特許 6188134 半導体装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6188134

(24)【登録日】2017年8月10日

(45)【発行日】2017年8月30日

(54)【発明の名称】半導体装置

(51)【国際特許分類】

   H01L 31/05 20140101AFI20170821BHJP

   H01L 21/8234 20060101ALI20170821BHJP

   H01L 27/06 20060101ALI20170821BHJP

【ＦＩ】

   H01L31/04 570

   H01L27/06 102A

【請求項の数】19

【全頁数】21

(21)【出願番号】特願2013-145256(P2013-145256)

(22)【出願日】2013年7月11日

(65)【公開番号】特開2015-18942(P2015-18942A)

(43)【公開日】2015年1月29日

【審査請求日】2016年6月30日

(73)【特許権者】

【識別番号】501061319

【氏名又は名称】学校法人 東洋大学

(74)【代理人】

【識別番号】100083806

【弁理士】

【氏名又は名称】三好 秀和

(74)【代理人】

【識別番号】100101247

【弁理士】

【氏名又は名称】高橋 俊一

(72)【発明者】

【氏名】堀口 文男

【審査官】 嵯峨根 多美

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１２−１６９３７９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２０１０／０１９１３８３（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 特開２０１２−１２９３４９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２０１３／０４１８７１（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特開２０１２−０４３９８１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１３−１２０８０３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００４−０２２５６５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０７−０３８１３６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００３−２９８１０２（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｌ ３１／０５

Ｈ０１Ｌ ２１／８２３４

Ｈ０１Ｌ ２７／０６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

内側の半導体領域の底面及び側面を該半導体領域と導電型の異なる半導体領域が取り囲むように、半導体基板の上部の一部に埋め込まれて積層された複数の半導体領域をそれぞれ有する第１及び第２の太陽電池と、
前記第１の太陽電池と前記第２の太陽電池にそれぞれ構成されるｐｎ接合を電気的に接続するように前記第１の太陽電池と前記第２の太陽電池間の電気的な接続状態を制御する制御素子と
を備え、
前記第１及び第２の太陽電池のいずれか一方が前記制御素子と接続する領域と、前記制御素子の主電極領域の周囲に配置されたウェル領域とが電気的に接続され、
前記第１及び第２の太陽電池の他方が前記制御素子と接続する領域と、前記制御素子の前記ウェル領域を前記制御素子の形成された半導体基板から絶縁分離する領域とが電気的に接続されている
ことを特徴とする半導体装置。

【請求項2】

前記第１及び第２の太陽電池と前記制御素子とが同一の半導体基板上に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の半導体装置。

【請求項3】

前記制御素子を複数備え、前記制御素子をそれぞれ制御することによって、前記第１及び第２の太陽電池に構成される前記ｐｎ接合間の電気的な接続について、設定可能な複数の接続状態から任意の接続状態を選択的に設定することを特徴とする請求項２に記載の半導体装置。

【請求項4】

前記第１及び第２の太陽電池と前記制御素子とが形成された前記半導体基板を複数備え、
前記第１及び第２の太陽電池を接続して前記半導体基板においてそれぞれ構成される太陽電池列が直列又は並列に接続されるように、前記半導体基板間の電気的な接続状態を制御する基板間接続素子を更に備えることを特徴とする請求項２又は３に記載の半導体装置。

【請求項5】

前記第１及び第２の太陽電池と前記制御素子とが形成された前記半導体基板と並列に、前記基板間接続素子が接続されていることを特徴とする請求項４に記載の半導体装置。

【請求項6】

前記第１及び第２の太陽電池から電力を供給される半導体集積回路が、前記第１及び第２の太陽電池が形成された前記半導体基板上に形成されていることを特徴とする請求項２乃至５のいずれか１項に記載の半導体装置。

【請求項7】

前記制御素子がトランジスタであり、前記制御素子がオン状態の場合に前記第１の太陽電池と前記第２の太陽電池間が電気的に接続されることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の半導体装置。

【請求項8】

表面から膜厚方向に沿って前記複数の半導体領域の不純物濃度が順次低くなることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の半導体装置。

【請求項9】

前記第１の太陽電池の前記複数の半導体領域から選択された１の半導体領域と、選択された前記半導体領域と導電型の異なる第２の太陽電池の１の半導体領域とが前記制御素子によって電気的に接続されて、前記第１の太陽電池と前記第２の太陽電池が直列接続されることを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載の半導体装置。

【請求項10】

前記第２の太陽電池の前記複数の半導体領域のうちの前記半導体基板と導電型が異なる１の半導体領域と前記半導体基板とが前記制御素子によって電気的に接続され、前記第１の太陽電池と前記第２の太陽電池とが前記半導体基板を介して直列接続されることを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載の半導体装置。

【請求項11】

前記第１の太陽電池の前記複数の半導体領域のうちの最内側の第１の半導体領域に隣接する第２の半導体領域と、前記第２の半導体領域の外側に隣接する第３の半導体領域とが前記制御素子によって電気的に接続されていることを特徴とする請求項１０に記載の半導体装置。

【請求項12】

前記第１及び第２の太陽電池のそれぞれにおいて、前記複数の半導体領域のうちの隣接する導電型が互いに異なる一組の半導体領域が前記制御素子によって電気的に接続され、且つ、前記一組の半導体領域のいずれの半導体領域も、前記一組の半導体領域が含まれる前記太陽電池の前記一組の半導体領域と異なる他の隣接する半導体領域と電気的に接続されていないことを特徴とする請求項１１に記載の半導体装置。

【請求項13】

前記第１の太陽電池の前記複数の半導体領域から選択された半導体領域と、選択された前記半導体領域と導電型が同じ第２の太陽電池の所定の半導体領域とが前記制御素子によって電気的に接続されて、前記第１の太陽電池と前記第２の太陽電池が並列接続されることを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載の半導体装置。

【請求項14】

前記制御端子の導通状態を設定する電圧を出力する太陽電池を更に備えることを特徴とする請求項１乃至１３のいずれか１項に記載の半導体装置。

【請求項15】

太陽電池がそれぞれ形成された複数の半導体基板と、
前記太陽電池が直列又は並列に接続されるように、前記半導体基板間の電気的な接続状態を制御する基板間接続素子と
を備え、
前記半導体基板のそれぞれが、
内側の半導体領域の底面及び側面を該半導体領域と導電型の異なる半導体領域が取り囲むように、前記半導体基板の上部の一部に埋め込まれて積層された複数の半導体領域をそれぞれ有する第１及び第２の前記太陽電池と、
前記第１の太陽電池と前記第２の太陽電池にそれぞれ構成されるｐｎ接合を電気的に接続するように前記第１の太陽電池と前記第２の太陽電池間の電気的な接続状態を制御する制御素子と
を備え、
前記第１及び第２の太陽電池のいずれか一方が前記制御素子と接続する領域と、前記制御素子の主電極領域の周囲に配置されたウェル領域とが電気的に接続され、
前記第１及び第２の太陽電池の他方が前記制御素子と接続する領域と、前記制御素子の前記ウェル領域を前記制御素子の形成された半導体基板から絶縁分離する領域とが電気的に接続されている
ことを特徴とする半導体装置。

【請求項16】

前記半導体基板と並列に前記基板間接続素子が接続されていることを特徴とする請求項１５に記載の半導体装置。

【請求項17】

前記基板間接続素子がトランジスタであり、前記基板間接続素子がオン状態の場合に前記太陽電池間が電気的に接続されることを特徴とする請求項１５又は１６に記載の半導体装置。

【請求項18】

前記制御素子がトランジスタであり、前記制御素子がオン状態の場合に前記第１の太陽電池と前記第２の太陽電池間が電気的に接続されることを特徴とする請求項１５乃至１７のいずれか１項に記載の半導体装置。

【請求項19】

前記太陽電池から電力を供給される半導体集積回路が、前記太陽電池が形成された前記半導体基板上に形成されていることを特徴とする請求項１５乃至１８のいずれか１項に記載の半導体装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、電気的に接続された複数の太陽電池によって電力を供給する半導体装置に関する。

【背景技術】

【0002】

複数の太陽電池間を直列接続したり並列接続したりすることによって、これらの太陽電池から供給される電力量を制御することができる。例えば、太陽電池と半導体基板を絶縁分離することによって、太陽電池間を直列接続した場合にも半導体基板を介して太陽電池間にショート電流が流れることを防止する方法がある（例えば、特許文献１参照。）。これにより、半導体基板に半導体製造プロセスを用いて形成した太陽電池の出力電圧を増大させることができる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１２−１２９３４９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

半導体基板に形成された複数の太陽電池の所定の領域間を金属配線層によって接続することにより、太陽電池を直列接続したり並列接続したりできる。しかし、この接続方法では、半導体装置を製造した後に太陽電池間の回路接続を変更することが困難である。このため、太陽電池に光を照射する照明条件が変化したり、太陽電池から電力が供給される半導体集積回路の負荷状態が変化したりしても、これらの変化に対応するために太陽電池間の回路接続を変更して太陽電池から半導体集積回路に供給される電力を変化させることができない。

【0005】

上記問題点に鑑み、本発明は、太陽電池間の回路接続の変更によって太陽電池から供給される電力を製造後に変化させることが容易な半導体装置を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明の一態様によれば、（イ）内側の半導体領域の底面及び側面をその半導体領域と導電型の異なる半導体領域が取り囲むように、半導体基板の上部の一部に埋め込まれて積層された複数の半導体領域をそれぞれ有する第１及び第２の太陽電池と、（ロ）第１の太陽電池と第２の太陽電池にそれぞれ構成されるｐｎ接合を電気的に接続するように第１の太陽電池と第２の太陽電池間の電気的な接続状態を制御する制御素子とを備え、第１及び第２の太陽電池のいずれか一方が制御素子と接続する領域と、制御素子の主電極領域の周囲に配置されたウェル領域とが電気的に接続され、第１及び第２の太陽電池の他方が制御素子と接続する領域と、制御素子のウェル領域を制御素子の形成された半導体基板から絶縁分離する領域とが電気的に接続されている半導体装置が提供される。

【0007】

本発明の他の態様によれば、（イ）太陽電池がそれぞれ形成された複数の半導体基板と、（ロ）太陽電池が直列又は並列に接続されるように、半導体基板間の電気的な接続状態を制御する基板間接続素子とを備え、半導体基板のそれぞれが、内側の半導体領域の底面及び側面をその半導体領域と導電型の異なる半導体領域が取り囲むように、半導体基板の上部の一部に埋め込まれて積層された複数の半導体領域をそれぞれ有する第１及び第２の前記太陽電池と、第１の太陽電池と第２の太陽電池にそれぞれ構成されるｐｎ接合を電気的に接続するように第１の太陽電池と第２の太陽電池間の電気的な接続状態を制御する制御素子とを備え、第１及び第２の太陽電池のいずれか一方が制御素子と接続する領域と、制御素子の主電極領域の周囲に配置されたウェル領域とが電気的に接続され、第１及び第２の太陽電池の他方が制御素子と接続する領域と、制御素子のウェル領域を制御素子の形成された半導体基板から絶縁分離する領域とが電気的に接続されている半導体装置が提供される。

【発明の効果】

【0008】

本発明によれば、太陽電池間の回路接続の変更によって太陽電池から供給される電力を製造後に変化させることが容易な半導体装置を提供できる。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】本発明の第１の実施形態に係る半導体装置の構成を示す模式図である。

【図2】本発明の第１の実施形態に係る半導体装置の太陽電池と半導体集積回路の接続例を示す模式図である。

【図3】本発明の第１の実施形態に係る半導体装置を他の制御素子を用いて構成した例を示す模式図である。

【図4】本発明の第１の実施形態に係る半導体装置の他の構成を示す模式図である。

【図5】本発明の第１の実施形態に係る半導体装置の更に他の構成例を示す模式図である。

【図6】図５に示した半導体装置を構成する接続例を示す模式図である。

【図7】本発明の第１の実施形態に係る半導体装置の更に他の構成を示す模式図である。

【図8】本発明の第１の実施形態の変形例に係る半導体装置の構成を示す模式図である。

【図9】本発明の第２の実施形態に係る半導体装置の構成を示す模式図である。

【図10】本発明の第２の実施形態に係る半導体装置の他の構成を示す模式図である。

【図11】本発明の第２の実施形態に係る半導体装置の更に他の構成を示す模式図である。

【図12】本発明の第２の実施形態の変形例に係る半導体装置の構成を示す模式図である。

【図13】本発明の第３の実施形態に係る半導体装置の構成を示す模式図である。

【図14】図１３に示した半導体装置の出力例を示す表である。

【図15】本発明の第３の実施形態の変形例に係る半導体装置の構成を示す模式図である。

【図16】本発明の第３の実施形態の他の変形例に係る半導体装置の構成を示す模式図である。

【図17】本発明の第３の実施形態の更に他の変形例に係る半導体装置の構成を示す模式図である。

【発明を実施するための形態】

【0010】

次に、図面を参照して、本発明の実施形態を説明する。以下の図面の記載において、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号を付している。ただし、図面は模式的なものであり、厚みと平面寸法との関係、各層の厚みの比率等は現実のものとは異なることに留意すべきである。また、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることはもちろんである。

【0011】

また、以下に示す実施形態は、この発明の技術的思想を具体化するための装置や方法を例示するものであり、この発明の実施形態は、特許請求の範囲において、種々の変更を加えることができる。

【0012】

（第１の実施形態）
本発明の第１の実施形態に係る半導体装置１は、図１に示すように、半導体基板１００にそれぞれ形成された半導体集積回路４０、第１の太陽電池１０及び第２の太陽電池２０、制御素子５０を備える。制御素子５０によって、第１の太陽電池１０と第２の太陽電池２０間の電気的な接続状態が制御される。

【0013】

具体的には、制御素子５０の導通状態、即ちオン・オフによって、第１の太陽電池１０と第２の太陽電池２０間の電気的な接続状態が設定される。したがって、制御素子５０には、制御素子５０のオン状態及びオフ状態を外部からの信号によって任意に切り替えられる自己消弧素子を採用可能である。例えば、制御素子５０にトランジスタやサイリスタなどを使用できる。

【0014】

図１に示した例では、第１の太陽電池１０と第２の太陽電池２０にそれぞれ構成されるｐｎ接合が、制御素子５０がオン状態の時に直列接続される。

【0015】

制御素子５０を介して第１の太陽電池１０と第２の太陽電池２０とを接続した構成を、以下において「太陽電池列３０」という。太陽電池列３０は、半導体集積回路４０に電力を供給する。なお、図１では半導体集積回路４０の構造の図示を省略しているが、半導体集積回路４０は一般的な半導体製造プロセスで製造される発振回路、演算回路、メモリ回路、無線送受信回路、光電力制御回路などを含む。

【0016】

制御素子５０は、半導体集積回路４０と同時に製造可能である。例えば半導体集積回路４０がＭＯＳ集積回路であれば、制御素子５０にＭＯＳトランジスタを採用可能であり、半導体集積回路４０がバイポーラ集積回路であれば、制御素子５０にバイポーラトランジスタを採用可能である。

【0017】

第１の太陽電池１０と第２の太陽電池２０のそれぞれは、内側の半導体領域の底面及び側面をその半導体領域と導電型の異なる半導体領域が取り囲むように積層された複数の半導体領域１１〜１５、２１〜２５を備える。半導体領域１１〜１５、２１〜２５は、図１に示すように半導体基板１００の上部の一部に埋め込まれている。

【0018】

なお、第１導電型と第２導電型とは互いに反対導電型である。すなわち、第１導電型がｐ型であれば第２導電型はｎ型であり、また、第１導電型がｎ型であれば第２導電型はｐ型である。以下では、第１導電型がｐ型、第２導電型がｎ型である場合について、例示的に説明する。

【0019】

図１に示した第１の太陽電池１０、第２の太陽電池２０、制御素子５０の構造を、以下に説明する。

【0020】

第１の太陽電池１０及び第２の太陽電池２０のそれぞれは、ｐ型の半導体基板１００の上面の一部に形成された凹部に埋め込まれた、上面の一部に凹部が形成されたｎ型の第１ウェル領域１１、２１と、第１ウェル領域１１、２１の凹部に埋め込まれた、上面の一部に凹部が形成されたｐ型の第２ウェル領域１２、２２と、第２ウェル領域１２、２２の凹部に埋め込まれたｎ型の不純物拡散領域１５、２５とを備える。ただし、他の領域と電気的に接続しない場合は、不純物拡散領域１５、２５は省略してもよい。

【0021】

図１に示した例では、第１ウェル領域１１、２１のそれぞれは、半導体基板１００に埋め込まれたｎ型の埋め込み領域１１１、２１１と、第２ウェル領域１２、２２を取り囲むように埋め込み領域１１１、２１１上に配置されたｎ型の側壁領域１１２、２１２からなる。

【0022】

なお、表面から膜厚方向に沿って順次低くなるように、複数の半導体領域１１〜１５、２１〜２５の不純物濃度が設定されている。例えば半導体基板１００の不純物密度は１０¹⁶ｃｍ^-2程度、第１ウェル領域１１、２１の不純物密度は１０¹⁷ｃｍ^-2程度、第２ウェル領域１２、２２の不純物密度は１０¹⁸ｃｍ^-2程度、不純物拡散領域１５、２５の不純物密度は１０¹⁹〜１０²⁰ｃｍ^-2程度である。

【0023】

図１に示した半導体装置１では、ｎ型の第１ウェル領域１１、２１によってｐ型の第２ウェル領域１２、２２がｐ型の半導体基板１００から絶縁分離されるため、第１の太陽電池１０と第２の太陽電池２０とを直列接続することができる。例えば、第１の太陽電池１０の複数の半導体領域から選択された１の半導体領域と、選択された半導体領域と導電型の異なる第２の太陽電池２０の１の半導体領域とを制御素子５０を介して電気的に接続することにより、第１の太陽電池１０と第２の太陽電池とを直列接続できる。

【0024】

図１では、制御素子５０が、ｎ型チャネルＭＯＳ（以下において、「ｎＭＯＳ」という。）トランジスタである例を示している。制御素子５０のソース領域５１０及びドレイン領域５２０は、ｐウェル領域５２の上面に互いに離間して配置されたｎ型領域として形成されている。ｐウェル領域５２は、半導体基板１００に埋め込まれたｎ型の埋め込み領域５１１と埋め込み領域５１１の外周部上に配置されたｎ型の側壁領域５１２からなるｎウェル領域５１によって、ｐ型の半導体基板１００から絶縁分離されている。ゲート電極５３０は、ソース領域５１０とドレイン領域５２０間で、ゲート絶縁膜５４０を介してｐウェル領域５２上に配置されている。

【0025】

なお、オーミック抵抗を低くするために、他の半導体領域と電気的に接続される領域の不純物濃度を周囲よりも高くすることが有効である。以下において、周囲よりも不純物濃度の高い領域を「接続領域」という。例えば、図１では第１の太陽電池１０の第２ウェル領域１２内に、周囲よりも不純物濃度の高い接続領域１２１を設けている。また、制御素子５０のｐウェル領域５２内に、周囲よりも不純物濃度の高い接続領域５２１が設けられている。

【0026】

図１は、第１の太陽電池１０と第２の太陽電池２０が、オン状態の制御素子５０を介して直列接続される例を示している。即ち、制御素子５０を導通することにより、第１の太陽電池１０の第２ウェル領域１２と第２の太陽電池２０の第１ウェル領域２１とが電気的に接続される。

【0027】

具体的には、ソース領域５１０が第１の太陽電池１０の第２ウェル領域１２と接続領域１２１を介して電気的に接続され、ドレイン領域５２０が第２の太陽電池２０の第１ウェル領域２１と電気的に接続されている。そして、外部からの電気信号をゲート電極５３０に入力することによって制御素子５０がオン状態となり、第１の太陽電池１０と第２の太陽電池とが直列接続される。

【0028】

その結果、太陽電池列３０の出力電圧を上昇させることができる。これにより、例えば第１の太陽電池１０及び第２の太陽電池２０に照射される光が減少した場合に、半導体集積回路４０の負荷駆動力を維持することができる。また、半導体集積回路４０の負荷が増大した場合に、半導体集積回路４０の負荷駆動力を増大させることができる。

【0029】

ところで、第１の太陽電池１０の不純物拡散領域１５と第１ウェル領域１１とはほぼ同一電位であるため、第１の太陽電池１０と第２の太陽電池２０とを直列接続した太陽電池列３０のマイナス側電極３１は、第１の太陽電池１０の不純物拡散領域１５と第１ウェル領域１１のいずれを使用してもよい。この太陽電池列３０のプラス側電極３２は、第２の太陽電池２０の第２ウェル領域２２である。図１に示した例では、オーミック抵抗を低くするために、第２の太陽電池２０の第２ウェル領域２２内に、周囲よりも不純物濃度の高い接続領域２２１を設けている。この接続領域２２１が太陽電池列のプラス側電極３２として使用される。

【0030】

したがって、オン状態の制御素子５０を介して直列接続された太陽電池列３０の電流経路は、「第１の太陽電池１０の不純物拡散領域１５と第１ウェル領域１１のいずれか」−「第１の太陽電池１０の第２ウェル領域１２」−制御素子５０−「第２の太陽電池２０の第１ウェル領域２１」−「第２の太陽電池２０の第２ウェル領域２２」である。「第１の太陽電池１０の不純物拡散領域１５と第１ウェル領域１１のいずれか」と「第１の太陽電池１０の第２ウェル領域１２」間のｐｎ接合、及び「第２の太陽電池２０の第１ウェル領域２１」と「第２の太陽電池２０の第２ウェル領域２２」間のｐｎ接合で、それぞれ電圧が発生する。１つのｐｎ接合で発生する電圧は０．５Ｖ程度であり、図１に示した半導体装置１では１．０Ｖ近くの電圧が発生する。

【0031】

制御素子５０がｎＭＯＳトランジスタの場合には、しきい値電圧以上のゲート電圧、例えば０．８Ｖをゲート電極５３０に印加することにより、制御素子５０をオンさせることができる。

【0032】

一方、ゲート電圧が０Ｖであれば、制御素子５０はオフ状態であり、第１の太陽電池１０と第２の太陽電池２０は直接接続とはならない。即ち、制御素子５０がオフ状態の時には、第１の太陽電池１０と第２の太陽電池２０間には半導体基板１００を介して電流が流れる。このとき、出力電圧は０．５Ｖ程度である。

【0033】

制御素子５０のソース領域５１０及びドレイン領域５２０をフローティング状態にせずに電位を安定させるために、これらの領域を第１の太陽電池１０や第２の太陽電池２０の所定の領域と電気的に接続させてもよい。図１では、制御素子５０の側壁領域５１２を第１の太陽電池１０の接続領域１２１に接続し、制御素子５０の接続領域５２１を第２の太陽電池２０の側壁領域２１２に接続した例を示した。或いは、制御素子５０の側壁領域５１２を第２の太陽電池２０の側壁領域２１２に接続し、制御素子５０の接続領域５２１を第１の太陽電池１０の接続領域１２１に接続してもよい。

【0034】

図１に示した半導体装置１を半導体集積回路４０と接続した例を、図２に示す。図２に示した半導体集積回路４０の例は、ソース電極Ｓ１、ドレイン電極Ｄ１及びゲート電極Ｇ１を有してｎウェル領域４１０に形成されたｐ型チャネルＭＯＳ（以下において、「ｐＭＯＳ」という。）トランジスタ４０１と、ソース電極Ｓ２、ドレイン電極Ｄ２及びゲート電極Ｇ２を有してｐウェル領域４２０に形成されたｎＭＯＳトランジスタ４０２とで構成されたＣＭＯＳトランジスタ回路である。ｐウェル領域４２０は、半導体基板１００に埋め込まれたｎ型の埋め込み領域４１１と、埋め込み領域４１１上に配置されたｎ型の側壁領域４１２によってｐ型の半導体基板１００から絶縁分離されている。

【0035】

図２に示したように、太陽電池列３０のプラス側電極３２をｐＭＯＳトランジスタ４０１のＶ_DD電極に接続し、マイナス側電極３１をｎＭＯＳトランジスタ４０２のＶ_SS電極に接続することで、０．９Ｖ程度の電圧を半導体集積回路４０に印加することができる。

【0036】

上記のように、半導体装置１は、隣接する半導体領域の導電型が互いに異なるように３層重ねたトリプルウェル構造を有する。つまり、第１の太陽電池１０の第２ウェル領域１２が第１ウェル領域１１によって半導体基板１００から絶縁分離され、第２の太陽電池２０の第２ウェル領域２２が第１ウェル領域２１によって半導体基板１００から絶縁分離される。このため、第１の太陽電池１０と第２の太陽電池２０にそれぞれ構成されるｐｎ接合が直列に接続されるように第１の太陽電池１０と第２の太陽電池２０を直列接続することによって、１．０Ｖ程度の電圧が発生する。また、半導体集積回路４０においてｐ型のウェル領域がｐ型の半導体基板１００から絶縁分離されるので、半導体基板１００とは独立した電位をｐ型のウェル領域に印加することができる。これにより、半導体集積回路４０の回路動作に悪影響を与えずに、第１の太陽電池１０と第２の太陽電池２０からなる太陽電池列３０の高電圧を半導体集積回路４０に印加することができる。

【0037】

制御素子５０がｐＭＯＳトランジスタである場合を、図３に示す。制御素子５０は、半導体基板１００に埋め込まれたｎ型の埋め込み領域５１１上に配置されたｎ型のｎウェル領域５３に形成されている。ソース領域５１０及びドレイン領域５２０は、ｎウェル領域５３の上面に互いに離間して配置されたｐ型領域として形成されている。ゲート電極５３０は、ソース領域５１０とドレイン領域５２０間でゲート絶縁膜５４０を介してｎウェル領域５３上に配置されている。ソース領域５１０と第１の太陽電池１０の第２ウェル領域１２とが接続領域１２１を介して電気的に接続され、ドレイン領域５２０と第２の太陽電池２０の第１ウェル領域２１とが電気的に接続されている。

【0038】

しきい値電圧以下の、例えば−０．８Ｖのゲート電圧をゲート電極５３０に印加することにより制御素子５０がオン状態となって、第１の太陽電池１０と第２の太陽電池２０とが直列接続される。一方、ゲート電圧が０Ｖであれば、第１の太陽電池１０と第２の太陽電池２０とは直列接続とならず、出力電圧は０．５Ｖ程度である。

【0039】

制御素子５０のソース領域５１０及びドレイン領域５２０の電位を安定させるために、図３では、制御素子５０のｎウェル領域５３を第１の太陽電池１０の接続領域１２１と接続し、ｎウェル領域５３の接続領域５３１を第２の太陽電池２０の側壁領域２１２に接続した例を示した。或いは、制御素子５０のｎウェル領域５３を第２の太陽電池２０の側壁領域２１２に接続し、制御素子５０の接続領域５３１を第１の太陽電池１０の接続領域１２１に接続してもよい。

【0040】

図４に、トリプルウェル構造の第１の太陽電池１０と第２の太陽電池２０を、制御素子５０を介して直列接続する他の例を示す。図４に示した例は、第２の太陽電池２０の複数の半導体領域のうちで半導体基板１００と導電型が異なる１の半導体領域と、半導体基板１００とが電気的に接続される。これにより、第１の太陽電池１０と第２の太陽電池２０とが半導体基板１００を介して直列接続されている。具体的には、第２の太陽電池２０の第１ウェル領域２１と半導体基板１００とが、オン状態の制御素子５０を介して電気的に接続される。なお、図４に示すように半導体基板１００の上面に、制御素子５０とのコンタクト用に不純物濃度が高い接続領域１０１が形成されている。

【0041】

制御素子５０には、図４に示したようにｎＭＯＳトランジスタを使用してもよいし、図３に示したｐＭＯＳトランジスタを使用してもよい。

【0042】

図４に示した半導体装置１の太陽電池列の電流経路は、「第１の太陽電池１０の第１ウェル領域１１」−「半導体基板１００」−制御素子５０−「第２の太陽電池２０の第１ウェル領域２１」−「第２の太陽電池２０の第２ウェル領域２２」である。「第１の太陽電池１０の第１ウェル領域１１」と「半導体基板１００」間のｐｎ接合、及び「第２の太陽電池２０の第１ウェル領域２１」と「第２の太陽電池２０の第２ウェル領域２２」間のｐｎ接合で、それぞれ電圧が発生する。したがって、図４に示した太陽電池列においても１．０Ｖ近くの電圧が発生する。なお、第１の太陽電池１０の第１ウェル領域１１が太陽電池列３０のマイナス側電極３１として使用され、第２の太陽電池２０の第２ウェル領域２２が太陽電池列３０のプラス側電極３２として使用される。

【0043】

不純物拡散領域１５と第１ウェル領域１１とはほぼ同一電位であるため、第１の太陽電池１０と第２の太陽電池２０とを直列接続した太陽電池列３０のマイナス側電極３１は、第１の太陽電池１０の不純物拡散領域１５と第１ウェル領域１１のいずれを使用してもよい。なお、不純物拡散領域１５、２５を電流経路に含まない場合には、これらの形成を省略してもよい。

【0044】

図５に、第１の太陽電池１０と第２の太陽電池２０からなる太陽電池列３０によって更に高電圧を発生させる例を示す。図５では、制御素子５０の図示を省略している。図５に示した例は、図４に示した太陽電池列３０について、更に、第１の太陽電池１０の複数の半導体領域のうちの最内側の第１の半導体領域である不純物拡散領域１５に接する第２の半導体領域と、第２の半導体領域に隣接する第３の半導体領域とを電気的に接続した構造である。具体的には、第２の太陽電池２０の第１ウェル領域２１と半導体基板１００とが電気的に接続され、且つ、第１の太陽電池１０の第１ウェル領域１１と第２ウェル領域１２とが電気的に接続されている。

【0045】

図５に示した半導体装置１の太陽電池列３０の電流経路は、「第１の太陽電池１０の不純物拡散領域１５」−「第１の太陽電池１０の第２ウェル領域１２」−「第１の太陽電池１０の第１ウェル領域１１」−「半導体基板１００（接続領域１０１）」−「第２の太陽電池２０の第１ウェル領域２１」−「第２の太陽電池２０の第２ウェル領域２２」である。「第１の太陽電池１０の不純物拡散領域１５」と「第１の太陽電池１０の第２ウェル領域１２」間のｐｎ接合、「第１の太陽電池１０の第１ウェル領域１１」と「半導体基板１００」間のｐｎ接合、及び「第２の太陽電池２０の第１ウェル領域２１」と「第２の太陽電池２０の第２ウェル領域２２」間のｐｎ接合で、それぞれ電圧が発生する。したがって、図５に示した太陽電池列においては１．３Ｖ程度の電圧が発生する。なお、第１の太陽電池１０の不純物拡散領域１５が太陽電池列３０のマイナス側電極３１として使用され、第２の太陽電池２０の第２ウェル領域２２の接続領域２２１が太陽電池列３０のプラス側電極３２として使用される。不純物拡散領域２５は形成を省略してもよい。

【0046】

制御素子５０にトランジスタを使用して図５に示した太陽電池列３０を実現する例を、図６に示す。即ち、第１の太陽電池１０の第１ウェル領域１１がｎＭＯＳトランジスタ５０Ａのソース領域５１０に接続され、第２ウェル領域１２がｎＭＯＳトランジスタ５０Ａのドレイン領域５２０に接続されている。また、第２の太陽電池２０の第１ウェル領域２１がｐＭＯＳトランジスタ５０Ｂのドレイン領域５２０に接続され、半導体基板１００の接続領域１０１がｐＭＯＳトランジスタ５０Ｂのソース領域５１０に接続されている。

【0047】

例えば、図６に示したｎＭＯＳトランジスタ５０Ａのゲート電極５３０には、半導体基板１００に形成された他の１組の太陽電池列３０を図５に示したように接続してプラス側電極３２に発生させた１．３Ｖの電圧を印加する。ｐＭＯＳトランジスタ５０Ｂのゲート電極５３０には、マイナス側電極３１に発生させた０Ｖを印加する。

【0048】

その結果、第２の太陽電池２０の第１ウェル領域２１と半導体基板１００とがオン状態のｐＭＯＳトランジスタ５０Ｂによって電気的に接続され、且つ、第１の太陽電池１０の第１ウェル領域１１と第２ウェル領域１２とがオン状態のｎＭＯＳトランジスタ５０Ａによって電気的に接続される。

【0049】

図７に示すように、半導体装置１を更に多層ウェル構造とすることで、より高い電圧を発生することができる。図７に示した半導体装置１では、第１の太陽電池１０及び第２の太陽電池２０は以下の構造を有する。即ち、ｐ型の半導体基板１００の上面の一部に形成された凹部に埋め込まれた、上面の一部に凹部が形成されたｎ型の第１ウェル領域１１、２１と、第１ウェル領域１１、２１の凹部に埋め込まれた、上面の一部に凹部が形成されたｐ型の第２ウェル領域１２、２２と、第２ウェル領域１２、２２の凹部に埋め込まれた、上面の一部に凹部が形成されたｎ型の第３ウェル領域１３、２３と、第３ウェル領域１３、２３の凹部に埋め込まれた、上面の一部に凹部が形成されたｐ型の第４ウェル領域１４、２４と、第４ウェル領域１４、２４の凹部に埋め込まれたｎ型の不純物拡散領域１５、２５とを備える。図７に示した例では、第１ウェル領域１１、２１は、半導体基板１００に埋め込まれた埋め込み領域１１１、２１１と、内側の第２ウェル領域１２、２２を取り囲むように埋め込み領域１１１、２１１上に配置された側壁領域１１２、２１２とから構成されている。また、第３ウェル領域１３、２３は、第２ウェル領域１２、２２に埋め込まれた埋め込み領域１３１、２３１と、内側の第４ウェル領域１４、２４を取り囲むように埋め込み領域１３１、２３１上に配置された側壁領域１３２、２３２とから構成されている。

【0050】

図７に示したように多層ウェル構造では、第１の太陽電池１０及び第２の太陽電池２０において、複数の半導体領域のうちの隣接する導電型が互いに異なる一組の半導体領域が電気的に接続され、且つ、各組の半導体領域に含まれるいずれの半導体領域も他の隣接する半導体領域と電気的に接続されていない。

【0051】

具体的には、第１の太陽電池１０では、第１ウェル領域１１と第２ウェル領域１２とが符号Ｔ２で示した制御素子５０によって電気的に接続され、第３ウェル領域１３と第４ウェル領域１４の接続領域１４１とが符号Ｔ１で示した制御素子５０によって電気的に接続されている。また、第２の太陽電池２０では、半導体基板１００と第１ウェル領域２１とが符号Ｔ４で示した制御素子５０によって電気的に接続され、第２ウェル領域２２と第３ウェル領域２３とが符号Ｔ３で示した制御素子５０によって電気的に接続されている。そして、第１の太陽電池１０の不純物拡散領域１５が太陽電池列３０のマイナス側電極３１として使用され、第２の太陽電池２０の第４ウェル領域２４の接続領域２４１が太陽電池列３０のプラス側電極３２として使用される。

【0052】

図７に示した半導体装置１の太陽電池列３０の電流経路は、「第１の太陽電池１０の不純物拡散領域１５」−「第１の太陽電池１０の第４ウェル領域１４」−「第１の太陽電池１０の第３ウェル領域１３」−「第１の太陽電池１０の第２ウェル領域１２」−「第１の太陽電池１０の第１ウェル領域１１」−「半導体基板１００」−「第２の太陽電池２０の第１ウェル領域２１」−「第２の太陽電池２０の第２ウェル領域２２」−「第２の太陽電池２０の第３ウェル領域２３」−「第２の太陽電池２０の第４ウェル領域２４」である。

【0053】

図７に示した太陽電池列３０では、「第１の太陽電池１０の不純物拡散領域１５」と「第１の太陽電池１０の第４ウェル領域１４」間のｐｎ接合、「第１の太陽電池１０の第３ウェル領域１３」と「第１の太陽電池１０の第２ウェル領域１２」間のｐｎ接合、「第１の太陽電池１０の第１ウェル領域１１」と「半導体基板１００」間のｐｎ接合、「第２の太陽電池２０の第１ウェル領域２１」と「第２の太陽電池２０の第２ウェル領域２２」間のｐｎ接合、及び「第２の太陽電池２０の第３ウェル領域２３」と「第２の太陽電池２０の第４ウェル領域２４」間のｐｎ接合で、それぞれ電圧が発生する。

【0054】

ここでは４重ウェル構造までの例を示したが、５重以上の多重にウェル構成を行い、トリプルウェル構造や４重ウェル構造と同様に、隣り合うｐ型の半導体領域とｎ型の半導体領域を1つ置きに接続することで、高電圧を発生させることが可能である。つまり、第１の太陽電池１０及び第２の太陽電池２０の一方或いは両方に、直列接続された複数のｐｎ接合を構成することによって、高電圧を発生させることができる。

【0055】

なお、上記に説明したそれぞれの半導体装置１において、太陽電池列３０のマイナス電位を発生させる第１の太陽電池１０とプラス電位を発生させる第２の太陽電池２０のそれぞれの面積は同一にする必要はなく、それぞれの駆動電流の能力に応じて面積を可変することができる。例えばｐ型の半導体基板１００を使用する場合に、約１．０Ｖ出力時には第２の太陽電池２０を第１の太陽電池１０に対して２倍程度の面積にすることによって、第１の太陽電池１０と第２の太陽電池２０とで同程度の大きさの電流を発生させることができる。また、約１．３Ｖ出力時には、第１の太陽電池１０の面積を第２の太陽電池２０の面積に対して２倍程度とすることにより、第１の太陽電池１０と第２の太陽電池２０とで同程度の大きさの電流を発生させることができる。

【0056】

太陽電池列３０から電源が供給される半導体集積回路４０は、半導体基板１００上に形成したＳＯＩ構造の回路でもよい。或いは、トリプルウェル構造、ツインウェル構造、シングルウェル構造でもよい。また、半導体集積回路４０の回路ブロックごとに太陽電池を分散配置し、必要な回路の近くで太陽電池を配置することにより、長い電源配線を避けることができる。電源配線を短くすることによって、電圧降下やノイズの発生を避けることができる。

【0057】

以上に説明したように、本発明の第１の実施形態に係る半導体装置１では、バルクＣＭＯＳプロセスなどの半導体製造プロセスで製造される太陽電池列が、半導体集積回路４０と同一の半導体基板１００上に形成される。そして、外部からの信号によって導通状態が制御可能な制御素子５０によって、太陽電池間の回路接続が設定される。このため、半導体装置１の製造後に、太陽電池間の回路接続の変更によって太陽電池から半導体集積回路４０に供給される電力を容易に変化させることができる。なお、第１の太陽電池１０と第２の太陽電池２０を直列接続することが可能であるため、単一の太陽電池の開放電圧を超える電圧を発生することができる。例えば、半導体集積回路の電源電圧として一般的な１．０Ｖ〜１．５Ｖ程度の電圧を発生することができる。

【0058】

同一の半導体基板１００に太陽電池と制御素子５０を集積することにより、半導体装置１では負荷容量や配線抵抗の影響が小さい。このため、制御素子５０の導通状態を制御することで、照明条件や負荷条件に合わせて回路接続を変更する場合に、瞬時に応答することができる。また、半導体集積回路４０の構成要素として使用される素子と同様の構造のトランジスタなどを制御素子５０に使用できる。このため、太陽電池と同一の半導体基板１００に制御素子５０を容易に形成することができ、制御素子５０のサイズを小さくできる。

【0059】

（変形例）
上記では、第１の太陽電池１０、第２の太陽電池２０及び制御素子５０が同一の半導体基板１００上に形成される例を示した。しかし、第１の太陽電池１０、第２の太陽電池２０及び制御素子５０のいずれか、或いはすべてを異なる半導体基板上に形成してもよい。

【0060】

例えば図８に示すように、第１の太陽電池１０を半導体基板１００Ａに形成し、第２の太陽電池２０を半導体基板１００Ｂに形成し、制御素子５０を半導体基板１００Ｃに形成する。或いは、第１の太陽電池１０、第２の太陽電池２０及び半導体集積回路４０を同一の半導体基板に形成し、制御素子５０を他の半導体基板に形成するなどの他の構成方法も可能である。

【0061】

異なる複数の半導体基板にそれぞれ形成された太陽電池を制御素子５０によって電気的に接続することにより、例えば異なる製造方法で製造された複数の太陽電池を接続したり、特性が劣化した太陽電池を他の太陽電池と接続することによって所望の出力を得たりすることができる。

【0062】

（第２の実施形態）
第１の実施形態では、第１の太陽電池１０と第２の太陽電池２０とを直列接続する例を説明した。以下では、ｐ型の半導体基板１００に形成された第１の太陽電池１０と第２の太陽電池２０とを並列接続する例を説明する。以下に具体例を示すように、第１の太陽電池１０の複数の半導体領域から選択された半導体領域と、この選択された半導体領域と導電型が同じ第２の太陽電池２０の所定の半導体領域とが制御素子５０によって電気的に接続されて、第１の太陽電池１０と第２の太陽電池２０が並列接続される
図９に示した第２の実施形態に係る半導体装置１では、第１の太陽電池１０のｐ型の第２ウェル領域１２に埋め込まれたｎ型の不純物拡散領域１５と、第２の太陽電池２０のｐ型の第２ウェル領域２２に埋め込まれたｎ型の不純物拡散領域２５とを電気的に接続する。この接続点をマイナス側電極３１とし、第２の太陽電池２０の第２ウェル領域２２内に形成された接続領域２２１をプラス側電極３２とすることにより、太陽電池が１つの場合と比べての２倍の出力電流を取り出すことができる。

【0063】

図９では、第１の太陽電池１０の不純物拡散領域１５と第２の太陽電池２０の不純物拡散領域２５との接続に、ｎＭＯＳトランジスタを制御素子５０として使用する例を示した。しかし、図３と同様にｐＭＯＳトランジスタを制御素子５０として使用してもよい。

【0064】

上記のように、制御素子５０をオン状態にして第１の太陽電池１０と第２の太陽電池２０にそれぞれ構成されるｐｎ接合が並列接続される。これにより、太陽電池列３０から半導体集積回路４０に供給される電流を増大させることができる。

【0065】

第１の太陽電池１０と第２の太陽電池２０とを並列接続する他の例を図１０に示す。制御素子５０であるｎＭＯＳトランジスタを介して、第１の太陽電池１０のｎ型の第１ウェル領域１１と第２の太陽電池２０のｎ型の第１ウェル領域２１とを電気的に接続する。第１の太陽電池１０の不純物拡散領域１５をマイナス側電極３１とし、第２の太陽電池２０の第２ウェル領域２２をプラス側電極３２とすることにより、太陽電池が１つの場合の２倍の出力電流を取り出すことができる。制御素子５０としてｎＭＯＳトランジスタの代わりにｐＭＯＳトランジスタを使用してもよいことはもちろんである。

【0066】

図１１に、第１の太陽電池１０と第２の太陽電池２０とを並列接続する更に他の例を示す。即ち、第１の太陽電池１０のｎ型の不純物拡散領域１５と第２の太陽電池２０のｎ型の不純物拡散領域２５とを電気的に接続（接続点Ｐ１）し、第１の太陽電池１０のｎ型の第１ウェル領域１１と第２の太陽電池２０のｎ型の第１ウェル領域２１とを電気的に接続（接続点Ｐ２）し、更に、第１の太陽電池１０のｐ型の第２ウェル領域１２に形成された接続領域１２１と第２の太陽電池２０のｐ型の第２ウェル領域２２に形成された接続領域２２１とを電気的に接続（接続点Ｐ３）する。図１１の接続点Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３に、それぞれ図示を省略した制御素子５０が配置される。接続点Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３をそれぞれ制御素子５０をオン状態にして接続することで第１の太陽電池１０と第２の太陽電池２０とが並列接続されて、太陽電池が１つの場合の２倍の出力電流を取り出すことができる。このとき、不純物拡散領域１５と不純物拡散領域２５との接続点がマイナス側電極３１であり、接続領域１２１と接続領域２２１との接続点がプラス側電極３２である。図１１に示した例でも、制御素子５０としてｎＭＯＳトランジスタとｐＭＯＳトランジスタのいずれを使用してもよい。

【0067】

上記では、２つの太陽電池を並列接続する例を示した。しかし、３つ以上の太陽電池を並列接続してもよい。並列接続する太陽電池の個数を増やすことによって、半導体集積回路４０に供給する電流量を増加させることができる。このとき、太陽電池間を接続する各制御素子５０の導通状態を個別に設定することによって、並列接続させる太陽電池の数を任意に選択できる。これにより、半導体集積回路４０に供給する電力を必要に応じて設定することができる。

【0068】

以上に説明したように、本発明の第２の実施形態に係る半導体装置１では、外部からの信号によって導通状態が制御可能な制御素子５０によって、製造後の太陽電池間を容易に並列接続することができる。

【0069】

なお、第１の太陽電池１０と第２の太陽電池２０の面積の和と同じ面積の単一の太陽電池を比較すると、第１の太陽電池１０と第２の太陽電池２０を並列接続することによって同一の電力を出力させることができる。したがって、単一の太陽電池に対して面積が１／２の太陽電池を使用する場合にも、これらの太陽電池を並列接続により出力電力を同等にすることができる。

【0070】

（変形例）
上記では、第１の太陽電池１０、第２の太陽電池２０及び制御素子５０が同一の半導体基板１００上に形成される例を示した。しかし、第１の太陽電池１０、第２の太陽電池２０及び制御素子５０のいずれか、或いはすべてを異なる半導体基板上に形成してもよい。

【0071】

例えば図１２に示すように、第１の太陽電池１０を半導体基板１００Ａに形成し、第２の太陽電池２０を半導体基板１００Ｂに形成し、制御素子５０を半導体基板１００Ｃに形成する。或いは、第１の太陽電池１０、第２の太陽電池２０及び半導体集積回路４０を同一の半導体基板に形成し、制御素子５０を他の半導体基板に形成するなどの他の構成方法も可能である。

【0072】

（第３の実施形態）
複数の制御素子５０をそれぞれ個別に制御することによって、第１の太陽電池１０と第２の太陽電池２０にそれぞれ構成されるｐｎ接合について、設定可能な複数の電気的な接続状態から任意の接続状態を選択的に設定することができる。これにより、設定可能な複数の出力電圧や出力電流の中から、所望の出力電圧や出力電流を選択することができる。

【0073】

図１３に示した太陽電池列３０の例では、第１の太陽電池１０のｎ型の不純物拡散領域１５と第２の太陽電池２０のｎ型の不純物拡散領域２５間にｎＭＯＳトランジスタ５６１を接続し、ｎＭＯＳトランジスタ５６１のゲート電極に信号Ｖ１を入力する。ｐ型の半導体基板１００と第２の太陽電池２０のｎ型の第１ウェル領域２１間にｎＭＯＳトランジスタ５６２とｐＭＯＳトランジスタ５６３を並列に接続し、ｎＭＯＳトランジスタ５６２のゲート電極とｐＭＯＳトランジスタ５６３のゲート電極に信号Ｖ２を入力する。第１の太陽電池１０のｎ型の第１ウェル領域１１とｐ型の第２ウェル領域１２間にｎＭＯＳトランジスタ５６４を接続し、ｎＭＯＳトランジスタ５６４のゲート電極に信号Ｖ３を入力する。マイナス側電極Ｖ_SSは第１の太陽電池１０の不純物拡散領域１５に接続され、プラス側電極Ｖ_DDは第２の太陽電池２０の第２ウェル領域２２に接続されている。なお、図１３に示した電源記号は、電源記号と並列にダイオードの記号で示されたｐｎ接合の発生する電圧を示す。

【0074】

信号Ｖ１〜信号Ｖ３の電圧を図１４に示すように組み合わせて設定することによって、第１の太陽電池１０と第２の太陽電池２０からなる太陽電池列３０の出力電圧と出力電流を制御することができる。出力電圧、出力電流は、プラス側電極Ｖ_DDでの値である。なお、図１４において、「Ｌ」は０Ｖ、「Ｈ」は１．３Ｖを示す。なお、信号Ｖ１〜信号Ｖ３を０Ｖとすることにより、１つのｐｎ接合分の出力電圧として０．５Ｖ、出力電流として１３μＡを出力できるとする。

【0075】

この場合に、信号Ｖ１の電圧を１．３Ｖ程度とし、信号Ｖ２と信号Ｖ３の電圧を０Ｖとすることによって、ｎＭＯＳトランジスタ５６１がオンし、第１の太陽電池１０と第２の太陽電池２０とが並列接続される。このため、太陽電池列３０は０．５Ｖの出力電圧、２６μＡの出力電流を発生する。

【0076】

信号Ｖ２の電圧を１．３Ｖ程度とし、信号Ｖ１と信号Ｖ３の電圧を０Ｖとすることによって、ｎＭＯＳトランジスタ５６２がオンして、第１の太陽電池１０と第２の太陽電池２０とが直列接続される。このとき、ｎＭＯＳトランジスタ５６１、ｐＭＯＳトランジスタ５６３及びｎＭＯＳトランジスタ５６４はオフ状態である。このため、第１の太陽電池１０と第２の太陽電池２０とが接続されない場合と比較して、太陽電池列３０の出力電圧は略２倍の０．９Ｖであり、出力電流は略半分の７μＡである。

【0077】

信号Ｖ３を１．３Ｖ程度の電圧とし、信号Ｖ１と信号Ｖ２を０Ｖとすることによって、ｎＭＯＳトランジスタ５６４がオンする。このとき、信号Ｖ２の入力としてマイナス側電極Ｖ_SSの出力を使用することにより、ｐＭＯＳトランジスタ５６３がオンする。これは、ｎＭＯＳトランジスタ５６４がオンすることによってマイナス側電極Ｖ_SSの電位が基板１００に対して−１Ｖ程度になるためである。その結果、第１の太陽電池１０と第２の太陽電池２０とが直列接続され、太陽電池列３０は１．３Ｖの出力電圧、３μＡの出力電流を発生する。

【0078】

上記の接続は、ｎＭＯＳトランジスタ５６１、ｎＭＯＳトランジスタ５６２、ｐＭＯＳトランジスタ５６３及びｎＭＯＳトランジスタ５６４のゲート電極に電圧を印加する信号Ｖ１〜信号Ｖ３を設定するだけで制御できる。つまり、マイナス側電極Ｖ_SSやプラス側電極Ｖ_DDの接続を変更する必要がない。

【0079】

信号Ｖ１〜信号Ｖ３として使用される１．３Ｖ程度の電圧として、例えば図５に示した回路接続を金属配線を用いて行った太陽電池列３０を半導体基板１００に別に形成しておき、この太陽電池列３０の出力電圧を使用することができる。この太陽電池列３０はゲート電極に印加する電圧を供給するだけなので、電流はほとんど流れない。このため、小面積の太陽電池で十分であり、半導体装置１の面積の増大は抑制される。

【0080】

＜変形例＞
図１３に示した半導体装置１を複数用意し、これらの半導体装置１同士を直列接続して全体の出力電圧を増大させたり、並列接続して全体の出力電流を増大させたりすることができる。

【0081】

例えば図１５に示すように、それぞれが図１３に示した太陽電池列３０である太陽電池列３０Ａ〜太陽電池列３０Ｃを、基板間接続素子６０の制御によって直列接続させることができる。これにより、出力電圧を増大させることができる。基板間接続素子６０には、制御素子５０と同様にトランジスタなどの自己消弧素子が採用可能である。

【0082】

或いは、図１６に示すように、太陽電池列３０Ａ〜太陽電池列３０Ｃを、それぞれが基板間接続素子６０である基板間接続素子６１〜６４の制御によって並列接続させることができる。例えば基板間接続素子６１〜６２をオン状態にすることによって、太陽電池列３０Ａと太陽電池列３０Ｂとを並列接続できる。また、基板間接続素子６３〜６４をオン状態にすることによって、太陽電池列３０Ｂと太陽電池列３０Ｃとを並列接続できる。或いは、基板間接続素子６１〜６４をオン状態にすることによって、太陽電池列３０Ａ、太陽電池列３０Ｂ及び太陽電池列３０Ｃを並列接続できる。これにより、出力電流を増大させることができる。

【0083】

なお、図１５、図１６では３つの太陽電池列３０を図示しているが、２つ或いは４つ以上の太陽電池列３０を相互に接続してもよいことはもちろんである。

【0084】

また、図１７に示すように、直列接続された太陽電池列３０〜太陽電池列３０Ｃにおいて、太陽電池列３０と並列に基板間接続素子６０を接続してもよい。例えば太陽電池列３０Ｂが故障したり表面に光が当たらずに太陽光発電ができなくなったりした場合に、直列接続された太陽電池列３０Ａ〜太陽電池列３０Ｃの全体に電流が流れなくなってしまう。しかし、基板間接続素子６０をオン状態にすることによって、太陽電池列３０Ａと太陽電池列３０Ｃとを直列接続させて太陽電池列３０Ｂを電流経路から外すことができる。これにより出力電圧はやや減少するものの、出力電流を流し続けることが可能である。

【0085】

なお、図１５〜図１７に示した太陽電池列３０が、図１３に示したような太陽電池列３０でなく、直列接続されただけの太陽電池列が形成された半導体基板や、並列接続されただけの太陽電池列が形成された半導体基板であってもよい。或いは、図１５〜図１７に示した太陽電池列３０が１つの太陽電池を形成された半導体基板であってもよい。これらの場合においても、各半導体基板に形成された太陽電池を基板間接続素子６０によって直列接続や並列接続させることによって、出力電圧を増大させたり出力電流を増大させたりすることができる。或いは、不具合が生じた太陽電池が形成された半導体基板を電流経路から外すために、前後の半導体基板間を図１７に示すように短絡させてもよい。

【0086】

上記のように、複数の太陽電池列３０を必要に応じて基板間接続素子６０によって直列接続したり並列接続したりすることによって、出力電圧や出力電流を変更することができる。また、基板間接続素子６０によって不良の太陽電池を切り離すこともできる。

【0087】

（その他の実施形態）
上記のように、本発明は実施形態によって記載したが、この開示の一部をなす論述及び図面はこの発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施形態、実施例及び運用技術が明らかとなろう。

【0088】

例えば、上記では第１導電型がｐ型、第２導電型がｎ型である場合について説明したが、第１導電型がｎ型、第２導電型がｐ型である場合についても同様の効果が得られる。つまり、上記の説明ではｐ型の半導体基板１００を採用した例を示したが、ｎ型の半導体基板１００を採用した場合も、第１の太陽電池１０及び第２の太陽電池２０に含まれる半導体領域の導電型を逆にし、電圧も逆にすることで、ｐ型の半導体基板１００を採用した場合と同様に考えることができる。

【0089】

また、制御素子５０としてＭＯＳＦＥＴを使用する例を説明したが、他のタイプのトランジスタなどを使用してもよいことはもちろんである。例えばＭＥＳＦＥＴなどを使用可能である。

【0090】

このように、本発明はここでは記載していない様々な実施形態等を含むことは勿論である。したがって、本発明の技術的範囲は上記の説明から妥当な特許請求の範囲に係る発明特定事項によってのみ定められるものである。

【符号の説明】

【0091】

１…半導体装置
１０…第１の太陽電池
２０…第２の太陽電池
１１、２１…第１ウェル領域
１２、２２…第２ウェル領域
１３、２３…第３ウェル領域
１４、２４…第４ウェル領域
１５、２５…不純物拡散領域
３０…太陽電池列
３１…マイナス側電極
３２…プラス側電極
４０…半導体集積回路
５０…制御素子
５１…ｎウェル領域
５２…ｐウェル領域
５３…ｎウェル領域
５１０…ソース領域
５２０…ドレイン領域
５３０…ゲート電極
１００…半導体基板

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】