 낙하 튜브내를 낙하시키면서 응고시켜서 구상의 심재를 만드는 것이 바람직하다. 이 경우, 불순물의 혼입을 방지할 수 있고, 중력의 영향을 받지 않고 표면장력의 작용으로 진구상의 형상을 유지한 채로 응고시켜서 진구상의 심재를 만들 수 있다. 단 심재소재를 기계적, 화학적, 전기화학적 수단에 의하여 연마나 에칭에 의하여 심재로 만들어도 된다.
그후 심재의 표면측에 반도체 박막층, pn접합, 한쌍의 전극 등을 형성하는 것으로, 진구상의 구상반도체 디바이스를 만들 수 있다. 심재가 진구상이면 구상반도체 박막층에 구대칭성을 부여하고, 반도체 박막층과 pn접합의 성능을 높일 수 있다.
여기서, 제2공정에 있어서 반도체 박막의 형성을 위한 처리의 적어도 일부를, 전자식 또는 정전식 부유수단에 의하여 심재를 포함하는 처리대상물을 부유시킨 상태로 수행하는 것이 바람직하고, 그 경우에는 균일한 반도체 박막층을 형성할 수 있다.
제2공정 후, 제3공정 전에, 심재와 반도체 박막층을 포함하는 작은 구체, 즉 소구체를, 전자부유가열수단에 의하여 가열 용융시키고, 그 융액을 낙하튜브내를 낙하시키면서 응고시키는 재가열낙하공정을 수행하여도 되고, 이러한 경우에는 반도체 박막층을 단결정 또는 다결정으로 결정화시킬 수 있다. 그리고 제1공정에 있어서 반도체나 사파이어 등의 단결정으로 되는 심재소재를 사용하고, 상기 재가열 낙하공정에 있어서 심재를 결정성장의 시드로서 반도체 박막층을 단결정화하는 것도 가능하다.
제2공정후, 제3공정의 전에, 반도체 박막층의 표면에 무기내열절연피막을 형성하는 피막형성공정과, 다음에 심재와 반도체 박막층을 포함하는 작은 구체 , 즉 소구체를, 전자부유가열수단에 의하여 가열용융하고, 그 융액을 낙하튜브 내를 낙하시키면서 응고시키는 재가열 낙하공정을 수행하여도 된다. 이러한 경우에는 무기내열 절연피막으로 피복된 상태로 반도체 박막층이 가열용융되어 응고되기 때문에, 반도체 박막층으로의 불순물의 혼입과 반도체 박막층의 편육화를 방지할 수 있다.
제3공정후, 제4공정 전에, 구상반도체 디바이스의 최외측의 외표면에 위치하도록 산화티탄의 절연막을 형성하는 절연막형 성공정을 수행하여도 좋고, 그 경우에는 구상반도체 디바이스의 최외측의 외표면에 기계적 강도와 화학적 안정성에 우수하고, 광촉매 기능이 있는 산화티탄의 절연막을 형성하는 것이 가능하다.
또한 반도체 박막형성 이후의 pn접합 형성, 전극형성, 표면보호막 형성 등의 처리의 전부 또는 일부를 전자식 또는 정전식 부유수단에 의하여 처리 대상물을 부유시킨 상태로 수행하는 것도 가능함은 당연하다.
본 발명에 의한 구상반도체 디바이스 소재는, 구상의 심재와 그 심재의 표면상 또는 그 외측근방부분에 거의 구면상으로 형성되는 반도체 박막층을 구비하는 것이고, 이러하 구상반도체 디바이스소재는 각종의 구상반도체 디바이스 소재로서 적용되는 것이다. 상기 심재는, 반도체 박막층을 구성하는 반도체와 다른 특성의 반도체 재료(동종의 금속반도체, 보다 저품위의 반도체, 이종의 반도체 등), 투명한 절연재료, 금속재료 가운데 어느 하나의 재료로 구성하는 것이 바람직하다.
다음에는 본 발명을 실시하기 위한 최선의 실시예에 대하여 도면을 참조하면서 설명한다.
실시예1(도 1 내지 도 13 참조)
도 1 내지 도 10을 참조하여, 구상반도체 디바이스로서의 구상태양전기셀(SS)를 제조하는 방법과 구상태양전기셀(SS)의 구조에 대하여 설명한다.
도 1에 도시한 바와 같이, 최초의 제1공정에 있어서, 금속급 실리콘으로 되는 진구상의 심재(1)와 그 표면의 반사막(2)을 형성한다. 상기 심재(1)의 심재소재로서는 화학 정제에 의하여 고순도화된 반도체금 실리콘보다 더욱 저가로 작은 에너지로 제조 가능한 금속급 실리콘(순도 99% 정도의 다결정 실리콘)을 이용한다.
심재(1)의 직경은, 구상태양전지셀(SS)의 용도에 따라서 적절하게 선택할 수 있지만 본 실시예의 심재(1)의 직경은 약 2.5㎜이다. 단 이 직경에 한정되는 것은 아니고 보다 큰 직경으로도 가능하고, 혹은 보다 작은 직경으로도 가능하다. 이러한 진구상의 심재(1)를 제작하는 경우에, 작은 입상의 심재소재를, 부유상태로 용융하고, 진공중의 자유낙하에 의하여 미소 중력 상태로 응고시키면, 용기에서 불순물이 혼입되지 않고, 단순히 진구상의 결정상의 심재(1)를 만들 수 있다. 예를 들면 금속급 실리콘의 입상의 심재소재를 진공으로 한 낙하튜브의 상부에 있어서 고주파 전자부유 가열장치에서 부유상태로 가열하여 실리콘 액적으로 용해하고, 부력을 해제하여 낙하튜브내를 자유낙하시키면서 미소 중력하에서 표면장력의 작용으로 진구상의 실리콘 액적을 응고시켜서 제조한다. 이 경우 심재소재의 불순물의 일부가 진공중에서 증발하여 실리콘의 순도가 높하지고, 긱적으로 구상으로 연마하여 제조하는 경우보다 재료 로스도 작다. 상기 고주파 전자 부유가열장치와 낙하튜부를 구비하는 구상결정 제조장치의 일례에 대하여 도 12 및 도 13에 기초하여 후술하기로 한다.
이렇게 응고한 금속급 실리콘의 심재(1)에 있어서, 그 표면에 편절 효과에 의하여 불순물이 모여 있기 때문에 수산화 칼륨(KOH)의 수용액으로 심재(1)의 표면을 1∼3㎛정도 에칭하여 불순물을 제거한다. 더욱이 반응성 이온. 에칭에 의하여 심재(1)의 표면에 1㎛ 정도의 고저차가 있는 미소한 요철을 형성하고, 그 요철의 표면에 반사막(2)을 형성하여, 그 반사막(2)의 표면에 미소한 요철이 있는 반사면(2a)(도 11 참조)를 형성한다. 도 1에 도시한 심재(1)와 반사막(2)에는 상기 미소한 요철을 도시할 수 없어서, 도시는 생략하고 있다. 이러한 반사막(2)은 두개의 피막으로 되고, 그 반사막(2)을 형성하는 경우, 심재(1)의 표면에 두께 0.3∼0.4㎛의 실리콘 산화막(SiO2)를 형성하고, 다음에 그 실리콘 산화막의 표면에 두께 O.25∼O.35㎛의 실리콘 질화막(Si3N4)를 형성한다. 이들 피막은 공지의 각종 방법으로 형성 가능하지만, 예를 들면 감압 CVD방법에 의하여 형성할 수 있다. 이러한 2종의 절연 피막으로 되는 반사막(2)은, 입사광을 반사 산란시키는 이외에, 심재(1)에 포함된 불순물이, 그 반사막(2) 상에 형성되는 고순도 실리콘으로 되는 반도체 박막층으로 확산 등에 의하여 혼입되는 것을 저지한다. 반사막(2)의 표면의 미소한 요철이 있는 반사면(2a)는 입사광을 반사 산란시키기 위한 것이다.
다음에 도 2에 도시한 바와 같이, 제2공정에 있어서, 반사막(2) 가운데 심재(1)의 중심을 끼운 대칭인 두개의 위치에 직경 100㎛ 정도의 개구부(3a,3b)를 에칭에 의하여 형성하고, 심재(1)의 일부를 노출시킨다.
다음에 도 3에 도시한 바와 같이, 제3공정에 있어서, 심재(1)와 반사막(2)으로 되는 구상체의 전표면에 두께 10㎛ 정도의 p형 다결정 실리콘박막(4)을 형성하고, 발전층으로 되는 고순도의 실리콘 박막(4)을 형성한다. 이러한 성막 방법으로서, 공지된 기술 가운데 예를 들면 감압 CVD법을 적용할 수 있고, 모노실란(SiH4)을 열분해하여 실리콘 박막(4)을 형성하는 것이 가능하다.
다음에 도 4에 도시한 바와 같이, 제4공정에 있어서, p형 다결정실리콘박막(4)의 전표면에 예를 들면 감압 CVD법으로 두께 0.5㎛ 정도의 실리콘 산화막(5)(SiO2막)을 형성하고, p형 다결정 실리콘박막(4)의 전표면을 캡한다.
다음에 도 5에 도시한 바와 같이, 제5공정에 있어서, p형 다결정실리콘박막(4)을 결정입경이 보다 큰 다결정 내지 단결정으로 질을 바꾸기 위하여, p형 다결정 실리콘 박막(4)을 가열용융하고, 심재(1)를 시드(종)으로 하여 재결정화하여 다결정 또는 단결정의 p형 재결정 실리콘층(4a)으로 한다.
이러한 재결정화 방법으로서, 진구상의 심재(1)를 만드는 때에 사용되는 것과 동일한 구상 결정 제조장치로, 구상체(시료)를 진공중에서 부유시키면서 p형 다결정 실리콘박막(4)을 급속 가열하고, 표면측의 p형 다결정 실리콘박막(4)을 프래쉬 용융하고, 그 융액을 재결정시키는 방법을 채용하는 것이 바람직하다. 이러한 방법에 있어서 반사막(2)은 절연막으로서 기능하고, 고주파 유도전류가 p형 다결정 실리콘 박막(4)으로 흐르기 쉽게 되고, 이러한 실리콘 박막(4)을 급속으로 용융한다. 용융한 다결정 실리콘 박막(4)의 응고는 열전도율이 낮은 반사막(2)의 표면보다도, 열의 흐름이 좋고 온도저하가 빠른 심재(1)와 인접한 개구부(3a,3b)에서 개시된다. 그 때, 개구부(3a,3b)의 실리콘 심재(1)는, 결정 성장의 시드의 역할을 다하고, 입경이 큰 다결정 또는 단결정의 p형 재결정 실리콘층(4a)가 구면을 따라 전체 방향으로 성장한다. 캡으로서의 실리콘 산화막(5)은, p형 재결정 실리콘층(4a)의 편육화를 방지하는 것과 같이 외부와의 반응이나 도핑한 불순물이 외부로 증발하는 것을 방지하는 역할을 한다.
다음에 도 6의 공정에 있어서, 구상체의 표면의 실리콘 산화막(5)을 에칭으로 제거한 후, 공지된 열산화법 혹은 감압 CVD법에 의하여, 두께 0.5㎛ 정도의 실리콘 산화막(6)(SiO2막)을 다시 형성한다. P형 재결정 실리콘층(4a)의 소정의 표면부분에 광기전력 발생에 필요한 pn접합을 형성하기 위하여, 도 6에 도시한 바와 같이, 이러한 실리콘 산화막(6)의 일부로 되는 직경 500㎛ 정도의 확산 마스크(6a)를 남겨서, 실리콘 산화막(6)의 대부분을 에칭하여 제거한다.
다음에 제7공정에 있어서, 열확산법에 의하여 확산마스크(6a)로 마스킹된 부분을 제거하여, p형 재결정 실시콘층(4a)에 n형 불순물로서 인(P)을 확산시킨다. 상기 인의 확산에 의하여 도 6에 도시한 확산 마스크(6a)로 덮혀진 부분을 제외하고, p형 재결정 실리콘층(4a)에 깊이 0.3∼0.5㎛ 의 n+ 확산층(7)을 형성하고, p형 재결정 실리콘층(4a)와 계면에 광기전력 발생에 필요한 구면상의 n+p접합(8)을 형성한다.
다음에 제8공정에 있어서, 인확산의 경우 부수적으로 생긴 실리콘 산화막(SiO2)와 확산 마스크(6a)를 에칭으로 완전하게 제거하고, 도 7에 도시한 구체의 전표면에 두께 0.2㎛ 정도의 실리콘 산화막(SiO2)으로 되는 패시베이션막(9)을 공지의 감압 CVD 법에 의하여 형성한다. 상기 패시베이션막(9)는 공지와 같이 광 여기된 소수의 캐리어가 실리콘과의 계면에 있어서 재결합하고 소멸하는 속도를 떨어뜨리고, 광전변환에 부여되는 비율을 향상시키기 위한 것이다.
다음에 도 8에 도시한 바와 같이 제9공정에 있어서, 패시베이션막(9)의 표면에, 상기 패시베이션막(9)과 같이 외래광에 대한 반사방지의 기능을 구비하고 동시에 내식성이 우수하면서도 경도가 높고 상처가 나기 어려운 투명한 표면보호막(10)을 피복한다. 이러한 표면보호막(1O)으로서는 산화티탄(TiO2)의 피막이 바람직하다. 이러한 표면보호막(10)의 두께는, 표면보호를 위하여 바람직하게는 1∼2㎛의 범위로 하고, 광전변환의 대상으로 되는 파장에 대하여 반사 방지효과를 가지는 두께로 한다.
산화티탄(TiO2)은 주지된 바와 같이 광촉매 기능을 가지고, 파장이 약 420㎛ 이하의 단파장의 광을 흡수하면, 광기전력에 의하여 표면에 접촉하고 있는 가스나 액체를 전기분해하기 때문에, 표면이 흐리거나 오염되기 어려워서, 구상태양전기셀(SS)의 수광면에는 적절하다. 산화티탄의 표면보호막(10)을 형성하는 방법으로서, 예를 들면 공지된 졸상태의 산화티탄을 스프레이 혹은 디핑방법으로 피착하여 800∼1000℃에서 가열하여 막을 성형하는 것이 가능하다.
다음에 도 9에 도시한 바와 같이, 제10공정에 있어서, 부분 샌드브러스트법 혹은 반응성 이온·에칭법에 의하여, 표면 보호막(10)과 패시베이션막(9)을 관통하는 직경 300㎛ 정도의 한쌍의 개구부(11a,11b)를 개구부(3a,3b)와 중심을 맞춰서 형성한다.
다음에 도 1O에 도시한 바와 같이 제11공정에 있어서, 개구부(11a,11b)에 있어서 노출된 p형 재결정 실리콘층(4a)와 n+ 확산층(7)의 표면에 접하고, 외부에 전류를 흘리는 것이 가능한 양전극(12a)와 음전극(12b)를 설치한다. 두 개의 전극(12a,12b)의 형성방법으로서, 예를 들면 두께 50nm의 파라듐막과 3㎛의 니켈막으로 구성하는 금속을 무전해 도금하고, 400℃ 정도에서 열처리하여 저항성 접촉시켜서 형성한다. 이와 같이 하여, 구상태양전기셀(SS)를 제조하는 것이 가능하다.
다음에, 이하의 구상태양전기셀(SS)의 작용, 효과에 대하여 설명한다.
도 11은, 도 10에 보인 구상태양전기셀(SS)의 일부를 확대하여 도시한 것이다. 구상태양전기셀(SS)는 광기전력을 발생하는 pn접합(8)(상기 실시예에서는 n+p접합)이 구면의 대부분을 점유하도록 형성하고 있기 때문에, 구표면에 직접 도달하는 광이나 반사광이나 산란광의 대부분의 광을 흡수하여 전기로 변환한다.
도 11에 도시한 바와 같이 태양광이 구상 태양전기셀(SS)의 표면으로 입사되면, 파장이 약 420㎚ 이하의 광(파장 λ1)은, 표면보호막(10)인 TiO2막으로 흡수된고, TiO2막내에서는 전자와 정공이 여기된다. 표면에서는 여기정공의 움직임에 의하여 유기물, 물 또는 전해액, 가스 등이 산화되고 분해되기 때문에 오염이 적고 흐리기 어려운 표면 상태를 만든다. 파장이 길이 약 420㎚ 이상의 광(파장λ2∼λ6)은 표면보호막(10)과 패시베이션막(9)를 투과한다. 파장이 짧은 광(파장 λ2)는 n+확산층(7)에서 p형 재결정실리콘층(4a)의 사이에서 흡수된다. 흡수되지 않고 남은 긴 파장의 광(λ3∼λ6)은 도시된 바와 같이 반사막(2)의 반사면(2a)에서 반사, 산란하고, p형 재결정 실리콘층(4a)로 돌아와서 흡수된다. 파장이 길어도 내측과 외측의 절연막(2,9,10) 사이에서 반사를 반복하는 사이에 실리콘이 흡수 가능한 대부분의 광이 실리콘 반도체 박막내에서 흡수된다. 그 결과 n+p접합(8)에 의하여 전자와 정공대가 발생하고, n+p접합(8)의 전계에 의하여 저자는 음전극(12b), 정공은 양전극(12a)로 흐르고, 그 내부 전계에 따른 광기전력이 두개의 전극(12a,12b)에 나타난다. 그리고 두개의 전극(12a,12b)에 접속된 외부회로에는, 흡수된 포톤(photon)속 밀도에 비례한 전류가 흐르도록 된다.
이와 같이 발전층으로 되는 박막실리콘으로 구성되는 반도체 박막층(4a,7)을, 실리콘에 의해서도 저굴절율으로 요철면을 가지는 이중의 절연막으로 구성되는 반사막(2)와 외측의 절연막인 패시베이션막(9)과 표면보호막(10)으로 샌드위치한 구조이기 때문에, 외부에서 입사되는 광을 양 절연막(2,9,10) 사이에 가두는 것이 가능하여서, 순도의 높은 두께운 실리콘층을 사용할 필요는 없다. 더욱이 광전층을 박막화하고 패시베이션막(9)과 반사막(2)로 실리콘 표면과 계면에 있어서 재결정 속도를 감소시키는 구조로 하는 것에 의하여 광에 의하여 발생한 캐리어는 반도체 박막층 내에 머물게 되고 개방 전압의 향상에 기여한다.
또한 구상의 금속급 실리콘의 일부를 시드로서 다결정 실리콘 막박(4)을 용융 재결정화법으로 재결정화하고, 결정입경의 비대화를 수행하고 캐리어 재결합 중심으로 되는 입계를 감소시키고 소수의 개리어의 라이프타임을 길게한다. 이것과 상술한 캐리어와 광을 가두는 효과가 서로 합쳐서 태양전시셀(SS)의 개방전압이나 단락전류, 따라서 광전변환효율을 높이는 움직임을 한다.
심재(1)에 전기전도율과 열전도가 양호한 금속급 실리콘을 활용하여서 발전층에 흐르는 내부 전류에 대한 저항손실이 작고 온도상승도 작게 억제할 수 있다. 더욱이 발전층 실리콘과의 열팽창계수차가 없고 열왜곡에 의한 광전특성으로의 악영향이 적고, 구상이기 때문에 기계적 강도에 있어서도 평면 형상의 태양전기셀보다 우수한다.
이러한 구상 태양전기셀(SS)에 있어서, 구상으로 형성되기 때문에 광의 지향성이 거의 없어 수광범위가 넓고, 주위에서의 직접 도달광, 반사광, 산란광의 흡수에 있어서 종래의 평면상의 태양전지보다 광의 이용도가 개선되고, 더욱이 다수의 구상 태양전기셀(SS)을 고밀도로 집합한 시트상 또는 패널상의 태양전기를 용이하게 조립하는 것이 가능하다. 또한 표면에 피복된 표면보호막(10)으로서의 티탄산화막(TiO2)는 반사방지막으로서 기능할 뿐만 아니라 광촉매 기능을 구비하고, 보호막으로서는 경도가 높아서 충격에 강하고, 내식성도 우수하고, 구상태양전지셀(SS)를 그대로 접속하여 그대로 태양광을 수광하는 태양전기전원이나 전해액에 침적하고 태양광에 의한 전기분해를 수행하는 용도에도 이용 가능하다.
본 발명의 구상 태양전지셀(SS)로는, 원재료가 풍부하고 저가로 얻어지는 금속급 실리콘을 심재(1)로 이용하고, 그 표면에 고순도의 모노실란(SH4)를 이용한 고품질의 박막 실리콘 결정층을 성장시키고, 광기전력을 발생하는 pn접합을 형성한다. 실리콘 원료의 코스트를 저감 가능할 뿐만 아니라, 고순도의 다결정이나 단결정을 이용할 필요가 없어서, 그 제조에 필요한 전력 사용량이 현격하게 적게되고, 태양전지로서 에너지 페이백타임을 현저하게 단축할 수 있다.
본 발명의 구상 태양전기셀(SS)는, 심재(1)가 없고 전체를 고품위의 실리콘 반도체로 구성한 태양전지섹과 비교하면, 심재를 저순도의 금속급 실리콘으로 구성하고, 발전층을 박막 고순도 실리콘으로 구성하는 것에 의하여, 단위 수광면적에 대한 고순도 실리콘의 사용량이 작고, 원재료 코스트가 작아진다. 특히 이용상, 구상 태양전기셀(SS)의 직경을 크게 하는 것이 바라직한 경우에는, 이러한 구성을 크게하는 장점을 발휘한다.
이러한 구상 태양전기셀(SS)에 있어서, 필요에 따라서 양전극(12a,12b) 상에 납땜 도금을 실시하고, 복수개의 구상 태양전지셀(SS)끼리를 직렬 접속 가능하도록 하거나, 광전해에 이용하기 때문에, 전극 반응의 목적에 따라 반응 생성물 선택성을 가지는 적당한 전극재를 각각 양전극(12a), 음전극(12b)의 표면을 피복하여 사용하는 것도 가능하다. 예를 들면 동을 주체로 금속산화물로 수식한 음전극을 사용하는 것에 의하여, 수전해에 있어서 발생한 H+가 동일한 전해조에 공급한 CO2와 동전극계면에 있어서 전기화학적으로 반응하여 CH4를 선택적으로 생성하도록 구성할 수 있다.
그리고 복수개의 태양전지셀(SS)을 직렬 배치하고, 전극을 직접 접속하여 어레이상의 태양전지로 구성하거나, 복수개의 어레이상의 태양전지를 복수개 병설하여(즉 다수개의 태양전지셀(SS)를 매트릭스 상태로 배치한다) 시트상의 태양전지로 구성하거나 하는 것이 가능하고, 태양전지셀(SS)를 고밀도로 배치하고 광공간의 이용도가 높은 태양전지를 간단하게 조립할 수 있다.
상기 제5공정에 있어서 설명한 바와 같이 구상체를 전자력으로 부유시키고, 고주파 유도전류로 가열하고, 낙하중에 냉각시켜서 p형 다결정 실리콘박막을 p형 재결정 실리콘층(4a)로 재결정화하는 방법은, 특히 구상결정의 제조 공정에 있어서 많은 잇점이 있다. 시료를 녹이는 시간에 용기가 불필요하고, 구표면에 균일한 결정층을 성형하는 등 극히 편리한 것이다. 더욱이 이러한 방법은, 구상 반도체 디바이스의 제조의 경우, 불순물의 확산이나 CVD와 같이 가스를 흘려서 막을 만들거나, 에칭하는 공정에 있어서, 지지물과의 접촉이 없기 때문에 구상체의 표면에 균일한 막이나 pn접합을 형성하거나, 막을 제거하는 것에 적용 가능하다.
또한 부유상태로 취급하기 때문에 용기를 사용하는 것 없이 고온까지 가열 가능하고, 용기 등에 의한 구상 결정 내부에 열응력, 열왜곡의 발생이 없고, 유해 불순물의 침입도 생기지 않는다. 또한 고주파 유도전류로 가열할 필요가 없는 경우에도 구상체를 전자력 혹은 정전력으로 부유시킨 상태로 금속이나 절연물을 스퍼터하거나 증착하거나 에칭하는 것이 가능하고, 구상반도체 디바이스 제조 프로세스는 극히 유리하게 된다.
다음에 상기 구상 태양전기셀(SS)을 부분적으로 변경하는 예에 대하여 설명한다.
상기 실시예에서는 심재(1)의 재료로서 금속급의 실리콘을 사용하였지만, 집적회로 등에 사용하는 실리콘 반도체 보다 저품위의 태양 전지급의 저가의 다결정 혹은 단결정 실리콘으로 심재(1)를 구성하고, 발전층의 실리콘의 결정성이나 캐리어 라이프타임을 더욱 개선하여 보다 우수한 광전변환효율을 가지는 태양전지셀을 실현하는 것도 가능하다. 또한 심재(1)의 실리콘을 그대로 하여 상기 발전층 실리콘(4a,7)의 대신 예를 들면 Ge-Si, GaAs 혹은 InP 등의 혼정 반도체의 박막을 이용하여 구상 태양전지셀의 광전변환특성을 개선하는 것도 가능하다.
더욱이 구상 실리콘의 심재(1) 대신 게르마늄의 심재를 사용하고, 발전층 실리콘 대신에 GaAs 혹은 InP의 박막을 사용한 구상 태양전기셀로 구성하는 것도 가능하다. 더욱이 구상의 심재(1)와 동일한 반도체 또는 그 성분을 포함하는 혼정 반도체로 발전층을 형성하여도 좋다. 이 때 심재(1)에는 저품위 저가의 반도체를 이용하는 것이 바람직하다. 어떻게 하여도 박막화된 발전층과 광과 캐리어의 가둠 효과를 실현하는 것에 의하여, 코스트 저감과 광전변환 효율 유지 또는 향상의 양립에 효과를 가진다. 또한 사파이어(α-Al2O3)나 마그네시아, 스피넬(MgO·Al2O2)로 구성되는 심재를 적용한 경우에는, 그 심재가 반도체 박막형성시 또는 용융 재결정화의 경우에 결정 성장의 기본물질 또는 핵으로 되는데 적합하고 SOI(Semiconductor On Insulator) 구조의 접적회로에도 이용할 수 있다.
다음에 상기 진구상의 실리콘 심재(1)의 제조나 발전층의 형성에 사용하기 위한 구상 결정제조장치(101)에 대하여 설명한다. 단 이하의 설명에서는 금속급 실리콘으로 되는 진구상의 심재(1)를 제조하는 경우를 예를 들어 설명한다.
도 12에 도시한 바와 같이 구상 결정 제조장치(101)는, 직경 5∼10cm으로 높이 약 14m의 연직의 낙하 튜브(110)와, 낙하튜브(110)의 상단부의 외측에 배치된 자기부유 가열장치(112)와, 아프터히터로서의 적외선히터(113)와, 심재(1)의 원료로서의 원료체(114) 내에 수용되는 실리콘 오일조(115)와, 낙하튜브(110) 내의 공기를 흡인하는 진공펌프(116)와, 가스공급장치(117)와, 배관계 및 밸브류와, 고속도 카메라(118a∼118c), 이들의 기긱를 제어하는 제어유니트(120) 등으로 구성되어 있다. 여기서 공장의 1층 ∼ 5층의 플로어(103a∼103e)도 도시되어 있다.
원료 공급장치(111)은, 공급기(121)와 다수개의 과립상의 원료체(1a)를 수용하고 1개씩 공급하는 파트피더(122)를 구비하고 파트피더(122)는, 원료체(1a)를 예열하는 기능과 공기를 빼는 기능을 가진다. 공급기(121)의 케이스(123)는, 전자개폐밸브(124)를 구비하는 흡인관(125)로 진공펌프(116)에 접속되고 수입기(126)는 전자 개폐샤터(127)를 구비하는 통로(128)로 파트피더(122)에 접속되며, 수입기(126)의 출구통로(129)에는 전자 개폐샤터(130)이 설치되고, 수입기(126)에는 복수개의 미소구멍을 통하여 케이스(123) 내의 진공이 도입된다. 제조방치(101)의 이동중에는, 전가개폐밸브(124)는 열려서 공급기(121) 내는 진공상태이다. 파트피더9122)에서 원료체(1a)를 공급하는 경우, 전자 개폐샤터(130)을 닫고, 전자개폐샤터(127)을 열어서 수입기(126) 내부로 원료체(1a)를 공급하고 나서 전자개폐셔터(127)을 닫는다. 진공펌프(116)에 접속된 흡인관(133∼135)에는, 전자 개폐밸브(126∼138)이 설치되어 있다. 필요에 따라서 낙하튜브(110) 내에 불활성 가스나 산화성 가스를 흘려넣는 것도 가능하도록, 가스공급장치(117)와, 가스공급관(139)와, 분기관(139a,139b)과, 가스배출관(141), 전기개폐밸브(140,142)가 설치되어 있다. 단 낙하튜브(110) 내부를 진공으로 유지하는 경우에는, 가스공급장치(117)는 정지하고, 전자 개폐밸브(140,142)는 닫혀 있다.
전자부유 가열장치(112)는, 상부코일과 하부코일, 그리고 고주파 전류발생장치(119) 등으로 구성되고, 상부 코일로 상향의 자력선이 발생하고, 하부코일로 하향의 자력선이 발생하며, 고주파수로 변환하는 자력선에 의하여 원료체(1a)에 유도전류가 발생하고, 원료체(1a)가 상하의 코일의 중간 위치에 있을 때, 유도전류에 자력선에서 작용하는 상향힘과 하향힘이 균형을 이루어 원료체(1a)가 부유상태를 유지하며, 유도전류의 발열작용으로 원료체(1a)가 가열된다. 그리고 원료체(1a)가 원료 융액(1b)로 되면 고주파 전류가 차단되고, 원료융액(1b)가 자유낙하를 개시한다. 이러한 자유낙하에 의하여 원료융액(1b)는 10-5G의 미소중력상태에 있어서 표면장력의 작용으로 진구상으로 된다.
적외선히터(113)은, 원료융액(1b)의 표면부만을 조금 가열하기 위한 것이고, 전자부유가열장치(112)와의 사이에 소정 거리 이상 이격하여 낙하튜브(110)의 외측에 환상으로 배치되어 있다. 이러한 적외선히터(113)는, 적외선 방사 세라믹으로 되는 원통상의 히터본체를 구비하고, 그 히터본체로 공급하는 전류를 제어하는 것으로, 가열 능력을 정밀하게 제어할 수 있다. 원료융액(1b)는, 자연하면서 낙하하기 때문에, 적외선히터(113)에 의하여 원료융액(1b)의 표면부 만이 일정하게 가열된다.
다음에 제조장치(1O1)을 이용하여 금속급 실리콘의 원료체(1a)를 공급하여 진구상의 심재(1)를 제조할 때의 작용에 대하여 설명한다. 최초의 준비단계에 있어서 전자개폐밸브(124,136∼138)가 열리고, 진공펌프(116)이 동작하며, 낙하튜브(110) 내에는 소정의 진공상태로 된다. 수입기(126)에는 한 개의 원료체(1a)가 수용되고, 적외선히터(113)에는 미리 설정된 전류가 통전되고 있다. 다음에 전자부유 가열장치(112)에 통전되고, 전자개폐샤터(130)가 열려서 원료체(1a)가 낙하하고, 그 원료체(1a)는 전자부유 가열장치(112)에 의하여 소정의 미소시간 사이에 부유상태로 가열되고, 원료융액(1b)로 된다. 이 때의 원료융액(1b)의 온도분포는, 도 13a에 도시한 바와 같이, 원료융액(1b)의 내부와 표면부가 거의 동일하게 된다.
다음에 전자부유 가열장치(112)로의 통전이 차단되면, 원료 융액(1b)가 낙하튜브(110)의 진공중을 낙하하기 시작한다. 최초 저속으로 낙하하기 때문에 원료융액(1b)가 적외선히터(113)의 상단의 레벨까지 낙하하는 미소시간 사이에 방사 냉각되어 방열된다. 이 때, 원료융액(1b)의 표면부에서 방열하기 때문에 원료융액(1b)의 내부보다 표면부 측이 저온으로 된다.(도 13b의 온도분포 참조). 이 낙하 개시후에는, 원료융액(1b)는 미소중력 상태로 되기 때문에 원료융액(lb)의 표면장력의 작용으로 진구상으로 된다.
다음에 적외선 히터(113)의 내부를 낙하하는 중에, 원료융액(1b)의 표면부만이 가열되고, 원료융액(1b)의 온도분포는 도 13b에 도시한 바와 같이 원료융액(1b)의 내부보다 표면부 측이 고온으로 된다. 다음에 적외선히터(113)의 하방으로 낙하하면서, 원료융액(1b)는 방사 냉각에 의하여 방열되고, 원료융액(1b)의 표면장력의 작용으로 진구상의 심재(1)로 응고된다.
적외선히터(113)을 통과 후, 방사냉각이 진행되어, 응고점(To) 부근까지 온도저하된 상태에 있어서 원료융액(1b)의 온도분포는, 도 13d에 실전 또는 이점쇄선으로 도시한 바와 같이 된다. 이 상태에서 응고가 개시되기 때문에 원료융액(1b)의 내부와 표면의 양방에서 응고된다. 이 때문에 응고중에 체적 팽창하여도, 심재(1)의 표면부에 돌기부가 형성되는 것 없이 심재(1)의 내부 왜곡도 극히 작다.
그 후, 낙하튜브(110) 내의 거의 중단부분의 레벨에서 응고가 완료된 심재(1)는, 실리콘 오일조(115) 내의 실리콘 오일 내로 낙하하고, 여기서 수용되어 완전하게 냉각된다.
이상과 같이 하여, 돌기부가 없는 진공상의 심재(1)를 제조하는 것이 가능하다. 또한 원료융액(1b)의 표면부가 내부보다 앞서 응고되기 때문에 원료체(1a)의 표면에 부착된 기포가 심재(1)에 혼입되지 않게 된다. 원료융액(1b)는 미소중력상태하에 응고되어 심재(1)로 되기 때문에, 열대류, 부력, 침강의 영향을 받지 않고 성분이 균일하게 분포된 심재(1)로 된다. 여기서 원료체(1a)로서 고품위의 반도체 재료를 사용하는 경우에는, 그 반도체의 단결정이나 다결정으로 되는 진구상의 구상결정을 제조하는 것이 가능하다. 그리고 상기 실시예의 진구태양전지셀(SS)의 제조에 있어서 반도체 박막형성을 위한 처리의 전부 또는 일부를 상기 구상결정제조장치(101)이나 정전식 부유수단을 구비하는 구상결정 제조장치에 의하여, 처리대상물을 부유시킨 상태로 수행하는 것이 바람직하다. 더욱이 반도체 박막결정 이후의 pn접합의 형성, 적극의 형성, 표면보호막의 형성 등의 처리의 전부 또는 일부를 상기 구상결정제조장치(101)이나 정전식 부유수단을 구비하는 구상결정 제조장치에 의하여 처리대상물을 부유시킨 상태로 수행하는 것이 바람직하다.
실시예2(도 14 참조)
다음에 금속제의 심재를 구비하는 구상태양전기셀의 제조방법과 구조에 대하여 설명한다. 도 14는, 구상의 금속제 심재(21)의 표면에 박막의 실리콘 태양전기셀을 형성하여 되는 구상태양전기셀(SSA)의 확대단면을 보이는 것이다.
상기 심재(21)는, 실리콘의 열팽창계수에 근사한 열팽창계수를 가지는 철니켈합금(Fe58, Ni42)로 구성되고, 이러한 진구상의 심재(21)의 표면상에 100㎚ 정도의 두께의 알미늄 피막(22)을 증착한다. 이러한 알미늄피막(22)의 표면에, 전구막으로서의 약 200nm의 두께의 아몰퍼스실리콘막(a-Si막)을 형성한다. 이 경우, 플라즈마 CVD법에 의하여 모노실란(SiH4)를 분해하면서 추적시키고, 논도핑의 아몰퍼스 실리콘막을 형성하는 것이 가능하다. 다음에 이들을 집광 램프로 500℃, 1시간정도 가열(어닐링처리)하여, a-Si 막중의 수소를 이탈시키는 것과 같이 Al과 Si의 공정반응에 의하여 결정핵을 생성한다.
계속하여, 700℃에서 5분 정도의 가열을 실시하고, 알미늄이 도핑된 P+다결정 실리콘층(23)을 성장시킨다. 더욱이 그 P+다결정 실리콘층(23)의 표면에 플라즈마 CVD법에 의하여 두께 3∼4㎛의 논도핑의 아몰퍼스실리콘(a-Si)를 추적하고, 600℃ 전후에서 어닐링 처리하고, 밑바탕의 P+다결정 실리콘층(23)을 시드(종)으로하여 다결정 실리콘층(24)을 형성한다.
다음에 이러한 다결정실리콘층(24)의 표면에 보스핀(PH3)을 첨가한 모노실란(SiH4)을 플라즈마 CVD법에 의하여 분해하면서 두께 약 100nm의 a-Si를 추적시키고, 600℃ 전후에서 어닐링하여 n+다결정 실리콘층(25)를 형성하고, 광기전력발생을 위한 nip접속을 형성한다.
다음에 그 구상체의 표면에 두께 O.2㎛의 SiO2막으로 구성되는 패시베이션막(26)을 형성하고, 그 표면에 두께 1∼2㎛의 TiO2막으로 되는 표면보호막(27)을 형성한다. 다음에 알미늄층(22) 및 n+다결정실리콘층(25)에 저촉하는 전극을 설치하기 위하여, 심재(21)의 중심을 끼운 대칭인 두개의 위치에, 알미늄층(22)과 n+다결정실리콘층(25)의 표면에 달하는 원형의 개구를 형성하고, 양전극(28a)와 음전극(28b)을 도시한 바와 같이 증착에 의하여 형성한다. 그리고 개구에 의하여 표면에 노출된 nip접합의 부분은 저융점유리를 녹여 붙이는 등으로 형성된 접합보호막(29)으로 피복한다.
이러한 구상태양전지셀(SSA)는, 상기의 구상태양전기셀(SS)와 비교하여, 심재(21)가 금속이기 때문에 저가이고 가공이 용이하며, 전기전도성과 열전도성이 우수하며, 발전부에 흐르는 전류에 대한 저항손실이 적게 되고 냉각효과도 높다. 더욱이 심재(21)가 자성체이어서 외부에서 자력을 인가하여 부유시키거나, 고정하거나 이동시키거나 하는 것이 가능하여서, 취급의 면에서 유리하다. 또한 종래의 벌크형 셀보다도 제조에 필요한 원재료나 에너지 코스트를 저감할 수 있어서 제조코스트 면에서도 유리하다. 그리고 상기 알미늄피막을 생략하고, 상기 발전층을 다른 반도체재료 예를 들면 CdTe 나 CuInSe2) 등의 공지의 태양전지로 이용하고 있는 반도체 재료를 사용하여 구성하여도 좋다.
실시예3(도 15 참조)
다음에 절연재료제의 심재를 구비하는 구상태양전지셀의 제조방법과 구조에 대하여 설명한다. 구상태양전지셀이나 다른 구상반도체 디바이스의 심재를 절연재료로 구성하면, 구상화에 의한 각종 특징을 구비하는 데 더하여, 절연재료로 되는 구성의 심재의 표면상에 상호 전기적으로 분리된, 태양전지셀이나 다른 각종의 디바이스(예를 들면, 광촉매 디바이스, 수광디바이스, 발광 디바이스, 트랜지스터, 집적회로 등)을 단독 또는 복수개 구면상에 설치한 구상반도체 디바이스로 구성하는 것이 가능하게 된다. 이들 디바이스는 필요에 따라서 구면상에 접속하여 이용하는 것도 가능하다. 상기 실시예의 구상태양전지셀(SS,SSA)도 포함하여, 이와 같은 구상반도체 디바이스는 다른 동일한 구상반도체 디바이스나 종래의 디바이스 혹은 배선기판과의 사이에서 종래의 볼·밴프 방식에 의한 접속방법과 동일하게 접속하는 것이 가능하다. 도 15는 실리콘의 열팽창계수와 근사한 열팽창계수를 가지는 석영유리(절연재료)로 되는 진구상의 심재(31)를 구비하고, 표면에 박막 실리콘 태양전기셀을 전면에 설치한 구상태양전지셀(SSB)을 보인다. 최초에 석영유리제의 진구상의 심재(31)는, 예를 들면 렌즈와 동일하게 연마가공법에 의하여 제작하고, 이러한 심재(31)의 표면에, 구상태양전지셀(SS)의 경우와 동일하게 고저차가 1㎛ 정도의 요철을 샌드블라스트 등에 의하여 형성한다. 다음에 이러한 구상체의 표면에 두께 O.3㎛의 실리콘 질화막(32)(Si2N4막)과, 두께 O.2㎛의 실리콘 산화막(33)(SiO2막)을 순차적으로 형성하고, 다음에 그러한 구형체의 표면에 두께 0.3㎛의 크롬피막과 두께 100nm의 알미늄피막으로 되는 이중구조의 도전막(34)을 증착한다. 실리콘 질화막(32)는, 심재(31)에서의 불순물의 확산을 저지하고, 실리콘산화막(33)은 도전막(34)의 밑바탕을 이루는 것이다.
실시예2와 동일하게, 도전막(34)의 표면에 CVD법으로 모노실란(SH4)을 분해하면서 추적시키는 것에 의하여, 전구막으로서 두께 약 20nm의 아몰퍼스실리콘 박막을 형성하고, 이러한 아몰퍼스실리콘 막박을 집광램프로 약 600℃로 가열 어닐링하여, P+형 다결정실리콘막으로 변환한다. 더욱이 이러한 P+다결정실리콘막 상에 플라즈마 CVD법에 의하여 논도핑의 아몰퍼스실리콘(a-Si)를 두께 3∼4㎛로 추적하고, 밑바탕의 P+다결정 실리콘막을 시드(종)으로 하여 약 600℃의 어닐링처리에 의하여 p형 다결정실리콘층(36)을 성장시킨다.
다음에 p형 다결정실리콘층(36)의 표면에 호스핀(PH3)을 첨가한 모노실란(SiH4)를 플라즈마 CVD법에 의하여 분해하면서 두께 약 100nm의 a-Si를 추적시키고, 600℃ 전후에서 어닐링하여 n+다결정 실리콘막(37)을 형성하고, 광기전력을 발생하는 p+ pn+ 접합을 형성한다. 이하, 실시예2와 동일하에 하여 실시예2와 동일한 패시베이션막(38), 표면보호막(39), 양전극(40a), 음전극(40b), 접합보호막(41)을 각각 형성하고, 구상박막 실리콘 태양전기셀을 포함하는 구상태양전지셀(SSB)를 제조한다.
이상 구상태양전지셀(SS,SSA,SSB)에 본 발명을 적용한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 구상반도체 수광디바이스로서의 구상 포토다이오드, 구상 포토트랜지스터, 구상발광 다이오드 등의 구상반도체 디바이스에도 적용 가능하다. 이 경우, 상기 발전층이 수광층, 발광층으로 되고, 각각에 적용한 공지의 재료와 공지의 방법으로 제조하는 것이 가능하다.
실시예4(도 16 참조)
다음에 금속급 실리콘의 심재를 이용하고 MIS구조를 조립하는 구상 광촉매소자의 제조에 대하여 설명한다. 도 16의 구상 광촉매소자(200)은, 금속급 실리콘으로 되는 직경 약 1.5mm의 진구상의 심재(201), 그 표면의 실리콘질화막(202)(두께0.25∼0.35㎛), 그 표면의 실리콘 산화막(203)(두께 0.3∼0.4㎛), 그 표면의 n형 실리콘막(204)(두께5∼10㎛), 산화실리콘 피막(205)(두께 1.5∼3.0nm), Pt 또는 Cr의 피막(두께 5∼8nm)으로 구성되는 양극피막(206), Ti 또는 Ni의 음전극(207) 등을 구비하고, MIS 구조가 형성되어 있다. 그리고 피막(202,203)에는 n형 실리콘막(204)의 결정화의 경우에 심재(201)의 일부를 결정의 시드로서 이용하기 위하여 복수개의 작은 개구, 즉 소개구(201K)가 형성되어 있다.
이러한 MIS구조에 있어서는, 산화실리콘 피막(205)의 내측의 부분에 pn접합과 많이 유사한 상태로 에너지밴드의 굴곡이 일어나고, 표면 근처에 에너지밴드 굴곡층(208)을 포함하는 광기전력 발생부(209)가 형성되어 있다. 이러한 다수의 구상 광촉매소자(200)를, 전해액 중에 배치하여 전해액의 전기분해에 제공하는 것이 가능하다. 심재(201)로서는, 금속급 실리콘에 대신하여 절연재료, 금속재료의 어느것을 적용하여도 된다.
실시예5(도 17 참조)
다음에 금속급 실리콘의 심재를 사용하고 쇼트키 장벽을 조립한 구상 광촉매소자의 구조에 대하여 설명한다. 도 17의 구상 광촉매소자(210)은, 금속급 실리콘으로 되는 직경 약 1.5mm의 진구상의 심재(211), 그 표면의 실리콘 질화막(212)(두께 약 0.25∼0.35㎛), 그 표면의 실리콘 산화막(213)(두께 약 0.3∼0.4㎛), 그 표면의 n형 실리콘막(214), 산화실리콘으로 되는 0.3∼0.7㎛의 두께의 절연피막(215)(표면보호막), Pt 또는 Cr의 8∼10nm의 두께의 양극피막(216), Ti 또는 Ni로 되는 음전극(217) 등을 구비하고, 쇼트키 장벽이 형성되어 있다. 그리고 막(212,213)에는, n형 실리콘막(214)의 결정화의 경우에심재(211)의 일부를 결정의 시드로서 이용하기 위하여, 복수개의 소개구(211K)가 형성되어 있다. 이러한 쇼트키장벽에 있어서는, 양극피막(216)의 내측의 부분에 pn접합과 많이 유사한 상태로 에너지밴드의 굴곡이 일어나고, n형 실리콘막(214)의 표면 가까이에 에너지밴드 굴곡층(218)을 포함하는 광기전력발생부(219)가 형성되어 있다. 이러한 다수의 구상 광촉매소자(210)를, 전해액 중에 배치하여, 전해액의 전기분해에 제공하는 것이 가능하다. 심재(214)로서는, 금속급 실리콘에 대신하여, 절연재료, 금속재료의 어느 것을 적용하여도 좋다.
실시예6(도 18, 도 19 참조)
다음엔 사파이어(α-Al2O3)의 심재를 이용하는 구상 발광소자의 구조에 대하여 설명한다. 도 18에 도시한 구상 발광소자(220)은, 질화 갈륨 청색 발광다이오드를 확대하여 도시하는 것을 보인다.
진구상의 단결정의 사파이어로 구성되는 직경 1.5㎜의 심재(221)를 준비하고, 그 심재(221)의 표면에 공지의 유기금속 화학기상성장법(MOCV법)에 의하여 순차적으로 GaN버퍼층(222)(두께 약 30nm), n형 GaN층(223)(두께 약 3000㎚), In0.4Ga0.6N활성층(224)(두께 약 2nm), p형 Al0.2Ga0.8N층(225)(두께 약 40Onm), p형 GaN층(226)(두께 약 500nm)을 성장시킨다. 이러한 성장에 대하여, 진구상의 심재(221)을 정전부유 가열장치에 의하여 부유시키면서 소정의 가스분위기 중에서 각층의 성막을 연속적으로 수행하는 것이, 균일한 성막을 얻을 수 있어 바람직하다. 그리고 이러한 구조는, 단양자 우물구조로 피크 파장 470nm의 청색의 가시광을 발광하도록 설정된 것이고, 각층의 구성, 막두께, 막구성은, 목적에 따라 설정하도록 함은 당연하다.
다음에 표면에 Si3N4피막 등으로 마스크하면서 염소가스·플라즈마에 의한 반응성 이온에칭으로 n형 GaN층(223)의 표면이 노출되기 까지 에칭하여 직경 600㎛ 정도의 창(227)을 만든다. 이러한 창(227)의 중심부에 Ni/Au의 증착막으로 되는 직경 200㎛의 음극(228)을 설치한다. Si3N4피막 등의 마스크를 제외하고, 음극(228)과 반대측의 표면에 p형 GaN층(226)의 표면에 접촉하는 직경 200㎛의 양극(229)를 Ti/Au의 증착막으로 형성한다.
이러한 구상 청색발광 다이오드(220)은, 예를 들면 도 19에 도시한 바와 같이 유리튜브(230) 내에 수용되어 양극 리이드(231)에서 음극 리이드(232)로 외부에서 전압을 인가하여 순전류를 흘리면, 피크 발광은 파장 470nm의 청색광(λ)을 전방향으로 발광한다. 심재(221)을 구성하는 사파이어는 투명하기 때문에, 도 19에 도시한 바와 같이 반대측에서 나온 광(λ)을 다시 외부로 방사하기 때문에 종래의 평면형의 발광 다이오드와 같이 편측에 한정되지 않고, 양면 발광으로 되어 성능이 향상되고, 내부 발광의 외부방사 효율이 배가된다.
그리고 심재(221)을 포함하는 구의 양표면간 거리가, 발광파장에 대하여 광의 공진기로 되도록 설정하면, 구상의 청색 레이저다이오드로서 작동하도록 구성되는 것도 가능하다. 청색 발광다이오드(220)의 셀이 구상이기 때문에, 도 19에 도시한 바와 같이 리이드핀으로 끼워 접촉하는 조립이 가능하고, 얇은 직경의 와이어에 의한 접속이 불필요하게 되며, 다수의 셀 끼리를 직접 접속하여 어레이로 하는 것도 용이한 것은 상술한 구상 태양전기의 경우와 동일하다.
실시예7(도 20 참조)
다음에 구상반도체 디바이스 소재의 실시예에 대하여 설명한다. 도 20에 도시한 구상반도체 디바이스소재(240)는, 진구상의 심재(241)와, 그 표면에 형성된 실리콘 질화막(242)(두께 0.25∼0.35㎛)과, 그 표면에 형성된 실리콘 산화막(243)(두께 0.3∼0.4㎛)와, 그 표면에 형성된 반도체 박막층(244)(두께 약 10㎛)을 구비하고 있다. 상기 심재(241)는, 반도체(예를 들면 금속급 실리콘 등), 절연재료(사파이어, 석영, 또는 세라믹), 금속재료(Fe-Ni합금, Mo 또는 W 등)의 가운데 어느것의 재료로 구성된다. 상기 반도체 박막층(244)는 실리콘 단결정, 실리콘 다결정, SiGe 나 InP나 그외 화합물 반도체 등의 반도체로 구성되지만, 1층의 반도체 막으로도 좋고, 복수층의 반도체막으로도 가능하다. 상기 반도체 박막층(244)를 재결정화하는 경우에는 실리콘 산화막(243)을 결정의 시드로서 이용하는 것이 가능하다. 그리고 상기 막(242,243)에는 도 11에 도시한 바와 같은 요철을 형성하여도 좋고, 요철을 생략하여도 좋다.
실시예8(도 21 참조)
다음에 구상반도체 디바이스 소재의 실시예에 대하여 설명한다. 도 21에 도시한 구상 반도체 디바이스소재(250)는, 진구상의 심재(251)와, 그 표면에 형성된 실리콘 산화막(252)(두께 0.3∼0.4㎛)과, 그 표면에 형성된 실리콘 질화막(253)(두께 0.25∼0.35㎛), 그 표면에 형성된 반도체 박막층(254)(두께 5∼10㎛)을 구비하고 있다. 상기 막(252,253)에는 복수개의 소개구(255)가 형성되어 있다. 상기 심재(251)는, 실리콘 등의 단결정 반도체 또는 사파이어나 마그네시아·스피넬 등의 단결정 절연재료로 구성된다. 상기 반도체 박막층(254)는 실리콘 단결정, 실리콘 다결정, SiGe 나 InP나 기타 화합물 반도체 등의 반도체로 구성되지만, 1층의 반도체막으로도 좋고, 복수층의 반도체 막으로도 좋다. 상기 반도체박막층(254)를 재결정화하는 경우에는, 복수개의 소개구(255)를 통하여 심재(251)의 일부를 시드로 하여 재결정화시키는 것이 가능하다.
상기 실시예7, 8의 구상반도체 디바이스 소재(240,250)는, 각종의 구상 수광소자, 각종의 구상 발광소자, 각종의 구상 트랜지스터, 각종의 구상 다이오드, 각종의 SOI구조의 구상 집적회로를 제조하기 위한 소재로서 적용된다.

Claims (27)

  1. 구상의 심재와, 상기 심재의 표면상 또는 그 외측 근방부에 거의 구면상으로 형성되는 반도체 박막층과, 상기 반도체 박막층에 형성된 적어도 하나의 pn접합과, 상기 pn접합의 양극에 접속되는 한쌍의 전극을 구비하는 것을 특징으로 하는 구상반도체 디바이스.
  2. 제1항에 있어서, 상기 심재는, 실리콘 등의 반도체 재료로 구성되는 것을 특징으로 하는 구상반도체 디바이스.
  3. 제1항에 있어서, 상기 심재는, 상기 반도체 박막층의 열팽창계수와 근사한 열팽창계수를 가지는 금속재료로 구성되는 것을 특징으로 하는 구상반도체 디바이스.
  4. 제1항에 있어서, 상기 심재는, 상기 반도체 박막층의 열챙창계수와 근사한 열팽창계수를 가지는 절연재료로 구성되는 것을 특징으로 하는 구상반도체 디바이스.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 pn접합은 입사되는 외래광을 흡수하여 광기전력을 발생하는 광전변환 기능을 구비하고, 태양전지셀 또는 수광소자로서의 반도체 디바이스인 것을 특징으로 하는 구상반도체 디바이스.
  6. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 pn접합은, 외부에서 한쌍의 전극을 통하여 공급되는 전류를 광으로 변환하여 외부에 방사하는 전광변환기능을 구비하고, 발광소자로서의 반도체 디바이스인 것을 특징으로 하는 구상반도체 디바이스.
  7. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 한쌍의 전극의 표면을 제외하고, 최외측의 외표면에 투명한 절연막이 형성된 것을 특징으로 하는 구상반도체 디바이스.
  8. 제7항에 있어서, 상기 투명한 절연막이 외래광의 반사를 방지하는 반사방지막을 겸하는 것을 특징으로 하는 구상반도체 디바이스.
  9. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 반도체 박막층 보다 내측에 있어서 심재의 표면상 또는 그 외측 근방 부분에 위치하는 미소한 요철이 있는 반사면이고, 상기 반도체 박막층을 투과한 투과광 또는 반도체 박막층에서 발생한 방사광을 반사하는 반사면을 형성한 것을 특징으로 하는 구상반도체 디바이스.
  10. 제5항에 있어서, 상기 광기전력을 발생하는 반도체 박막층의 내면과 외면의 적어도 일방에 캐리어를 가두는 패시베이션막을 형성하는 것을 특징으로 하는 구상반도체 디바이스.
  11. 제7항에 있어서, 상기 투명한 절연막이 광촉매 기능이 있는 산화티탄막인 것을 특징으로 하는 구상반도체 디바이스.
  12. 제5항에 있어서, 상기 심재가 반도체 박막층을 구성하는 반도체보다 저품위의 동종의 반도체로 구성되는 것을 특징으로 하는 구상반도체 디바이스.
  13. 제5항에 있어서, 상기 반도체 박막층이 실리콘 반도체로 되는 것을 특징으로 하는 구상반도체 디바이스.
  14. 제13항에 있어서, 상기 심재가 금속급 실리콘으로 되는 것을 특징으로 하는 구상반도체 디바이스.
  15. 제5항에 있어서, 상기 한쌍의 전극의 일방의 표면을 적어도 덮음과 동시에 최외측의 외표면에 노출된 광촉매 기능이 있는 피막을 형성하는 것을 특징으로 하는 구상반도체 디바이스.
  16. 구상반도체 디바이스를 제조하는 방법에 있어서,
    반도체재료, 절연재료, 금속재료 가운데 어느 하나의 재료로 되는 심재소재를 이용하여 구상의 심재를 제조하는 제1공정과,
    상기 심재의 표면 또는 그 외측근방 부분에 거의 구면상의 반도체 박막층을 형성하는 제2공정,
    상기 반도체 박막층에 적어도 하나의 pn접합을 형성하는 제3공정, 그리고
    상기 pn접합의 양단에 접속되는 한쌍의 전극을 형성하는 제4공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 구상반도체 디바이스의 제조방법.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 제1공정에 있어서, 심재소재를 부유수단에 의하여 부유시킨 상태로 가열용융하고, 그 융액을 낙하튜브내를 낙하시키면서 응고시켜 구상의 심재를 만드는 것을 특징으로 하는 구상반도체 디바이스의 제조방법.
  18. 제16항에 있어서,
    상기 제2공정의 후 제3공정 전에, 상기 심재와 반도체 박막층을 포함하는 작은 구체를, 전자부유 가열수단에 의하여 가열용융하고, 그 융액을 낙하튜브 내를 낙하시키면서 응고시키는 재가열 낙하공정을 구비하는 것을 특징으로 하는 구상반도체 디바이스의 제조방법.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 제1공정에 있어서 반도체 재료제의 심재소재를 이용하고, 재가열 낙하공정에서 심재를 결정 성정의 시드로서 반도체 박막층을 결정화하는 것을 특징으로 하는 구상반도체 디바이스의 제조방법.
  20. 제16항에있어서,
    상기 제2공정후 제3공정 전에, 반도체 박막층의 표면에 무기 내열 절연피막을 형성하는 피막형성공정과, 다음에 상기 심재와 반도체 박막층을 포함하는 작은 구체를, 자기부유 가열수단에 의하여 가열 용융하고, 그 융액을 낙하튜브내를 낙하시키면서 응고시키는 재가열 낙하공정을 구비하는 것을 특징으로 하는 구상반도체 디바이스의 제조방법.
  21. 제16항 내지 제20항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제3공정 후 제4공정 전에, 구상반도체 디바이스의 최외측의 외표면에 위치하도록 산화티탄의 절연막을 형성하는 절연막 형성공정을 구비하는 것을 특징으로 하는 구상반도체 디바이스의 제조방법.
  22. 제16항 내지 제20항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제2공정에서의 반도체 박막의 형성을 위한 처리의 적어도 일부를, 전자식 또는 정전식 부유수단에 의하여 심재를 포함하는 처리대상물을 부유시킨 상태로 수행하는 것을 특징으로 하는 구상반도체 디바이스의 제조방법.
  23. 제16항 내지 제20항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 반도체 박막형성 이후의 pn접합형성, 전극형성, 표면보호막 형성 등의 처리의 전부 또는 일부를, 전자식 또는 정전식 부유수단에 의하여 처리대상물을 부유시킨 상태로 수행하는 것을 특징으로 하는 구상반도체 디바이스의 제조방법.
  24. 구상의 심재와, 상기 심재의 표면상 또는 그 외측 근방 부분에 거의 구면상으로 형성되는 반도체 박막층을 구비하는 것을 특징으로 하는 구상 반도체 디바이스소재.
  25. 제24항에 있어서,
    상기 심재가, 반도체 박막층을 구성하는 반도체와 다른 특성의 반도체 재료로 되는 것을 특징으로 하는 구상반도체 디바이스소재.
  26. 제24항에 있어서,
    상기 심재가 투명한 절연재료로 되는 것을 특징으로 하는 구상 반도체 디바이스소재.
  27. 제24항에 있어서,
    상기 심재가 금속재료로 되는 것을 특징으로 하는 구상반도체 디바이스소재.
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