光電変換装置
【課題】電圧降下が小さいダイオードを得ること、及び、コンバータ回路の作製コストを抑制することを課題とする。
【解決手段】光電変換素子と、当該光電変換素子の出力を昇圧又は降圧し、スイッチング素子及び整流素子を有するコンバータ回路とを有する光電変換装置において、当該スイッチング素子として、ノーマリオフの第１の絶縁ゲート型バイポーラトランジスタと、当該整流素子として、ダイオード接続されたノーマリオンの第２の絶縁ゲート型バイポーラトランジスタとを有する光電変換装置に関する。
【解決手段】光電変換素子と、当該光電変換素子の出力を昇圧又は降圧し、スイッチング素子及び整流素子を有するコンバータ回路とを有する光電変換装置において、当該スイッチング素子として、ノーマリオフの第１の絶縁ゲート型バイポーラトランジスタと、当該整流素子として、ダイオード接続されたノーマリオンの第２の絶縁ゲート型バイポーラトランジスタとを有する光電変換装置に関する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
開示される発明の一様態は、光電変換装置及びその作製方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
光起電力効果により、受けた光を直接電力に変換して出力する光電変換素子の一つとして、太陽電池が挙げられる（特許文献１参照）。太陽電池は、従来の発電方式のように、途中で熱エネルギーや運動エネルギーへのエネルギー変換の必要がない。
【０００３】
さらに太陽電池を有し、該太陽電池で発電した直流電力を変換するコンバータ回路を、太陽電池の非受光面などに取り付けた光電変換装置が、小規模又は中規模の太陽光発電システムや非常用電源として注目されている（特許文献２又は特許文献３）。
【０００４】
このようなコンバータ回路として、例えばＤＣ−ＤＣコンバータ（直流−直流変換器）やＤＣ−ＡＣコンバータ（直流−交流変換器）等が挙げられる（特許文献４又は特許文献５参照）。
【０００５】
特許文献４あるいは特許文献５のコンバータ回路には、スイッチング素子及び整流素子が含まれている。該スイッチング素子としてトランジスタ、該整流素子としてダイオードが用いられる。このようなダイオードには、例えばｐｎ接合を用いたダイオードが挙げられる（特許文献６参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１０−１０６６７号公報
【特許文献２】特開平９−６９６４７号公報
【特許文献３】特開２００２−１４１５３９号公報
【特許文献４】特開２００５−３１２１５８号公報
【特許文献５】特開２００９−２００３７２号公報
【特許文献６】特開２００４−２２６３９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献６に示されるように、ｐｎ接合を用いたダイオードは、電圧降下が大きい。
【０００８】
上記問題を鑑み、開示される発明の一様態は、電圧降下が小さいダイオードを得ることを課題の一とする。
【０００９】
特許文献４又は特許文献５に示されるコンバータ回路は、例えば、ダイオードやトランジスタを有する。該ダイオードやトランジスタはそれぞれ、別の工程で作製されるため、コンバータ回路の作製コストは大きい。
【００１０】
上記問題を鑑み、開示される発明の一様態は、コンバータ回路の作製コストを抑制することを課題の一とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
開示される発明の一様態において、コンバータ回路に含まれる整流素子として、ダイオード接続されたノーマリオンのトランジスタを用いる。
【００１２】
ノーマリオンのトランジスタは、チャネル形成領域に含まれる、一導電型を付与する不純物元素の濃度を制御することによって得ることができる。
【００１３】
ノーマリオンのトランジスタのゲート電極に電圧を印加すると、トランジスタがオン状態となる。よってノーマリオンのトランジスタをダイオード接続したものをダイオードとして用いると、ｐｎ接合を用いたダイオードよりも電圧降下が小さい。
【００１４】
ダイオード接続したノーマリオンのトランジスタは、ｐｎ接合を用いたダイオードよりも電圧降下が小さいので、電圧降下した分を補うために印加する電圧が、ｐｎ接合を用いたダイオードを用いた場合よりも小さい。ダイオード接続したノーマリオンのトランジスタでは、ｐｎ接合を用いたダイオードよりも電圧降下した分を補うために印加する電圧が小さいので、ｐｎ接合を用いたダイオードを用いた場合よりもコンバータ回路の消費電力が小さくなる。コンバータ回路の消費電力が小さくなると、光電変換装置の消費電力も小さくなる。
【００１５】
以上から、ダイオード接続したノーマリオンのトランジスタをダイオードとして用いることは、電圧降下を抑制する点、電圧降下した分を補うために印加する電圧が小さくてよいという点、コンバータ回路の消費電力を抑制するという点、及び光電変換装置の消費電力を抑制するという点で好適である。
【００１６】
また開示される発明の一様態では、コンバータ回路に含まれるスイッチング素子としてトランジスタ、整流素子としてダイオードを用いる。該ダイオードとして、当該トランジスタをダイオード接続したものを用いる。すなわち、コンバータ回路の整流素子とスイッチング素子を同じ材料及び同じ工程で作製することができる。
【００１７】
整流素子とスイッチング素子を同じ材料及び同じ工程で作製できるので、作製コストを抑制することが可能である。
【００１８】
開示される発明の一様態は、光電変換素子と、当該光電変換素子の出力を昇圧又は降圧し、スイッチング素子及び整流素子を有するコンバータ回路を有する光電変換装置である。当該光電変換装置は、当該スイッチング素子として、ノーマリオフの第１の絶縁ゲート型バイポーラトランジスタと、当該整流素子として、ダイオード接続されたノーマリオンの第２の絶縁ゲート型バイポーラトランジスタを有することを特徴とする。
【００１９】
開示される発明の一様態は、光電変換素子と、当該光電変換素子の出力を昇圧又は降圧し、スイッチング素子及び整流素子を有するコンバータ回路を有する光電変換装置である。当該光電変換装置は、当該スイッチング素子として、ノーマリオフの第１の絶縁ゲート型バイポーラトランジスタと、当該整流素子として、ダイオード接続されたノーマリオンの第２の絶縁ゲート型バイポーラトランジスタを有する。当該第１の絶縁ゲート型バイポーラトランジスタは、第１のエミッタ領域と、第１のチャネル形成領域と、第１のコレクタ領域を有し、当該第２の絶縁ゲート型バイポーラトランジスタは、第２のエミッタ領域と、当該第１のチャネル形成領域とは異なる不純物濃度を有する第２のチャネル形成領域と、第２のコレクタ領域を有することを特徴とする。
【００２０】
開示される発明の一様態は、太陽電池と、当該太陽電池の出力を昇圧又は降圧し、スイッチング素子及び整流素子を有するコンバータ回路を有する光電変換装置である。当該光電変換装置は、当該スイッチング素子として、ノーマリオフの第１の絶縁ゲート型バイポーラトランジスタと、当該整流素子として、ダイオード接続されたノーマリオンの第２の絶縁ゲート型バイポーラトランジスタを有することを特徴とする。
【００２１】
開示される発明の一様態は、太陽電池と、当該太陽電池の出力を昇圧又は降圧し、スイッチング素子及び整流素子を有するコンバータ回路を有する光電変換装置である。当該光電変換装置は、当該スイッチング素子として、ノーマリオフの第１の絶縁ゲート型バイポーラトランジスタと、当該整流素子として、ダイオード接続されたノーマリオンの第２の絶縁ゲート型バイポーラトランジスタを有する。当該第１の絶縁ゲート型バイポーラトランジスタは、第１のエミッタ領域と、第１のチャネル形成領域と、第１のコレクタ領域を有し、当該第２の絶縁ゲート型バイポーラトランジスタは、第２のエミッタ領域と、当該第１のチャネル形成領域とは異なる不純物濃度を有する第２のチャネル形成領域と、第２のコレクタ領域を有することを特徴とする。
【００２２】
開示される発明の一様態は、光電変換素子と、当該光電変換素子の出力を昇圧又は降圧し、スイッチング素子及び整流素子を有するコンバータ回路を有する光電変換装置である。当該光電変換装置は、当該スイッチング素子として、ノーマリオフの第１の電界効果型トランジスタと、当該整流素子として、ダイオード接続されたノーマリオンの第２の電界効果型トランジスタを有することを特徴とする。
【００２３】
開示される発明の一様態は、光電変換素子と、当該光電変換素子の出力を昇圧又は降圧し、スイッチング素子及び整流素子を有するコンバータ回路を有する光電変換装置である。当該光電変換装置は、当該スイッチング素子として、ノーマリオフの第１の電界効果型トランジスタと、当該整流素子として、ダイオード接続されたノーマリオンの第２の電界効果型トランジスタを有する。当該第１の電界効果型トランジスタは、第１のソース領域及びドレイン領域と、第１のチャネル形成領域を有し、当該第２の電界効果型トランジスタは、第２のソース領域及びドレイン領域と、当該第１のチャネル形成領域とは異なる不純物濃度を有する第２のチャネル形成領域を有することを特徴とする。
【００２４】
開示される発明の一様態は、太陽電池と、当該太陽電池の出力を昇圧又は降圧し、スイッチング素子及び整流素子を有するコンバータ回路を有する光電変換装置である。当該光電変換装置は、当該スイッチング素子として、ノーマリオフの第１の電界効果型トランジスタと、当該整流素子として、ダイオード接続されたノーマリオンの第２の電界効果型トランジスタを有することを特徴とする。
【００２５】
開示される発明の一様態は、太陽電池と、当該太陽電池の出力を昇圧又は降圧し、スイッチング素子及び整流素子を有するコンバータ回路を有する光電変換装置である。当該光電変換装置は。当該スイッチング素子として、ノーマリオフの第１の電界効果型トランジスタと、当該整流素子として、ダイオード接続されたノーマリオンの第２の電界効果型トランジスタを有する。当該第１の電界効果型トランジスタは、第１のソース領域及びドレイン領域と、第１のチャネル形成領域を有し、当該第２の電界効果型トランジスタは、第２のソース領域及びドレイン領域と、当該第１のチャネル形成領域とは異なる不純物濃度を有する第２のチャネル形成領域を有することを特徴とする。
【００２６】
開示される発明の一様態において、当該コンバータ回路は、ＤＣ−ＤＣコンバータであることを特徴とする。
【００２７】
開示される発明の一様態において、当該コンバータ回路は、コイル、及びコンデンサを有するＤＣ−ＤＣコンバータであることを特徴とする。
【００２８】
なお本明細書において、ゲート電極に印加されるゲート電圧が０Ｖ、及び、ソース−ドレイン間に印加される電圧が少なくとも１Ｖの場合、ドレイン電流が流れていないとみなすことができるトランジスタをノーマリオフのトランジスタと定義する。また、ゲート電極に印加されるゲート電圧が０Ｖ、及び、ソース−ドレイン間に印加される電圧が少なくとも１Ｖの場合、ドレイン電流が流れているとみなすことができるトランジスタをノーマリオンのトランジスタと定義する。
【００２９】
或いは、本明細書では、ｎチャネル型トランジスタにおいて、しきい値電圧の値が正であるトランジスタをノーマリオフのトランジスタと定義する。ｐチャネル型トランジスタのにおいて、しきい値電圧の値が負であるトランジスタをノーマリオフのトランジスタと定義する。また、ｎチャネル型トランジスタにおいて、しきい値電圧の値が負であるトランジスタをノーマリオンのトランジスタと定義する。ｐチャネル型トランジスタにおいて、しきい値電圧の値が正であるトランジスタをノーマリオンのトランジスタと定義する。
【００３０】
より具体的には、本明細書では、ｎチャネル型トランジスタにおいて、ドレイン電流−ゲート電圧特性を測定し、ドレイン電流が１×１０−１２Ａのときのゲート電圧が正であるトランジスタを、ノーマリオフのトランジスタと定義する。またｎチャネル型トランジスタにおいて、ドレイン電流−ゲート電圧特性を測定し、ドレイン電流が１×１０−１２Ａのときのゲート電圧が負であるトランジスタを、ノーマリオンのトランジスタと定義する。
【発明の効果】
【００３１】
開示される発明の一様態のダイオードは、ｐｎ接合を用いたダイオードよりも電圧降下が小さい。ｐｎ接合を用いたダイオードよりも電圧降下が小さいので、当該ダイオードに電圧降下する分を補うために印加する電圧が小さくてよい。当該ダイオードに電圧降下する分を補うために印加する電圧が小さくてよいので、コンバータ回路の消費電力が小さくなる。コンバータ回路の消費電力が小さくなると、光電変換装置の消費電力も小さくなる。
【００３２】
よって、ダイオード接続したノーマリオンのトランジスタをダイオードとして用いることは、電圧降下を抑制する点、電圧降下した分を補うために印加する電圧が小さくてよいという点、コンバータ回路の消費電力を抑制するという点、及び光電変換装置の消費電力を抑制するという点で好適である。
【００３３】
また開示される発明の一様態では、コンバータ回路の整流素子とスイッチング素子を同じ材料及び同じ工程で作製することができる。
【００３４】
コンバータ回路に含まれる整流素子とスイッチング素子を同じ材料及び同じ工程で作製できるので、コンバータ回路の作製コストを抑制することが可能である。コンバータ回路の作製コストを抑制できるので、光電変換装置の作製コストを抑制することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】絶縁ゲート型バイポーラトランジスタの断面図。
【図２】絶縁ゲート型バイポーラトランジスタの断面図。
【図３】コンバータ回路の回路図。
【図４】ノーマリオンとノーマリオフの違いを示す図。
【図５】絶縁ゲート型バイポーラトランジスタの作製方法を示す断面図。
【図６】絶縁ゲート型バイポーラトランジスタの作製方法を示す断面図。
【図７】絶縁ゲート型バイポーラトランジスタの作製方法を示す断面図。
【図８】絶縁ゲート型バイポーラトランジスタの作製方法を示す断面図。
【図９】絶縁ゲート型バイポーラトランジスタの断面図。
【図１０】絶縁ゲート型バイポーラトランジスタの上面図。
【図１１】ゲート電圧とコレクタ電流の関係を示す図。
【図１２】絶縁ゲート型バイポーラトランジスタの断面図。
【図１３】絶縁ゲート型バイポーラトランジスタの断面図。
【図１４】太陽電池の断面図。
【図１５】コンバータ回路の回路図。
【図１６】太陽光発電モジュールを示す上面図及び断面図。
【図１７】太陽光発電モジュールを搭載した電動推進車両を示す図。
【図１８】太陽光発電モジュールを用いた太陽光発電システムの例を示す図。
【図１９】電界効果型トランジスタの断面図。
【発明を実施するための形態】
【００３６】
以下、本明細書に開示された発明の実施の態様について、図面を参照して説明する。但し、本明細書に開示された発明は多くの異なる態様で実施することが可能であり、本明細書に開示された発明の趣旨及びその範囲から逸脱することなくその形態及び詳細を様々に変更し得ることは当業者であれば容易に理解される。従って、本実施の形態の記載内容に限定して解釈されるものではない。なお、以下に示す図面において、同一部分又は同様な機能を有する部分には同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。
【００３７】
［実施の形態１］
本実施の形態の光電変換装置を、図１、図２、図３（Ａ）〜図３（Ｂ）、図４、図５（Ａ）〜図５（Ｂ）、図６（Ａ）〜図６（Ｂ）、図７（Ａ）〜図７（Ｂ）、図８（Ａ）〜図８（Ｂ）、図９、図１０、図１１、図１２、図１３、図１４、図１９を用いて説明する。
【００３８】
本実施の形態のコンバータ回路の一例を、図３（Ａ）〜図３（Ｂ）を用いて説明する。本実施の形態で説明されるコンバータ回路は、直流電圧を直流電圧に変換するＤＣ−ＤＣコンバータである。
【００３９】
図３（Ａ）に示すコンバータ回路３０１は、スイッチング素子であるトランジスタ３０２、コイル３０３、整流素子であるダイオード３０９、コンデンサ３０５を有する昇圧回路である。
【００４０】
コイル３０３の一方の端子は、光電変換素子３０７のｐ型半導体層側及びｎ型半導体層側の一方の電極に電気的に接続されている。コイル３０３の他方の端子はトランジスタ３０２のソースあるいはドレインの一方と電気的に接続されている。トランジスタ３０２のソースあるいはドレインの一方は、コイル３０３の他方の端子及びダイオード３０９の入力端子と電気的に接続されている。トランジスタ３０２のソースあるいはドレインの他方は、光電変換素子３０７のｐ型半導体層側及びｎ型半導体層側の他方の電極及びコンデンサ３０５の一方の端子と電気的に接続されている。コンデンサ３０５の他方の端子は、ダイオード３０９の出力端子及び出力端子ＯＵＴに電気的に接続されている。なお、光電変換素子３０７のｐ型半導体層側及びｎ型半導体層側の他方の電極、トランジスタ３０２のソースあるいはドレインの他方、及びコンデンサ３０５の一方の端子は接地されている。
【００４１】
なお、上記トランジスタのゲートとは、ゲート電極及びゲート配線の一部または全部のことをいう。ゲート配線とは、少なくとも一つのトランジスタのゲート電極と、別の電極や別の配線とを電気的に接続させるための配線のことをいう。
【００４２】
上記トランジスタのソースとは、ソース領域、ソース電極、及びソース配線の一部または全部のことをいう。ソース領域とは、半導体層のうち、抵抗値がチャネル形成領域より低い領域のことをいう。ソース電極とは、ソース領域に接続される部分の導電層のことをいう。ソース配線とは、少なくとも一つのトランジスタのソース電極と、別の電極や別の配線とを電気的に接続させるための配線のことをいう。
【００４３】
上記トランジスタのドレインとは、ドレイン領域、ドレイン電極、及びドレイン配線の一部または全部のことをいう。ドレイン領域とは、半導体層のうち、抵抗値がチャネル形成領域より低い領域のことをいう。ドレイン電極とは、ドレイン領域に接続される部分の導電層のことをいう。ドレイン配線とは、少なくとも一つのトランジスタのドレイン電極と、別の電極や別の配線とを電気的に接続させるための配線のことをいう。
【００４４】
また、本実施の形態において、トランジスタのソースとドレインは、トランジスタの構造や動作条件などによって互いに入れ替わるため、いずれがソースまたはドレインであるかを限定することが困難である。そこで、本書類（明細書、特許請求の範囲または図面など）においては、ソース及びドレインのいずれか一方をソース及びドレインの一方と表記し、他方をソース及びドレインの他方と表記する。
【００４５】
トランジスタ３０２はスイッチング素子として機能する。またトランジスタ３０２のゲートは、コンバータ回路３０１の制御回路に接続されている。コンバータ回路３０１の制御回路からの信号により、トランジスタ３０２はオン状態あるいはオフ状態となる。
【００４６】
スイッチング素子であるトランジスタ３０２がオン状態のとき、コイル３０３に流れ込む電流により、コイル３０３には励磁エネルギーが蓄えられる。
【００４７】
トランジスタ３０２がオフ状態になると、コイル３０３に蓄えられた励磁エネルギーが放出される。コイル３０３から放出される励磁エネルギーに起因する電圧Ｖ２が、電圧Ｖ１に上積みされる。これによりコンバータ回路３０１は昇圧回路として機能する。
【００４８】
スイッチング素子であるトランジスタ３０２がオン状態の時間をＴｏｎ、トランジスタ３０２がオフ状態の時間をＴｏｆｆとする。出力電圧Ｖ２の値は、以下の（式１）で表される。
【００４９】
Ｖ２＝Ｖ１×（Ｔｏｎ＋Ｔｏｆｆ）／Ｔｏｆｆ （式１）
【００５０】
トランジスタ３０２がオン状態の時間Ｔｏｎが長く、コイル３０３に蓄えたエネルギーが大きいほど、大電力を取り出すことができる。
【００５１】
本実施の形態において、トランジスタ３０２として、ノーマリオフの絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ Ｇａｔｅ Ｂｉｐｏｌａｒ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ：ＩＧＢＴ）を用いる。なお絶縁ゲート型バイポーラトランジスタの詳細な構造及び作製方法については後述する。
【００５２】
絶縁ゲート型バイポーラトランジスタは、入力部がＭＯＳ構造で、出力部がバイポーラ構造のパワー用トランジスタであり、高耐圧及び大電流に適したトランジスタである。このため、コンバータ回路３０１のスイッチング素子であるトランジスタ３０２に好適である。
【００５３】
本実施の形態において、ダイオード３０９は整流素子として機能する。本実施の形態では、該ダイオード３０９として、ダイオード接続された絶縁ゲート型バイポーラトランジスタを用いる。該ダイオード接続された絶縁ゲート型バイポーラトランジスタとして、トランジスタ３０２と同様の構造を有する絶縁ゲート型バイポーラトランジスタを作製し、そのゲート電極とドレイン領域を電気的に接続すればよい。ダイオード３０９は、ノーマリオンの絶縁ゲート型バイポーラトランジスタをダイオード接続したものを用いる。ノーマリオンの絶縁ゲート型バイポーラトランジスタは、ゲート電極にゲート電圧を印加したときに、コレクタ電流がすぐ立ち上がる。よってノーマリオンの絶縁ゲート型バイポーラトランジスタをダイオード接続したものをダイオードとして用いると、ｐｎ接合を用いたダイオードよりも電圧降下が小さいという点で好適である。
【００５４】
またトランジスタ３０２であるノーマリオフの絶縁ゲート型バイポーラトランジスタと、ダイオード３０９であるノーマリオンの絶縁ゲート型バイポーラトランジスタは、それぞれのチャネル形成領域の不純物濃度が異なるだけである。よって、トランジスタ３０２とダイオード３０９を同じ工程で作製することができる。そのためコンバータ回路３０１の作製工程を低減させることが可能である。コンバータ回路３０１の作製工程を低減することが可能なため、コンバータ回路３０１の作製コストを抑制することが可能である。
【００５５】
また上述のように、絶縁ゲート型バイポーラトランジスタは、高耐圧及び大電流に適したトランジスタである。このため、ダイオード接続された絶縁ゲート型バイポーラトランジスタを、コンバータ回路３０１のダイオード３０９として用いることは好適である。
【００５６】
また本実施の形態において、コイル３０３として、基板上にコイル状に形成した配線を用いることができる。
【００５７】
また、本実施の形態において、コンデンサ３０５として、例えば第１の電極と、第２の電極と、誘電体とを有する構成のコンデンサを用いることができる。
【００５８】
本実施の形態の絶縁ゲート型バイポーラトランジスタの一例を、図１、図２、図１０、及び図１２に示す。図１は、絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ１１１、及びダイオード接続された絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ１４１の断面図である。また図２は図１に示す絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ１１１の一部分の拡大図である。図１０は図１の上面図であり、図１０のＡ−Ａ’の断面図が図１である。また図１０のＢ−Ｂ’の断面図を図１２に示す。
【００５９】
図１に示す絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ１１１は、導電膜１１４、第１の高濃度不純物領域１０１、第２の高濃度不純物領域１０２、第１の低濃度不純物領域１０３、第２の低濃度不純物領域１０４、絶縁膜１０９、導電膜１２１を有する。絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ１１１は、第１の低濃度不純物領域１０３及び第２の低濃度不純物領域１０４に、埋め込まれたゲート電極１０６及びゲート絶縁膜１０７を有する。さらに第２の低濃度不純物領域１０４中に、第３の高濃度不純物領域１０８が設けられている。第１の高濃度不純物領域１０１及び第２の低濃度不純物領域１０４は、第１の導電型を付与する第１の不純物元素が含まれている。また第２の高濃度不純物領域１０２、第１の低濃度不純物領域１０３、及び第３の高濃度不純物領域１０８には、第１の導電型とは逆の導電型である第２の導電型を付与する第２の不純物元素が含まれている。
【００６０】
本実施の形態では、第１の導電型をｐ型、第２の導電型をｎ型とする。すなわち、第１の高濃度不純物領域１０１としてｐ型高濃度不純物領域、第２の高濃度不純物領域１０２としてｎ型高濃度不純物領域、第１の低濃度不純物領域１０３としてｎ型低濃度不純物領域、第２の低濃度不純物領域１０４としてｐ型低濃度不純物領域、第３の高濃度不純物領域１０８としてｎ型高濃度不純物領域を設ける。
【００６１】
なお、第１の導電型と第２の導電型は逆であってもよい。すなわち、第１の導電型をｎ型、第２の導電型をｐ型としてもよい。その場合は、第１の高濃度不純物領域１０１はｎ型高濃度不純物領域、第２の高濃度不純物領域１０２はｐ型高濃度不純物領域、第１の低濃度不純物領域１０３はｐ型低濃度不純物領域、第２の低濃度不純物領域１０４はｎ型低濃度不純物領域、第３の高濃度不純物領域１０８はｐ型高濃度不純物領域となる。
【００６２】
第３の高濃度不純物領域１０８は、エミッタ領域として機能する。また第１の高濃度不純物領域１０１は、コレクタ領域として機能する。
【００６３】
導電膜１２１は、エミッタ電極として機能し、導電膜１１４はコレクタ電極として機能する。
【００６４】
第２の低濃度不純物領域１０４中の第３の高濃度不純物領域１０８、及びゲート電極１０６の間の領域に、チャネル形成領域１１０が形成される。すなわち、チャネル形成領域１１０と第２の低濃度不純物領域１０４に含まれる不純物元素及びその濃度は同じである。
【００６５】
図１に示す絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ１４１は、絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ１１１と同様に、導電膜１１４、第１の高濃度不純物領域１０１、第２の高濃度不純物領域１０２、第１の低濃度不純物領域１０３、絶縁膜１０９、導電膜１３１を有する。ただし、絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ１４１は、絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ１１１の第２の低濃度不純物領域１０４に代えて、第２の低濃度不純物領域１３４を有する。
【００６６】
絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ１４１は、第１の低濃度不純物領域１０３及び第２の低濃度不純物領域１３４に、埋め込まれたゲート電極１０６及びゲート絶縁膜１０７を有する。さらに第２の低濃度不純物領域１３４中に、第３の高濃度不純物領域１３８が設けられている。第３の高濃度不純物領域１３８は、第３の高濃度不純物領域１０８と同じ導電型を付与する不純物元素を、同じ濃度で有している。
【００６７】
第２の低濃度不純物領域１３４中の第３の高濃度不純物領域１３８、及びゲート電極１０６の間の領域に、チャネル形成領域１４０が形成される。すなわち、チャネル形成領域１４０と第２の低濃度不純物領域１３４に含まれる不純物元素及びその濃度は同じである。
【００６８】
チャネル形成領域１４０に含まれる第１の不純物元素の濃度、すなわち第２の低濃度不純物領域１３４に含まれる第１の不純物元素の濃度は、絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ１４１がノーマリオンとなる濃度に制御されている。一方、チャネル形成領域１１０に含まれる第１の不純物元素の濃度、すなわち第２の低濃度不純物領域１０４に含まれる第１の不純物元素の濃度は、絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ１１１がノーマリオフとなる濃度に制御されている。
【００６９】
すなわち、チャネル形成領域１１０及びチャネル形成領域１４０に含まれる第１の不純物元素の濃度は異なっており、それぞれの濃度がノーマリオフとなるかノーマリオンとなるかを決定する。
【００７０】
よって、ノーマリオフの絶縁ゲート型バイポーラトランジスタとノーマリオンの絶縁ゲート型バイポーラトランジスタを、チャネル形成領域１１０及びチャネル形成領域１４０の不純物濃度を変えるだけで、作り分けることが可能である。
【００７１】
なお絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ１４１において、第３の高濃度不純物領域１３８は、エミッタ領域として機能する。また第１の高濃度不純物領域１０１は、コレクタ領域として機能する。
【００７２】
なお絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ１４１において、導電膜１３１はエミッタ電極として機能し、導電膜１１４はコレクタ電極として機能する。
【００７３】
また、絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ１４１の導電膜１３１は、絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ１１１の導電膜１２１と同様の材料及び同様の作製工程で作製できる。
【００７４】
なお、絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ１１１において、導電膜１２１及び導電膜１１４間に印加される電圧、及び、絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ１４１において、導電膜１３１及び導電膜１１４間に印加される電圧が同じである場合は、絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ１１１及び絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ１４１を絶縁分離する必要はない。
【００７５】
ただし、絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ１１１において、導電膜１２１及び導電膜１１４間に印加される電圧、及び、絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ１４１において、導電膜１３１及び導電膜１１４間に印加される電圧が違う場合は、絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ１１１及び絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ１４１を絶縁分離する必要がある。その場合は、絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ１１１及び絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ１４１の間に絶縁物を形成する。必要であれば、絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ１１１のそれぞれ、並びに、絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ１４１のそれぞれに応じて、導電膜１１４を分離してもよい。
【００７６】
図１０に、図１の絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ１１１及び絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ１４１の上面図を示す。なお図１０のＡ−Ａ’の断面図が図１であり、図１０のＢ−Ｂ’の断面図が図１２である。
【００７７】
図１０に示すように、絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ１１１において、ゲート電極１０６は導電膜１２３に接続されている。すなわち、絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ１１１はトランジスタとして機能する。一方、絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ１４１において、ゲート電極１０６及び第３の高濃度不純物領域１３８は、導電膜１３１及び導電膜１３３を介して電気的に接続されている。すなわち、絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ１４１はダイオード接続されており、ダイオードとして機能する。
【００７８】
図１２は、上述のように図１０のＢ−Ｂ’の断面図である。上述のように、絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ１１１において、ゲート電極１０６は導電膜１２３に接続されている。一方、絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ１４１において、ゲート電極１０６は、導電膜１３１及び導電膜１３３に電気的に接続されている。
【００７９】
なお、絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ１１１の導電膜１２３と絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ１４１の導電膜１３３は、同じ材料及び同じ作製工程で形成しても良いし、違う材料及び違う作製工程で形成しても良い。
【００８０】
本実施の形態の絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ１１１の作製方法を、図５（Ａ）〜図５（Ｂ）、図６（Ａ）〜図６（Ｂ）、図７（Ａ）〜図７（Ｂ）、図８（Ａ）〜図８（Ｂ）、図９を用いて説明する。なお、絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ１４１の作製方法は、絶縁膜１０９を作製するまでは同様の工程で作製できる。絶縁膜１０９を作製するまでの作製工程において、絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ１４１と絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ１１１の作製工程の差異は、第２の低濃度不純物領域１０４の代わりに第２の低濃度不純物領域１３４を形成することだけである。
【００８１】
まず第２の高濃度不純物領域１０２として、ｎ型単結晶半導体基板を用意する。本実施の形態では、該ｎ型単結晶半導体基板として、ｎ型単結晶シリコン基板を用いる。
【００８２】
次いで該ｎ型単結晶半導体基板の一方の面上に、エピタキシャル成長により第１の低濃度不純物領域１０３を形成する。本実施の形態では、第１の低濃度不純物領域１０３として、エピタキシャル成長させたｎ型シリコン層を用いる。
【００８３】
次いで、第１の低濃度不純物領域１０３上に、エピタキシャル成長により第２の低濃度不純物領域１０４を形成する（図５（Ａ）参照）。本実施の形態では、第２の低濃度不純物領域１０４として、エピタキシャル成長させたｐ型シリコン層を用いる。
【００８４】
なお上述のように、図５（Ａ）〜図５（Ｂ）、図６（Ａ）〜図６（Ｂ）、図７（Ａ）〜図７（Ｂ）、図８（Ａ）〜図８（Ｂ）、図９においては、絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ１１１の作製工程について説明している。絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ１４１を作製するには、第２の低濃度不純物領域１０４の代わりに、第２の低濃度不純物領域１３４を形成すればよい。ただし、第２の低濃度不純物領域１０４と第２の低濃度不純物領域１３４それぞれに含まれる不純物元素の濃度は異なる。
【００８５】
また当該ｎ型単結晶半導体基板の他方の面上に、第１の高濃度不純物領域１０１を形成する（図５（Ｂ）参照）。本実施の形態では、第１の高濃度不純物領域１０１として、エピタキシャル成長させたｐ型シリコン層を用いる。
【００８６】
また、第２の高濃度不純物領域１０２及び第１の低濃度不純物領域１０３において、ｎ型を付与する不純物元素の濃度は、第１の低濃度不純物領域１０３よりも第２の高濃度不純物領域１０２の方が高い。ｎ型を付与する不純物元素としては、リン（Ｐ）やヒ素（Ａｓ）を用いればよい。
【００８７】
第１の高濃度不純物領域１０１及び第２の低濃度不純物領域１０４において、ｐ型を付与する不純物元素の濃度は、第２の低濃度不純物領域１０４よりも第１の高濃度不純物領域１０１の方が高い。ｐ型を付与する不純物元素としては、ホウ素（Ｂ）を用いればよい。
【００８８】
次いで、第２の低濃度不純物領域１０４上にマスク１１２を形成する。マスク１１２を用いて、第２の低濃度不純物領域１０４及び第１の低濃度不純物領域１０３の一部を除去し、第２の低濃度不純物領域１０４及び第１の低濃度不純物領域１０３中に溝１１３を形成する（図６（Ａ）参照）。
【００８９】
第２の低濃度不純物領域１０４、第１の低濃度不純物領域１０３及び溝１１３を覆って、絶縁膜１１５及び導電膜１１６を形成する（図６（Ｂ）参照）。
【００９０】
次いで、絶縁膜１１５及び導電膜１１６の一部を除去し、第２の低濃度不純物領域１０４を露出させる。また、一部が除去された絶縁膜１１５（以下「ゲート絶縁膜１０７」と呼ぶ）、及び、一部が除去された導電膜１１６（以下「ゲート電極１０６」と呼ぶ）の表面も露出する（図７（Ａ）参照）。
【００９１】
露出した第２の低濃度不純物領域１０４、ゲート電極１０６及びゲート絶縁膜１０７上に、マスク１１７を形成する。マスク１１７を用いて、第２の低濃度不純物領域１０４にｎ型を付与する不純物元素１１８を添加する（図７（Ｂ）参照）。
【００９２】
上述の、第２の低濃度不純物領域１０４にｎ型を付与する不純物元素１１８を添加する工程により、第２の低濃度不純物領域１０４中に第３の高濃度不純物領域１０８が形成される（図８（Ａ）参照）。第３の高濃度不純物領域１０８に含まれるｎ型を付与する不純物元素１１８の濃度は、第１の低濃度不純物領域１０３よりも高い。
【００９３】
次いで、第３の高濃度不純物領域１０８の一部の領域、ゲート電極１０６及びゲート絶縁膜１０７上に、絶縁膜１０９を形成する（図８（Ｂ）参照）。
【００９４】
第３の高濃度不純物領域１０８の露出している領域に接して、導電膜１２１を形成する（図９参照）。以上のようにして、絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ１１１を作製する。
【００９５】
なお絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ１４１の作製においては、第３の高濃度不純物領域１３８の露出している領域に接して、導電膜１３１を形成する（図１３参照）。以上のようにして、絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ１４１を作製する。
【００９６】
上述のように、絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ１１１においては、ゲート電極１０６は導電膜１２３に電気的に接続されている。絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ１１１の第３の高濃度不純物領域１０８は、導電膜１２１に電気的に接続されている。
【００９７】
絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ１４１のゲート電極１０６は、導電膜１３３に電気的に接続されている。絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ１４１の第３の高濃度不純物領域１０８は、導電膜１３１に電気的に接続されている。導電膜１３１は、導電膜１３３に電気的に接続されている。すなわち、絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ１４１のゲート電極１０６は、導電膜１３１及び導電膜１３３を介して、第３の高濃度不純物領域１０８に電気的に接続されている。
【００９８】
ノーマリオフの絶縁ゲート型バイポーラトランジスタをスイッチイング素子のトランジスタ、ダイオード接続したノーマリオンの絶縁ゲート型バイポーラトランジスタをダイオードとして用いた場合の利点を以下に述べる。
【００９９】
「発明が解決しようとする課題」で述べたように、ｐｎ接合を用いたダイオードに印加すると、電圧降下が起こる。ｐｎ接合を用いたダイオードの場合、その順方向電圧降下は０．６ｅＶ〜０．８ｅＶである。
【０１００】
しかしながら、ノーマリオンの絶縁ゲート型バイポーラトランジスタは、ゲート電極にゲート電圧Ｖｇを印加したときに、コレクタ電流Ｉｃがすぐ立ち上がる。よってノーマリーオンの絶縁ゲート型バイポーラトランジスタをダイオード接続したものをダイオードとして用いると、ｐｎ接合を用いたダイオードよりも、電圧降下が小さいので好適である。
【０１０１】
ダイオード接続したノーマリオンの絶縁ゲート型バイポーラトランジスタは、ｐｎ接合を用いたダイオードよりも電圧降下が小さいので、電圧降下した分を補うために印加する電圧が小さくてよい。ダイオード接続したノーマリオンの絶縁ゲート型バイポーラトランジスタを用いると、電圧降下した分を補うために印加する電圧が小さくてよいので、光電変換装置の消費電力が小さくなる。
【０１０２】
以上から、ダイオード接続したノーマリオンの絶縁ゲート型バイポーラトランジスタをダイオードとして用いることは、電圧降下を抑制する点、電圧降下する分を補うために印加する電圧が小さくてよいという点、光電変換装置の消費電力を抑制するという点で好適である。
【０１０３】
図４にノーマリオフの絶縁ゲート型バイポーラトランジスタのＶ−Ｉ曲線Ｃ１及びノーマリオンの絶縁ゲート型バイポーラトランジスタのＶ−Ｉ曲線Ｃ２を示す。ノーマリオフの絶縁ゲート型バイポーラトランジスタのしきい値Ｖｔｈ１は０より大きく（Ｖｔｈ１＞０）、ノーマリオンの絶縁ゲート型バイポーラトランジスタのしきい値Ｖｔｈ２は０以下である（Ｖｔｈ２≦０）。ただしノーマリオンの絶縁ゲート型バイポーラトランジスタのしきい値Ｖｔｈ２が、マイナスであればあるほど、ノーマリオンの絶縁ゲート型バイポーラトランジスタのリーク電流が大きくなってしまう。そこで、ノーマリオンの絶縁ゲート型バイポーラトランジスタのしきい値Ｖｔｈ２がほぼ０である（Ｖｔｈ２≒０）と、より好適である。
【０１０４】
ノーマリオフとノーマリオンの絶縁ゲート型バイポーラトランジスタは、第２の低濃度不純物領域１０４及び第２の低濃度不純物領域１３４それぞれに含まれる不純物元素の濃度を変えることで、作り分けることが可能である。
【０１０５】
図１１に、ノーマリオン及びノーマリオフとなる不純物元素の濃度の境界を計算した計算結果を示す。
【０１０６】
本計算では、絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ１４１において、各領域の厚さや当該領域に含まれる不純物元素の濃度を、図１及び図２を参照し、以下に示す通りに定める。
【０１０７】
第１の高濃度不純物領域１０１の厚さＤ１は０．５μｍ、第２の高濃度不純物領域１０２の厚さＤ２は２．５μｍ、第１の低濃度不純物領域１０３の厚さＤ３は６４μｍ、第２の低濃度不純物領域１３４の厚さＤ４は３μｍ、チャネル長Ｌは２．４μｍ、ゲート電極１０６の厚さの半分Ｔ１は０．７μｍ、ゲート絶縁膜の厚さＴ２は２０ｎｍ、第３の高濃度不純物領域１０８の濃度は最大で１×１０２１ｃｍ−３、第１の低濃度不純物領域１０３の濃度は１×１０１５ｃｍ−３、第２の高濃度不純物領域１０２の濃度は最大で１×１０１９ｃｍ−３、第１の高濃度不純物領域１０１の濃度は最大で１×１０２０ｃｍ−３である。なお、第１の高濃度不純物領域１０１、第２の高濃度不純物領域１０２、及び第３の高濃度不純物領域１０８それぞれにおいて、各領域内で濃度を変化させたため最大の濃度を記載する。
【０１０８】
図１１に示すように、チャネル形成領域１４０中の不純物濃度が２×１０１６ｃｍ−３以下であると、絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ１４１はノーマリオンとなる。このようなノーマリオンの絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ１４１をダイオード接続したダイオードは、コレクタ電流Ｉｃがすぐ立ち上がるので好適である。
【０１０９】
一方、ノーマリオフの絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ１１１を得るには、チャネル形成領域１１０の不純物濃度を２×１０１６ｃｍ−３より高い濃度にすればよい。
【０１１０】
以上述べたように、本実施の形態により、絶縁ゲート型バイポーラトランジスタの積層構造を変えずに、チャネル形成領域の不純物濃度を変えることで、ノーマリオンとノーマリオフを作り分けることができる。
【０１１１】
図３（Ｂ）に示すコンバータ回路３１１は、トランジスタ３１２、コイル３１３、ダイオード３１９、コンデンサ３１５を有する降圧回路である。
【０１１２】
トランジスタ３１２のソースあるいはドレインの一方は、光電変換素子３１７のｐ型半導体層側及びｎ型半導体層側の一方の電極に電気的に接続されている。トランジスタ３１２のソースあるいはドレインの他方は、ダイオード３１９の出力端子及びコイル３１３の一方の端子と電気的に接続されている。ダイオード３１９の入力端子は、光電変換素子３１７のｐ型半導体層側及びｎ型半導体層側の他方の電極及びコンデンサ３１５の一方の端子に電気的に接続されている。ダイオード３１９の出力端子は、トランジスタ３１２のソースあるいはドレインの他方及びコイル３１３の一方の端子と電気的に接続されている。コイル３１３の一方の端子は、トランジスタ３１２のソースあるいはドレインの他方及びダイオード３１９の出力端子に電気的に接続されている。コイル３１３の他方の端子は、コンデンサ３１５の他方の端子及び出力端子ＯＵＴに電気的に接続されている。なお、光電変換素子３１７のｐ型半導体層側及びｎ型半導体層側の他方の電極、ダイオード３１９の入力端子、及びコンデンサ３１５の一方の端子は接地されている。
【０１１３】
トランジスタ３１２はスイッチング素子として機能する。またトランジスタ３１２のゲートは、コンバータ回路３１１の制御回路に接続されている。コンバータ回路３１１の制御回路からの信号により、トランジスタ３１２はオン状態あるいはオフ状態となる。
【０１１４】
スイッチング素子であるトランジスタ３１２がオン状態のとき、入力から出力に流れる降圧回路の電流により、コイル３１３には励磁エネルギーが蓄えられる。
【０１１５】
トランジスタ３１２がオフ状態になると、コイル３１３は電流を保とうとして起電力を発生させ、ダイオード３１９をオン状態にする。ダイオード３１９を通じて電流が流れることによって、電圧Ｖ２が低下する。電圧Ｖ１より電圧Ｖ２が低下するため、コンバータ回路３１１は降圧回路として機能する。
【０１１６】
なお本実施の形態において、トランジスタ３１２として絶縁ゲート型バイポーラトランジスタを用いる。
【０１１７】
上述のように、絶縁ゲート型バイポーラトランジスタは、入力部がＭＯＳ構造で、出力部がバイポーラ構造のパワー用トランジスタであり、高耐圧及び大電流に適したトランジスタである。このため、コンバータ回路３１１のスイッチング素子であるトランジスタ３１２に好適である。
【０１１８】
本実施の形態において、ダイオード３１９は整流素子として機能する。本実施の形態では、該ダイオード３１９として、ダイオード接続された絶縁ゲート型バイポーラトランジスタを用いる。該ダイオード接続された絶縁ゲート型バイポーラトランジスタとして、トランジスタ３１２と同様の構造を有する絶縁ゲート型バイポーラトランジスタを作製し、そのゲート電極とドレイン領域を電気的に接続すればよい。これにより、トランジスタ３１２とダイオード３１９が同時に作製することができるため、作製工程を低減させることが可能である。コンバータ回路３１１の作製工程を低減することが可能なため、コンバータ回路３１１の作製コストを抑制することが可能である。
【０１１９】
また上述のように、絶縁ゲート型バイポーラトランジスタは、高耐圧及び大電流に適したトランジスタである。このため、ダイオード接続された絶縁ゲート型バイポーラトランジスタを、コンバータ回路３１１のダイオード３１９として用いることは好適である。
【０１２０】
上述したように、スイッチング素子であるトランジスタ３１２は、ノーマリオフの絶縁ゲート型バイポーラトランジスタを用いる。また整流素子であるダイオード３１９は、ダイオード接続されたノーマリオンの絶縁ゲート型バイポーラトランジスタを用いる。ノーマリオンの絶縁ゲート型バイポーラトランジスタをダイオード接続したものをダイオード３１９として用いるので、ｐｎ接合を用いたダイオードよりも、電圧降下が小さい。
【０１２１】
また上述のように、本実施の形態により、絶縁ゲート型バイポーラトランジスタの積層構造を変えずに、チャネル形成領域の不純物濃度を変えることで、ノーマリオンとノーマリオフを作り分けることができる。
【０１２２】
また本実施の形態において、コイル３１３として、基板上にコイル状に形成した配線を用いることができる。
【０１２３】
また、本実施の形態において、コンデンサ３１５として、例えば第１の電極と、第２の電極と、誘電体とを有する構成のコンデンサを用いることができる。
【０１２４】
以上のように、本実施の形態のコンバータ回路では、整流素子であるダイオードとして、ダイオード接続したノーマリオンの絶縁ゲート型バイポーラトランジスタを用いる。ダイオード接続したノーマリオンの絶縁ゲート型バイポーラトランジスタは、ｐｎ接合を用いたダイオードよりも電圧降下が小さいので、電圧降下する分を補うために印加する電圧が小さくてよい。ダイオード接続したノーマリオンの絶縁ゲート型バイポーラトランジスタを用いると、電圧降下した分を補うために印加する電圧が小さくてよいので、コンバータ回路の消費電力が小さくなる。コンバータ回路の消費電力が小さくなると、光電変換装置の消費電力も小さくなる。
【０１２５】
なお、本実施の形態のコンバータ回路において、上述した絶縁ゲート型バイポーラトランジスタに代えて、電界効果型トランジスタ（Ｆｉｅｌｄ Ｅｆｆｅｃｔ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ：ＦＥＴ）、代表的にはＭＯＳ（Ｍｅｔａｌ Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）トランジスタ（以下「ＭＯＳＦＥＴ」と呼ぶ）を用いてもよい。図１の絶縁ゲート型バイポーラトランジスタに代えて、ＭＯＳＦＥＴを用いた場合について以下に説明する。
【０１２６】
図１９は、ＭＯＳＦＥＴ１５１及びＭＯＳＦＥＴ１６１の断面図である。ＭＯＳＦＥＴ１５１は、図１の絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ１１１と同様に、図３（Ａ）のトランジスタ３０２及び図３（Ｂ）のトランジスタ３１２として用いることが可能である。またＭＯＳＦＥＴ１６１は、図１の絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ１４１と同様に、図３（Ａ）のダイオード３０９及び及び図３（Ｂ）のダイオード３１９として用いることが可能である。
【０１２７】
なお図１９において、図１と同じものは同じ符号で示している。また図１９に示すＭＯＳＦＥＴ１５１及びＭＯＳＦＥＴ１６１それぞれの構造や材料については、図１に示す絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ１１１及び絶縁ゲート型バイポーラトランジスタの構造や材料を参酌できる。
【０１２８】
ＭＯＳＦＥＴ１５１は、導電膜１１４、高濃度不純物領域１０２、低濃度不純物領域１０３、低濃度不純物領域１０４、絶縁膜１０９、導電膜１２１を有する。ＭＯＳＦＥＴ１５１は、低濃度不純物領域１０３及び低濃度不純物領域１０４に、埋め込まれたゲート電極１０６及びゲート絶縁膜１０７を有する。さらに低濃度不純物領域１０４中に、高濃度不純物領域１０８が設けられている。低濃度不純物領域１０４は、第１の導電型を付与する第１の不純物元素が含まれている。また高濃度不純物領域１０２、低濃度不純物領域１０３、及び高濃度不純物領域１０８には、第１の導電型とは逆の導電型である第２の導電型を付与する第２の不純物元素が含まれている。
【０１２９】
ＭＯＳＦＥＴ１５１において高濃度不純物領域１０８は、ソース領域又はドレイン領域の一方として機能する。またＭＯＳＦＥＴ１５１において、高濃度不純物領域１０２は、ソース領域又はドレイン領域の他方として機能する。
【０１３０】
導電膜１２１は、ソース電極又はドレイン電極の一方として機能し、導電膜１１４はソース電極又はドレイン電極の他方として機能する。
【０１３１】
ＭＯＳＦＥＴ１６１は、導電膜１１４、高濃度不純物領域１０２、低濃度不純物領域１０３、低濃度不純物領域１３４、絶縁膜１０９、導電膜１３１を有する。
【０１３２】
ＭＯＳＦＥＴ１６１は、低濃度不純物領域１０３及び低濃度不純物領域１３４に、埋め込まれたゲート電極１０６及びゲート絶縁膜１０７を有する。さらに低濃度不純物領域１３４中に、高濃度不純物領域１３８が設けられている。高濃度不純物領域１３８は、高濃度不純物領域１０８と同じ導電型を付与する不純物元素を、同じ濃度で有している。
【０１３３】
低濃度不純物領域１３４中の高濃度不純物領域１３８、及びゲート電極１０６の間の領域に、チャネル形成領域１４０が形成される。すなわち、チャネル形成領域１４０と低濃度不純物領域１３４に含まれる不純物元素及びその濃度は同じである。
【０１３４】
チャネル形成領域１４０に含まれる第１の不純物元素の濃度、すなわち低濃度不純物領域１３４に含まれる第１の不純物元素の濃度は、ＭＯＳＦＥＴ１６１がノーマリオンとなる濃度に制御されている。一方、チャネル形成領域１１０に含まれる第１の不純物元素の濃度、すなわち低濃度不純物領域１０４に含まれる第１の不純物元素の濃度は、ＭＯＳＦＥＴ１５１がノーマリオフとなる濃度に制御されている。
【０１３５】
すなわち、チャネル形成領域１１０及びチャネル形成領域１４０に含まれる第１の不純物元素の濃度は異なっており、それぞれの濃度がノーマリオフとなるかノーマリオンとなるかを決定する。
【０１３６】
よって、ノーマリオフのＭＯＳＦＥＴとノーマリオンのＭＯＳＦＥＴを、チャネル形成領域１１０及びチャネル形成領域１４０の不純物濃度を変えるだけで、作り分けることが可能である。
【０１３７】
なお、ＭＯＳＦＥＴ１６１において、高濃度不純物領域１３８は、ソース領域又はドレイン領域の一方として機能する。またＭＯＳＦＥＴ１６１において、高濃度不純物領域１０２は、ソース領域又はドレイン領域の他方として機能する。
【０１３８】
またＭＯＳＦＥＴ１６１において、導電膜１３１は、ソース電極又はドレイン電極の一方として機能し、導電膜１１４はソース電極又はドレイン電極の他方として機能する。
【０１３９】
また本実施の形態により、コンバータ回路のスイッチング素子であるトランジスタ、及び整流素子であるダイオードを、同じ材料及び同じ工程で作製することができる。
【０１４０】
本実施の形態の光電変換素子３０７或いは光電変換素子３１７を図１４を用いて説明する。本実施の形態では、光電変換素子３０７の一例として、非晶質半導体層を光電変換層に有する太陽電池について述べる。
【０１４１】
図１４に示す太陽電池は、基板２０１上に、ｐ型非晶質半導体層２１３、真性非晶質半導体層２１４、及びｎ型非晶質半導体層２１５を有する、非晶質半導体層の光電変換層２１１を備えている。光電変換層２１１の一方の面には、導電膜２１０が設けられている。光電変換層２１１の他方の面には、導電膜２１２が設けられている。
【０１４２】
具体的には、導電膜２１０上に、ｐ型非晶質半導体層２１３、真性非晶質半導体層２１４、ｎ型非晶質半導体層２１５が積層される。ｎ型非晶質半導体層２１５上には、導電膜２１２が設けられる。
【０１４３】
導電膜２１０、光電変換層２１１、及び導電膜２１２はそれぞれ、所定の形状に加工されている。当該所定の形状に加工された導電膜２１０、光電変換層２１１、及び導電膜２１２は、１つのセル２０２を構成する。各セル２０２は、異なるセルと直列に接続されている。各セル２０２が異なるセル２０２と直列に接続されていると、出力電圧を上昇させることが可能である。
【０１４４】
基板２０１は、基板２０１側から光が入射することを想定して、太陽光に対して透光性を有する材料を用いる。
【０１４５】
透光性を有する基板２０１として、例えば、青板ガラス、白板ガラス、鉛ガラス、強化ガラス、セラミックガラスなどのガラス板を用いることができる。また、アルミノシリケート酸ガラス、バリウムホウケイ酸ガラス、アルミノホウケイ酸ガラスなどの無アルカリガラス基板、石英基板、セラミック基板を用いることができる。
【０１４６】
透光性を有する基板２０１として、プラスチック等の可撓性を有する合成樹脂からなる基板（プラスチック基板）を用いる場合は、上記基板と比較して耐熱温度が一般的に低い傾向にあるが、作製工程における処理温度に耐え得るのであれば用いることが可能である。
【０１４７】
プラスチック基板として、ポリエステル、ポリエーテルスルホン（ＰＥＳ）、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリアミド系合成繊維、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、ポリスルホン（ＰＳＦ）、ポリエーテルイミド（ＰＥＩ）、ポリアリレート（ＰＡＲ）、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）、ポリイミド、アクリロニトリルブタジエンスチレン樹脂、ポリ塩化ビニル、ポリプロピレン、ポリ酢酸ビニル、アクリル樹脂などが挙げられる。ポリエステルとして、例えば、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）が挙げられる。
【０１４８】
導電膜２１０は、基板２０１側から光が入射するので、太陽光に対して透光性を有する導電材料を用いて形成する。
【０１４９】
透光性を有する導電材料として、例えば、インジウム錫酸化物（Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ：ＩＴＯ）、酸化珪素を含むインジウム錫酸化物（ＩＴＳＯ）、有機インジウム、有機スズ、酸化亜鉛、酸化亜鉛（ＺｎＯ）を含むインジウム亜鉛酸化物（ＩＺＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｚｉｎｃ Ｏｘｉｄｅ））、ガリウム（Ｇａ）をドープしたＺｎＯ、酸化スズ（ＳｎＯ２）、酸化タングステンを含むインジウム酸化物、酸化タングステンを含むインジウム亜鉛酸化物、酸化チタンを含むインジウム酸化物、酸化チタンを含むインジウム錫酸化物などが好適である。
【０１５０】
なお、導電膜２１０にインジウム錫酸化物を用いる場合、導電膜２１０上に、後の工程で形成するｐ型非晶質半導体層２１３を形成すると、ｐ型非晶質半導体層２１３中に存在する水素が、導電膜２１０中のインジウム錫酸化物を還元してしまう。そのため、導電膜２１０の膜質が劣化する恐れがある。
【０１５１】
インジウム錫酸化物を導電膜２１０に用いる場合、インジウム錫酸化物が還元されるのを防ぐために、インジウム錫酸化物を用いた導電膜とｐ型非晶質半導体層２１３との間に、酸化スズを用いた導電膜、または、酸化亜鉛と窒化アルミニウムとの混合材料を含む導電性材料を用いた導電膜を、数十ｎｍの膜厚で積層したものを、導電膜２１０として用いることが好ましい。
【０１５２】
また、導電膜２１０の、光電変換層２１１側の面に凹凸を形成しておくと、導電膜２１０において光が屈折または乱反射する。このため、光電変換層２１１内における光の吸収率を高め、変換効率を高めることができるので好適である。
【０１５３】
導電膜２１０上には、ｐ型非晶質半導体層２１３、真性非晶質半導体層２１４、ｎ型非晶質半導体層２１５が順に積層された光電変換層２１１が設けられている。
【０１５４】
本実施の形態では、ｐ型非晶質半導体層２１３として、ｐ型非晶質珪素層を用いる。ｐ型非晶質珪素層は、ｐ型を付与する元素、例えばホウ素を含む珪素層である。
【０１５５】
また本実施の形態では、真性非晶質半導体層２１４として、真性非晶質珪素層を用いる。
【０１５６】
本実施の形態では、ｎ型非晶質半導体層２１５として、ｎ型非晶質珪素層を用いる。ｎ型非晶質珪素層は、ｎ型を付与する元素、例えばリンを含む珪素層である。
【０１５７】
なお、本実施の形態では、光電変換層２１１として、ｐ型非晶質半導体層２１３、真性非晶質半導体層２１４、ｎ型非晶質半導体層２１５が順に積層された例を示すが、積層の順番はｎ型非晶質半導体層、真性非晶質半導体層、ｐ型非晶質半導体層の順でもよい。
【０１５８】
ただし、非晶質半導体層あるいは単結晶半導体層に限らず、ｐ型半導体層はｎ型半導体層よりも、光が入射される側に近くなるよう配置することが望ましい。ホールのキャリアとしての寿命は、電子のキャリアとしての寿命の約半分と短い。ｐｉｎ接合を有する光電変換層に光が照射されると、真性半導体層内において多量の電子とホールが形成され、電子はｎ型半導体層側へ、ホールはｐ型半導体層側へ移動し、起電力を得ることができる。
【０１５９】
光の照射をｐ型半導体層側から行うと、電子とホールの形成が、真性半導体層内のｎ型半導体層よりもｐ型半導体層に近い側において多く行われる。そのため、寿命が短いホールがｐ型半導体層へ移動する距離を、短くすることができ、その結果、高い起電力を得ることができる。
【０１６０】
本実施の形態では、光はｐ型半導体層側及びｎ型半導体層側の両方から入射する。そのため、光電変換層の積層の順番は、ｎ型半導体層、真性半導体層、ｐ型半導体層、あるいは、ｐ型半導体層、真性半導体層、ｎ型半導体層、のどちらでもよい。しかし、入射する光の強度がより強い側にｐ型半導体層を設けると、より高い起電力を得ることができる。
【０１６１】
以上説明したように、本実施の形態の光電変換装置は、消費電力を抑制することが可能である。また本実施の形態の光電変換装置は、作製コストを抑制することが可能である。
【０１６２】
［実施の形態２］
本実施の形態では、実施の形態１で述べたコンバータ回路の回路構成の一例について、図１５を用いて説明する。
【０１６３】
図１５は電源回路６０１の構成例である。電源回路６０１は、コンバータ回路である電圧変換回路６０２、及び電圧変換回路６０２の制御回路６０３を有している。電圧変換回路６０２は、実施の形態１でも述べたＤＣ−ＤＣコンバータである。
【０１６４】
電圧変換回路６０２は、トランジスタ６１１、コイル６１２、ダイオード６１３、及びコンデンサ６１４を有している。制御回路６０３は、三角波発生回路６２１、デジタル制御方式の回路６５０、パルス幅変調出力ドライバ６２３、抵抗６２４、及び抵抗６２５を有している。また点線の矢印６２７は帰還回路のループを表している。抵抗６２４の出力電圧である帰還電圧Ｖｆｂは、デジタル制御方式の回路６５０に入力される。
【０１６５】
電圧変換回路６０２のダイオード６１３に、実施の形態１で述べた、ダイオード接続したノーマリオンの絶縁ゲート型バイポーラトランジスタを用いると、電圧降下を抑制できるという点で好適である。
【０１６６】
電圧変換回路６０２のトランジスタ６１１に、実施の形態１で述べた、ノーマリオフの絶縁ゲート型バイポーラトランジスタを用いると、絶縁ゲート型バイポーラトランジスタの積層構造を変えずに、チャネル形成領域の不純物濃度を変えることで、ノーマリオンとノーマリオフを作り分けることができるという点で好適である。
【０１６７】
デジタル制御方式の回路６５０は、コンパレータ６５１、デジタル演算処理回路６５２、パルス幅変調出力ドライバ６５３、及びローパスフィルタ６５４（ローパスフィルタ：Ｌｏｗ Ｐａｓｓ Ｆｉｌｔｅｒ（ＬＰＦ））を有している。
【０１６８】
デジタル制御方式の回路６５０の内、デジタル演算処理回路６５２及びパルス幅変調出力ドライバ６５３はデジタル回路である。デジタル回路は、回路を流れる信号の基準に対する高低によって、１か０（ゼロ）かを判断する。デジタル回路は、１か０（ゼロ）かを判断するため、デジタル回路を構成する素子の特性がばらついても、正しく処理する事が可能である。
【０１６９】
またデジタル制御方式の回路６５０は、占有面積の大きい受動素子（例えば、容量や抵抗）の使用を抑制してるので、回路の占有面積を小さくすることが可能であるという点で好適である。
【０１７０】
コンパレータ６５１は、反転入力端子ＲＥＦから入力される参照電圧Ｖｒｅｆと、非反転入力端子ＩＮから入力される入力電圧Ｖｉｎとを比較して、Ｈ（ハイレベル）かＬ（ローレベル）、すなわち１か０（ゼロ）であるデジタル信号を出力する。
【０１７１】
デジタル演算処理回路６５２は、デジタル平均化・積分器６５２ａ及びデジタルパルス幅変調器６５２ｂを有している。またデジタル演算処理回路６５２には、外部からクロック分割器６５５が接続され、クロック分割器６５５からのクロック信号が入力される。
【０１７２】
デジタル演算処理回路６５２は、コンパレータ６５１から出力されたデジタル信号を、平均化処理、積分化処理、及び、デジタルパルス幅変調処理を行う。デジタル演算処理回路６５２中のデジタル平均化・積分器６５２ａが平均化処理及び積分化処理を行い、デジタルパルス幅変調器６５２ｂがデジタルパルス幅変調処理を行う。
【０１７３】
デジタル演算処理回路６５２では、まず、コンパレータ６５１から出力されたデジタル信号（Ｈ（ハイレベル）またはＬ（ローレベル））をＮビット保持し、ＨとＬの回数を比較し、多い方の信号を出力する。これによりデジタル信号の平均化が行われる。
【０１７４】
平均化されたデジタル信号に応じて、Ｈであれば「−１」、Ｌであれば「＋１」を加えて積算する。これにより、平均化されたデジタル信号が積分される。
【０１７５】
積分されたデジタル信号に応じて、パルス幅変調の位相位置の設定を行う。これによりデジタルパルス幅変調処理化が行われる。デジタルパルス幅変調処理化されたパルス幅変調出力信号は、パルス幅変調出力ドライバ６５３に入力される。
【０１７６】
三角波発生回路６２１は、パルス幅変調生成信号に必要な三角波Ｖｏｓｃを発生させる回路である。
【０１７７】
パルス幅変調出力ドライバ６２３の反転入力端子にはデジタル制御方式の回路６５０の出力信号Ｖｅｒｒが入力され、非反転入力端子には三角波発生回路６２１が生成した三角波Ｖｏｓｃが入力される。
【０１７８】
パルス幅変調出力ドライバ６２３は、デジタル制御方式の回路６５０の出力信号Ｖｅｒｒと三角波Ｖｏｓｃを比較し、三角波Ｖｏｓｃの信号レベルがデジタル制御方式の回路６５０の出力信号Ｖｅｒｒより大きい場合は、Ｈ（ハイレベル）をパルス幅変調信号としてトランジスタ６１１に出力する。一方、三角波Ｖｏｓｃの信号レベルがデジタル制御方式の回路６５０の出力信号Ｖｅｒｒより小さい場合は、Ｌ（ローレベル）をパルス幅変調信号としてトランジスタ６１１に出力する。
【０１７９】
以上説明したように、本実施の形態の光電変換装置は、消費電力を抑制することが可能である。また本実施の形態の光電変換装置は、作製コストを抑制することが可能である。
【０１８０】
［実施の形態３］
本実施の形態では、実施の形態１又は実施の形態２などにより得られる光電変換装置を用いて、太陽光発電モジュールを得る。得られた太陽光発電モジュールを電動推進車両に搭載する例について説明する。
【０１８１】
本実施の形態の太陽光発電モジュールの例を、図１６（Ａ）〜図１６（Ｂ）、図１７（Ａ）〜図１７（Ｂ）、図１８に示す。本実施の形態の太陽光発電モジュールは、実施の形態１又は実施の形態２に示す光電変換装置を用いて作製される。
【０１８２】
図１８に、太陽光発電モジュール８００を用いた太陽光発電システムの例を示す。
【０１８３】
太陽光発電モジュール８００には、ＤＣ−ＤＣコンバータ等を具備する電圧変換回路８５１が接続されている。該電圧変換回路８５１により、太陽光発電モジュール８００の出力電圧が昇圧或いは降圧される。
【０１８４】
電圧変換回路８５１には、制御回路８５３が接続されている。制御回路８５３は、太陽光発電モジュール８００の最大電力を取り出すように、電圧変換回路８５１を最大電力点追従（ＭＰＰＴ）制御する。
【０１８５】
また、制御回路８５３は、電圧変換回路８５１からの出力電圧を制御し、蓄電池８４０を充電する。また制御回路８５３は、蓄電池８４０が十分に充電されている場合、太陽光発電モジュール８００から供給される電力を外部回路８４１に直接出力するよう制御する。
【０１８６】
当該太陽光発電モジュール８００は、実施の形態１又は実施の形態２に示す光電変換装置を用いて作製する。本実施の形態では、太陽光発電モジュール８００の例として、実施の形態１で述べた非晶質半導体層を光電変換層２１１に有する太陽電池を用いる。なお、太陽光発電モジュール８００は、上記太陽電池に限定されるものではなく、実施の形態１で述べた他の太陽電池であってもよい。
【０１８７】
蓄電池８４０として電気二重層キャパシタを用いると、充電に化学反応を必要としないため、急速な充電が可能である。また、化学反応を利用する鉛蓄電池などに比べ、寿命を８倍程度、充放電効率を１．５倍程度に高めることができる。本実施の形態において示す太陽光発電システムは、照明、電子機器など、電力を使用する様々な外部回路８４１に対して用いることができる。
【０１８８】
図１６（Ａ）及び図１６（Ｂ）に、太陽光発電モジュール８００の構造の一例を示す。
【０１８９】
太陽光発電モジュール８００は、実施の形態１で述べた、非晶質半導体層を有する光電変換層２１１を用いた太陽電池である。図１６（Ａ）及び図１６（Ｂ）において、図１４と同じものは同じ符号で示している。図１６（Ｂ）は、図１６（Ａ）のＣ−Ｃ’に対する断面図である。
【０１９０】
光電変換層２１１上に設けられた導電膜２１２に接して、補助電極８０７及び補助電極８０８が設けられる。補助電極８０７及び補助電極８０８はそれぞれ、最も端部のセルの導電膜２１２に電気的に接続されている。
【０１９１】
図１７（Ａ）および図１７（Ｂ）に、図１６に示した太陽光発電モジュール８００をルーフ部分に用いた電動推進車両８６０（乗用自動車）の例を示す。太陽光発電モジュール８００は、コンバータ８６２を介してバッテリーまたはキャパシタ８６４に接続されている。すなわち、バッテリーまたはキャパシタ８６４は、太陽光発電モジュール８００から供給される電力を用いて充電される。また、エンジン８６６の動作状況をモニタ８６８で監視して、その状況に応じて充電及び放電を選択させる構成としても良い。
【０１９２】
太陽光発電モジュール８００は、熱によって光電変換効率が低下する傾向にある。このような光電変換効率の低下を抑制するために、太陽光発電モジュール８００内に冷却用の液体などを循環させる構成としても良い。例えば、ラジエータ８７０の冷却水を循環ポンプ８７２によって循環させる構成とすることができる。もちろん、冷却用の液体をラジエータ８７０と共用することには限定されない。また、光電変換効率の低下が深刻でない場合には、液体を循環させる構成は不要である。
【０１９３】
本実施の形態の光電変換装置は、ダイオードの電圧降下を抑制する点、電圧降下した分を補うために印加する電圧が小さくてよいという点、コンバータ回路の消費電力を抑制するという点、及び光電変換装置の消費電力を抑制するという点で好適である。
【０１９４】
また本実施の形態の光電変換装置は、コンバータ回路の作製コストを抑制するという点、光電変換装置の作製コストを抑制するという点で好適である。
【符号の説明】
【０１９５】
１０１ 高濃度不純物領域
１０２ 高濃度不純物領域
１０３ 低濃度不純物領域
１０４ 低濃度不純物領域
１０６ ゲート電極
１０７ ゲート絶縁膜
１０８ 高濃度不純物領域
１０９ 絶縁膜
１１０ チャネル形成領域
１１１ 絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ
１１２ マスク
１１３ 溝
１１４ 導電膜
１１５ 絶縁膜
１１６ 導電膜
１１７ マスク
１１８ 不純物元素
１２１ 導電膜
１２３ 導電膜
１３１ 導電膜
１３３ 導電膜
１３４ 低濃度不純物領域
１３８ 高濃度不純物領域
１４０ チャネル形成領域
１４１ 絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ
１５１ ＭＯＳＦＥＴ
１６１ ＭＯＳＦＥＴ
２０１ 基板
２０２ セル
２１０ 導電膜
２１１ 光電変換層
２１２ 導電膜
２１３ ｐ型非晶質半導体層
２１４ 真性非晶質半導体層
２１５ ｎ型非晶質半導体層
３０１ コンバータ回路
３０２ トランジスタ
３０３ コイル
３０５ コンデンサ
３０７ 光電変換素子
３０９ ダイオード
３１１ コンバータ回路
３１２ トランジスタ
３１３ コイル
３１５ コンデンサ
３１７ 光電変換素子
３１９ ダイオード
６０１ 電源回路
６０２ 電圧変換回路
６０３ 制御回路
６１１ トランジスタ
６１２ コイル
６１３ ダイオード
６１４ コンデンサ
６２１ 三角波発生回路
６２３ パルス幅変調出力ドライバ
６２４ 抵抗
６２５ 抵抗
６２７ 矢印
６５０ 回路
６５１ コンパレータ
６５２ デジタル演算処理回路
６５２ａ デジタル平均化・積分器
６５２ｂ デジタルパルス幅変調器
６５３ パルス幅変調出力ドライバ
６５４ ローパスフィルタ
６５５ クロック分割器
８００ 太陽光発電モジュール
８０７ 補助電極
８０８ 補助電極
８４０ 蓄電池
８４１ 外部回路
８５１ 電圧変換回路
８５３ 制御回路
８６０ 電動推進車両
８６２ コンバータ
８６４ キャパシタ
８６６ エンジン
８６８ モニタ
８７０ ラジエータ
８７２ 循環ポンプ
【技術分野】
【０００１】
開示される発明の一様態は、光電変換装置及びその作製方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
光起電力効果により、受けた光を直接電力に変換して出力する光電変換素子の一つとして、太陽電池が挙げられる（特許文献１参照）。太陽電池は、従来の発電方式のように、途中で熱エネルギーや運動エネルギーへのエネルギー変換の必要がない。
【０００３】
さらに太陽電池を有し、該太陽電池で発電した直流電力を変換するコンバータ回路を、太陽電池の非受光面などに取り付けた光電変換装置が、小規模又は中規模の太陽光発電システムや非常用電源として注目されている（特許文献２又は特許文献３）。
【０００４】
このようなコンバータ回路として、例えばＤＣ−ＤＣコンバータ（直流−直流変換器）やＤＣ−ＡＣコンバータ（直流−交流変換器）等が挙げられる（特許文献４又は特許文献５参照）。
【０００５】
特許文献４あるいは特許文献５のコンバータ回路には、スイッチング素子及び整流素子が含まれている。該スイッチング素子としてトランジスタ、該整流素子としてダイオードが用いられる。このようなダイオードには、例えばｐｎ接合を用いたダイオードが挙げられる（特許文献６参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１０−１０６６７号公報
【特許文献２】特開平９−６９６４７号公報
【特許文献３】特開２００２−１４１５３９号公報
【特許文献４】特開２００５−３１２１５８号公報
【特許文献５】特開２００９−２００３７２号公報
【特許文献６】特開２００４−２２６３９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献６に示されるように、ｐｎ接合を用いたダイオードは、電圧降下が大きい。
【０００８】
上記問題を鑑み、開示される発明の一様態は、電圧降下が小さいダイオードを得ることを課題の一とする。
【０００９】
特許文献４又は特許文献５に示されるコンバータ回路は、例えば、ダイオードやトランジスタを有する。該ダイオードやトランジスタはそれぞれ、別の工程で作製されるため、コンバータ回路の作製コストは大きい。
【００１０】
上記問題を鑑み、開示される発明の一様態は、コンバータ回路の作製コストを抑制することを課題の一とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
開示される発明の一様態において、コンバータ回路に含まれる整流素子として、ダイオード接続されたノーマリオンのトランジスタを用いる。
【００１２】
ノーマリオンのトランジスタは、チャネル形成領域に含まれる、一導電型を付与する不純物元素の濃度を制御することによって得ることができる。
【００１３】
ノーマリオンのトランジスタのゲート電極に電圧を印加すると、トランジスタがオン状態となる。よってノーマリオンのトランジスタをダイオード接続したものをダイオードとして用いると、ｐｎ接合を用いたダイオードよりも電圧降下が小さい。
【００１４】
ダイオード接続したノーマリオンのトランジスタは、ｐｎ接合を用いたダイオードよりも電圧降下が小さいので、電圧降下した分を補うために印加する電圧が、ｐｎ接合を用いたダイオードを用いた場合よりも小さい。ダイオード接続したノーマリオンのトランジスタでは、ｐｎ接合を用いたダイオードよりも電圧降下した分を補うために印加する電圧が小さいので、ｐｎ接合を用いたダイオードを用いた場合よりもコンバータ回路の消費電力が小さくなる。コンバータ回路の消費電力が小さくなると、光電変換装置の消費電力も小さくなる。
【００１５】
以上から、ダイオード接続したノーマリオンのトランジスタをダイオードとして用いることは、電圧降下を抑制する点、電圧降下した分を補うために印加する電圧が小さくてよいという点、コンバータ回路の消費電力を抑制するという点、及び光電変換装置の消費電力を抑制するという点で好適である。
【００１６】
また開示される発明の一様態では、コンバータ回路に含まれるスイッチング素子としてトランジスタ、整流素子としてダイオードを用いる。該ダイオードとして、当該トランジスタをダイオード接続したものを用いる。すなわち、コンバータ回路の整流素子とスイッチング素子を同じ材料及び同じ工程で作製することができる。
【００１７】
整流素子とスイッチング素子を同じ材料及び同じ工程で作製できるので、作製コストを抑制することが可能である。
【００１８】
開示される発明の一様態は、光電変換素子と、当該光電変換素子の出力を昇圧又は降圧し、スイッチング素子及び整流素子を有するコンバータ回路を有する光電変換装置である。当該光電変換装置は、当該スイッチング素子として、ノーマリオフの第１の絶縁ゲート型バイポーラトランジスタと、当該整流素子として、ダイオード接続されたノーマリオンの第２の絶縁ゲート型バイポーラトランジスタを有することを特徴とする。
【００１９】
開示される発明の一様態は、光電変換素子と、当該光電変換素子の出力を昇圧又は降圧し、スイッチング素子及び整流素子を有するコンバータ回路を有する光電変換装置である。当該光電変換装置は、当該スイッチング素子として、ノーマリオフの第１の絶縁ゲート型バイポーラトランジスタと、当該整流素子として、ダイオード接続されたノーマリオンの第２の絶縁ゲート型バイポーラトランジスタを有する。当該第１の絶縁ゲート型バイポーラトランジスタは、第１のエミッタ領域と、第１のチャネル形成領域と、第１のコレクタ領域を有し、当該第２の絶縁ゲート型バイポーラトランジスタは、第２のエミッタ領域と、当該第１のチャネル形成領域とは異なる不純物濃度を有する第２のチャネル形成領域と、第２のコレクタ領域を有することを特徴とする。
【００２０】
開示される発明の一様態は、太陽電池と、当該太陽電池の出力を昇圧又は降圧し、スイッチング素子及び整流素子を有するコンバータ回路を有する光電変換装置である。当該光電変換装置は、当該スイッチング素子として、ノーマリオフの第１の絶縁ゲート型バイポーラトランジスタと、当該整流素子として、ダイオード接続されたノーマリオンの第２の絶縁ゲート型バイポーラトランジスタを有することを特徴とする。
【００２１】
開示される発明の一様態は、太陽電池と、当該太陽電池の出力を昇圧又は降圧し、スイッチング素子及び整流素子を有するコンバータ回路を有する光電変換装置である。当該光電変換装置は、当該スイッチング素子として、ノーマリオフの第１の絶縁ゲート型バイポーラトランジスタと、当該整流素子として、ダイオード接続されたノーマリオンの第２の絶縁ゲート型バイポーラトランジスタを有する。当該第１の絶縁ゲート型バイポーラトランジスタは、第１のエミッタ領域と、第１のチャネル形成領域と、第１のコレクタ領域を有し、当該第２の絶縁ゲート型バイポーラトランジスタは、第２のエミッタ領域と、当該第１のチャネル形成領域とは異なる不純物濃度を有する第２のチャネル形成領域と、第２のコレクタ領域を有することを特徴とする。
【００２２】
開示される発明の一様態は、光電変換素子と、当該光電変換素子の出力を昇圧又は降圧し、スイッチング素子及び整流素子を有するコンバータ回路を有する光電変換装置である。当該光電変換装置は、当該スイッチング素子として、ノーマリオフの第１の電界効果型トランジスタと、当該整流素子として、ダイオード接続されたノーマリオンの第２の電界効果型トランジスタを有することを特徴とする。
【００２３】
開示される発明の一様態は、光電変換素子と、当該光電変換素子の出力を昇圧又は降圧し、スイッチング素子及び整流素子を有するコンバータ回路を有する光電変換装置である。当該光電変換装置は、当該スイッチング素子として、ノーマリオフの第１の電界効果型トランジスタと、当該整流素子として、ダイオード接続されたノーマリオンの第２の電界効果型トランジスタを有する。当該第１の電界効果型トランジスタは、第１のソース領域及びドレイン領域と、第１のチャネル形成領域を有し、当該第２の電界効果型トランジスタは、第２のソース領域及びドレイン領域と、当該第１のチャネル形成領域とは異なる不純物濃度を有する第２のチャネル形成領域を有することを特徴とする。
【００２４】
開示される発明の一様態は、太陽電池と、当該太陽電池の出力を昇圧又は降圧し、スイッチング素子及び整流素子を有するコンバータ回路を有する光電変換装置である。当該光電変換装置は、当該スイッチング素子として、ノーマリオフの第１の電界効果型トランジスタと、当該整流素子として、ダイオード接続されたノーマリオンの第２の電界効果型トランジスタを有することを特徴とする。
【００２５】
開示される発明の一様態は、太陽電池と、当該太陽電池の出力を昇圧又は降圧し、スイッチング素子及び整流素子を有するコンバータ回路を有する光電変換装置である。当該光電変換装置は。当該スイッチング素子として、ノーマリオフの第１の電界効果型トランジスタと、当該整流素子として、ダイオード接続されたノーマリオンの第２の電界効果型トランジスタを有する。当該第１の電界効果型トランジスタは、第１のソース領域及びドレイン領域と、第１のチャネル形成領域を有し、当該第２の電界効果型トランジスタは、第２のソース領域及びドレイン領域と、当該第１のチャネル形成領域とは異なる不純物濃度を有する第２のチャネル形成領域を有することを特徴とする。
【００２６】
開示される発明の一様態において、当該コンバータ回路は、ＤＣ−ＤＣコンバータであることを特徴とする。
【００２７】
開示される発明の一様態において、当該コンバータ回路は、コイル、及びコンデンサを有するＤＣ−ＤＣコンバータであることを特徴とする。
【００２８】
なお本明細書において、ゲート電極に印加されるゲート電圧が０Ｖ、及び、ソース−ドレイン間に印加される電圧が少なくとも１Ｖの場合、ドレイン電流が流れていないとみなすことができるトランジスタをノーマリオフのトランジスタと定義する。また、ゲート電極に印加されるゲート電圧が０Ｖ、及び、ソース−ドレイン間に印加される電圧が少なくとも１Ｖの場合、ドレイン電流が流れているとみなすことができるトランジスタをノーマリオンのトランジスタと定義する。
【００２９】
或いは、本明細書では、ｎチャネル型トランジスタにおいて、しきい値電圧の値が正であるトランジスタをノーマリオフのトランジスタと定義する。ｐチャネル型トランジスタのにおいて、しきい値電圧の値が負であるトランジスタをノーマリオフのトランジスタと定義する。また、ｎチャネル型トランジスタにおいて、しきい値電圧の値が負であるトランジスタをノーマリオンのトランジスタと定義する。ｐチャネル型トランジスタにおいて、しきい値電圧の値が正であるトランジスタをノーマリオンのトランジスタと定義する。
【００３０】
より具体的には、本明細書では、ｎチャネル型トランジスタにおいて、ドレイン電流−ゲート電圧特性を測定し、ドレイン電流が１×１０−１２Ａのときのゲート電圧が正であるトランジスタを、ノーマリオフのトランジスタと定義する。またｎチャネル型トランジスタにおいて、ドレイン電流−ゲート電圧特性を測定し、ドレイン電流が１×１０−１２Ａのときのゲート電圧が負であるトランジスタを、ノーマリオンのトランジスタと定義する。
【発明の効果】
【００３１】
開示される発明の一様態のダイオードは、ｐｎ接合を用いたダイオードよりも電圧降下が小さい。ｐｎ接合を用いたダイオードよりも電圧降下が小さいので、当該ダイオードに電圧降下する分を補うために印加する電圧が小さくてよい。当該ダイオードに電圧降下する分を補うために印加する電圧が小さくてよいので、コンバータ回路の消費電力が小さくなる。コンバータ回路の消費電力が小さくなると、光電変換装置の消費電力も小さくなる。
【００３２】
よって、ダイオード接続したノーマリオンのトランジスタをダイオードとして用いることは、電圧降下を抑制する点、電圧降下した分を補うために印加する電圧が小さくてよいという点、コンバータ回路の消費電力を抑制するという点、及び光電変換装置の消費電力を抑制するという点で好適である。
【００３３】
また開示される発明の一様態では、コンバータ回路の整流素子とスイッチング素子を同じ材料及び同じ工程で作製することができる。
【００３４】
コンバータ回路に含まれる整流素子とスイッチング素子を同じ材料及び同じ工程で作製できるので、コンバータ回路の作製コストを抑制することが可能である。コンバータ回路の作製コストを抑制できるので、光電変換装置の作製コストを抑制することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】絶縁ゲート型バイポーラトランジスタの断面図。
【図２】絶縁ゲート型バイポーラトランジスタの断面図。
【図３】コンバータ回路の回路図。
【図４】ノーマリオンとノーマリオフの違いを示す図。
【図５】絶縁ゲート型バイポーラトランジスタの作製方法を示す断面図。
【図６】絶縁ゲート型バイポーラトランジスタの作製方法を示す断面図。
【図７】絶縁ゲート型バイポーラトランジスタの作製方法を示す断面図。
【図８】絶縁ゲート型バイポーラトランジスタの作製方法を示す断面図。
【図９】絶縁ゲート型バイポーラトランジスタの断面図。
【図１０】絶縁ゲート型バイポーラトランジスタの上面図。
【図１１】ゲート電圧とコレクタ電流の関係を示す図。
【図１２】絶縁ゲート型バイポーラトランジスタの断面図。
【図１３】絶縁ゲート型バイポーラトランジスタの断面図。
【図１４】太陽電池の断面図。
【図１５】コンバータ回路の回路図。
【図１６】太陽光発電モジュールを示す上面図及び断面図。
【図１７】太陽光発電モジュールを搭載した電動推進車両を示す図。
【図１８】太陽光発電モジュールを用いた太陽光発電システムの例を示す図。
【図１９】電界効果型トランジスタの断面図。
【発明を実施するための形態】
【００３６】
以下、本明細書に開示された発明の実施の態様について、図面を参照して説明する。但し、本明細書に開示された発明は多くの異なる態様で実施することが可能であり、本明細書に開示された発明の趣旨及びその範囲から逸脱することなくその形態及び詳細を様々に変更し得ることは当業者であれば容易に理解される。従って、本実施の形態の記載内容に限定して解釈されるものではない。なお、以下に示す図面において、同一部分又は同様な機能を有する部分には同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。
【００３７】
［実施の形態１］
本実施の形態の光電変換装置を、図１、図２、図３（Ａ）〜図３（Ｂ）、図４、図５（Ａ）〜図５（Ｂ）、図６（Ａ）〜図６（Ｂ）、図７（Ａ）〜図７（Ｂ）、図８（Ａ）〜図８（Ｂ）、図９、図１０、図１１、図１２、図１３、図１４、図１９を用いて説明する。
【００３８】
本実施の形態のコンバータ回路の一例を、図３（Ａ）〜図３（Ｂ）を用いて説明する。本実施の形態で説明されるコンバータ回路は、直流電圧を直流電圧に変換するＤＣ−ＤＣコンバータである。
【００３９】
図３（Ａ）に示すコンバータ回路３０１は、スイッチング素子であるトランジスタ３０２、コイル３０３、整流素子であるダイオード３０９、コンデンサ３０５を有する昇圧回路である。
【００４０】
コイル３０３の一方の端子は、光電変換素子３０７のｐ型半導体層側及びｎ型半導体層側の一方の電極に電気的に接続されている。コイル３０３の他方の端子はトランジスタ３０２のソースあるいはドレインの一方と電気的に接続されている。トランジスタ３０２のソースあるいはドレインの一方は、コイル３０３の他方の端子及びダイオード３０９の入力端子と電気的に接続されている。トランジスタ３０２のソースあるいはドレインの他方は、光電変換素子３０７のｐ型半導体層側及びｎ型半導体層側の他方の電極及びコンデンサ３０５の一方の端子と電気的に接続されている。コンデンサ３０５の他方の端子は、ダイオード３０９の出力端子及び出力端子ＯＵＴに電気的に接続されている。なお、光電変換素子３０７のｐ型半導体層側及びｎ型半導体層側の他方の電極、トランジスタ３０２のソースあるいはドレインの他方、及びコンデンサ３０５の一方の端子は接地されている。
【００４１】
なお、上記トランジスタのゲートとは、ゲート電極及びゲート配線の一部または全部のことをいう。ゲート配線とは、少なくとも一つのトランジスタのゲート電極と、別の電極や別の配線とを電気的に接続させるための配線のことをいう。
【００４２】
上記トランジスタのソースとは、ソース領域、ソース電極、及びソース配線の一部または全部のことをいう。ソース領域とは、半導体層のうち、抵抗値がチャネル形成領域より低い領域のことをいう。ソース電極とは、ソース領域に接続される部分の導電層のことをいう。ソース配線とは、少なくとも一つのトランジスタのソース電極と、別の電極や別の配線とを電気的に接続させるための配線のことをいう。
【００４３】
上記トランジスタのドレインとは、ドレイン領域、ドレイン電極、及びドレイン配線の一部または全部のことをいう。ドレイン領域とは、半導体層のうち、抵抗値がチャネル形成領域より低い領域のことをいう。ドレイン電極とは、ドレイン領域に接続される部分の導電層のことをいう。ドレイン配線とは、少なくとも一つのトランジスタのドレイン電極と、別の電極や別の配線とを電気的に接続させるための配線のことをいう。
【００４４】
また、本実施の形態において、トランジスタのソースとドレインは、トランジスタの構造や動作条件などによって互いに入れ替わるため、いずれがソースまたはドレインであるかを限定することが困難である。そこで、本書類（明細書、特許請求の範囲または図面など）においては、ソース及びドレインのいずれか一方をソース及びドレインの一方と表記し、他方をソース及びドレインの他方と表記する。
【００４５】
トランジスタ３０２はスイッチング素子として機能する。またトランジスタ３０２のゲートは、コンバータ回路３０１の制御回路に接続されている。コンバータ回路３０１の制御回路からの信号により、トランジスタ３０２はオン状態あるいはオフ状態となる。
【００４６】
スイッチング素子であるトランジスタ３０２がオン状態のとき、コイル３０３に流れ込む電流により、コイル３０３には励磁エネルギーが蓄えられる。
【００４７】
トランジスタ３０２がオフ状態になると、コイル３０３に蓄えられた励磁エネルギーが放出される。コイル３０３から放出される励磁エネルギーに起因する電圧Ｖ２が、電圧Ｖ１に上積みされる。これによりコンバータ回路３０１は昇圧回路として機能する。
【００４８】
スイッチング素子であるトランジスタ３０２がオン状態の時間をＴｏｎ、トランジスタ３０２がオフ状態の時間をＴｏｆｆとする。出力電圧Ｖ２の値は、以下の（式１）で表される。
【００４９】
Ｖ２＝Ｖ１×（Ｔｏｎ＋Ｔｏｆｆ）／Ｔｏｆｆ （式１）
【００５０】
トランジスタ３０２がオン状態の時間Ｔｏｎが長く、コイル３０３に蓄えたエネルギーが大きいほど、大電力を取り出すことができる。
【００５１】
本実施の形態において、トランジスタ３０２として、ノーマリオフの絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ Ｇａｔｅ Ｂｉｐｏｌａｒ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ：ＩＧＢＴ）を用いる。なお絶縁ゲート型バイポーラトランジスタの詳細な構造及び作製方法については後述する。
【００５２】
絶縁ゲート型バイポーラトランジスタは、入力部がＭＯＳ構造で、出力部がバイポーラ構造のパワー用トランジスタであり、高耐圧及び大電流に適したトランジスタである。このため、コンバータ回路３０１のスイッチング素子であるトランジスタ３０２に好適である。
【００５３】
本実施の形態において、ダイオード３０９は整流素子として機能する。本実施の形態では、該ダイオード３０９として、ダイオード接続された絶縁ゲート型バイポーラトランジスタを用いる。該ダイオード接続された絶縁ゲート型バイポーラトランジスタとして、トランジスタ３０２と同様の構造を有する絶縁ゲート型バイポーラトランジスタを作製し、そのゲート電極とドレイン領域を電気的に接続すればよい。ダイオード３０９は、ノーマリオンの絶縁ゲート型バイポーラトランジスタをダイオード接続したものを用いる。ノーマリオンの絶縁ゲート型バイポーラトランジスタは、ゲート電極にゲート電圧を印加したときに、コレクタ電流がすぐ立ち上がる。よってノーマリオンの絶縁ゲート型バイポーラトランジスタをダイオード接続したものをダイオードとして用いると、ｐｎ接合を用いたダイオードよりも電圧降下が小さいという点で好適である。
【００５４】
またトランジスタ３０２であるノーマリオフの絶縁ゲート型バイポーラトランジスタと、ダイオード３０９であるノーマリオンの絶縁ゲート型バイポーラトランジスタは、それぞれのチャネル形成領域の不純物濃度が異なるだけである。よって、トランジスタ３０２とダイオード３０９を同じ工程で作製することができる。そのためコンバータ回路３０１の作製工程を低減させることが可能である。コンバータ回路３０１の作製工程を低減することが可能なため、コンバータ回路３０１の作製コストを抑制することが可能である。
【００５５】
また上述のように、絶縁ゲート型バイポーラトランジスタは、高耐圧及び大電流に適したトランジスタである。このため、ダイオード接続された絶縁ゲート型バイポーラトランジスタを、コンバータ回路３０１のダイオード３０９として用いることは好適である。
【００５６】
また本実施の形態において、コイル３０３として、基板上にコイル状に形成した配線を用いることができる。
【００５７】
また、本実施の形態において、コンデンサ３０５として、例えば第１の電極と、第２の電極と、誘電体とを有する構成のコンデンサを用いることができる。
【００５８】
本実施の形態の絶縁ゲート型バイポーラトランジスタの一例を、図１、図２、図１０、及び図１２に示す。図１は、絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ１１１、及びダイオード接続された絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ１４１の断面図である。また図２は図１に示す絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ１１１の一部分の拡大図である。図１０は図１の上面図であり、図１０のＡ−Ａ’の断面図が図１である。また図１０のＢ−Ｂ’の断面図を図１２に示す。
【００５９】
図１に示す絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ１１１は、導電膜１１４、第１の高濃度不純物領域１０１、第２の高濃度不純物領域１０２、第１の低濃度不純物領域１０３、第２の低濃度不純物領域１０４、絶縁膜１０９、導電膜１２１を有する。絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ１１１は、第１の低濃度不純物領域１０３及び第２の低濃度不純物領域１０４に、埋め込まれたゲート電極１０６及びゲート絶縁膜１０７を有する。さらに第２の低濃度不純物領域１０４中に、第３の高濃度不純物領域１０８が設けられている。第１の高濃度不純物領域１０１及び第２の低濃度不純物領域１０４は、第１の導電型を付与する第１の不純物元素が含まれている。また第２の高濃度不純物領域１０２、第１の低濃度不純物領域１０３、及び第３の高濃度不純物領域１０８には、第１の導電型とは逆の導電型である第２の導電型を付与する第２の不純物元素が含まれている。
【００６０】
本実施の形態では、第１の導電型をｐ型、第２の導電型をｎ型とする。すなわち、第１の高濃度不純物領域１０１としてｐ型高濃度不純物領域、第２の高濃度不純物領域１０２としてｎ型高濃度不純物領域、第１の低濃度不純物領域１０３としてｎ型低濃度不純物領域、第２の低濃度不純物領域１０４としてｐ型低濃度不純物領域、第３の高濃度不純物領域１０８としてｎ型高濃度不純物領域を設ける。
【００６１】
なお、第１の導電型と第２の導電型は逆であってもよい。すなわち、第１の導電型をｎ型、第２の導電型をｐ型としてもよい。その場合は、第１の高濃度不純物領域１０１はｎ型高濃度不純物領域、第２の高濃度不純物領域１０２はｐ型高濃度不純物領域、第１の低濃度不純物領域１０３はｐ型低濃度不純物領域、第２の低濃度不純物領域１０４はｎ型低濃度不純物領域、第３の高濃度不純物領域１０８はｐ型高濃度不純物領域となる。
【００６２】
第３の高濃度不純物領域１０８は、エミッタ領域として機能する。また第１の高濃度不純物領域１０１は、コレクタ領域として機能する。
【００６３】
導電膜１２１は、エミッタ電極として機能し、導電膜１１４はコレクタ電極として機能する。
【００６４】
第２の低濃度不純物領域１０４中の第３の高濃度不純物領域１０８、及びゲート電極１０６の間の領域に、チャネル形成領域１１０が形成される。すなわち、チャネル形成領域１１０と第２の低濃度不純物領域１０４に含まれる不純物元素及びその濃度は同じである。
【００６５】
図１に示す絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ１４１は、絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ１１１と同様に、導電膜１１４、第１の高濃度不純物領域１０１、第２の高濃度不純物領域１０２、第１の低濃度不純物領域１０３、絶縁膜１０９、導電膜１３１を有する。ただし、絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ１４１は、絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ１１１の第２の低濃度不純物領域１０４に代えて、第２の低濃度不純物領域１３４を有する。
【００６６】
絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ１４１は、第１の低濃度不純物領域１０３及び第２の低濃度不純物領域１３４に、埋め込まれたゲート電極１０６及びゲート絶縁膜１０７を有する。さらに第２の低濃度不純物領域１３４中に、第３の高濃度不純物領域１３８が設けられている。第３の高濃度不純物領域１３８は、第３の高濃度不純物領域１０８と同じ導電型を付与する不純物元素を、同じ濃度で有している。
【００６７】
第２の低濃度不純物領域１３４中の第３の高濃度不純物領域１３８、及びゲート電極１０６の間の領域に、チャネル形成領域１４０が形成される。すなわち、チャネル形成領域１４０と第２の低濃度不純物領域１３４に含まれる不純物元素及びその濃度は同じである。
【００６８】
チャネル形成領域１４０に含まれる第１の不純物元素の濃度、すなわち第２の低濃度不純物領域１３４に含まれる第１の不純物元素の濃度は、絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ１４１がノーマリオンとなる濃度に制御されている。一方、チャネル形成領域１１０に含まれる第１の不純物元素の濃度、すなわち第２の低濃度不純物領域１０４に含まれる第１の不純物元素の濃度は、絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ１１１がノーマリオフとなる濃度に制御されている。
【００６９】
すなわち、チャネル形成領域１１０及びチャネル形成領域１４０に含まれる第１の不純物元素の濃度は異なっており、それぞれの濃度がノーマリオフとなるかノーマリオンとなるかを決定する。
【００７０】
よって、ノーマリオフの絶縁ゲート型バイポーラトランジスタとノーマリオンの絶縁ゲート型バイポーラトランジスタを、チャネル形成領域１１０及びチャネル形成領域１４０の不純物濃度を変えるだけで、作り分けることが可能である。
【００７１】
なお絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ１４１において、第３の高濃度不純物領域１３８は、エミッタ領域として機能する。また第１の高濃度不純物領域１０１は、コレクタ領域として機能する。
【００７２】
なお絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ１４１において、導電膜１３１はエミッタ電極として機能し、導電膜１１４はコレクタ電極として機能する。
【００７３】
また、絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ１４１の導電膜１３１は、絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ１１１の導電膜１２１と同様の材料及び同様の作製工程で作製できる。
【００７４】
なお、絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ１１１において、導電膜１２１及び導電膜１１４間に印加される電圧、及び、絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ１４１において、導電膜１３１及び導電膜１１４間に印加される電圧が同じである場合は、絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ１１１及び絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ１４１を絶縁分離する必要はない。
【００７５】
ただし、絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ１１１において、導電膜１２１及び導電膜１１４間に印加される電圧、及び、絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ１４１において、導電膜１３１及び導電膜１１４間に印加される電圧が違う場合は、絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ１１１及び絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ１４１を絶縁分離する必要がある。その場合は、絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ１１１及び絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ１４１の間に絶縁物を形成する。必要であれば、絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ１１１のそれぞれ、並びに、絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ１４１のそれぞれに応じて、導電膜１１４を分離してもよい。
【００７６】
図１０に、図１の絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ１１１及び絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ１４１の上面図を示す。なお図１０のＡ−Ａ’の断面図が図１であり、図１０のＢ−Ｂ’の断面図が図１２である。
【００７７】
図１０に示すように、絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ１１１において、ゲート電極１０６は導電膜１２３に接続されている。すなわち、絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ１１１はトランジスタとして機能する。一方、絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ１４１において、ゲート電極１０６及び第３の高濃度不純物領域１３８は、導電膜１３１及び導電膜１３３を介して電気的に接続されている。すなわち、絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ１４１はダイオード接続されており、ダイオードとして機能する。
【００７８】
図１２は、上述のように図１０のＢ−Ｂ’の断面図である。上述のように、絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ１１１において、ゲート電極１０６は導電膜１２３に接続されている。一方、絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ１４１において、ゲート電極１０６は、導電膜１３１及び導電膜１３３に電気的に接続されている。
【００７９】
なお、絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ１１１の導電膜１２３と絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ１４１の導電膜１３３は、同じ材料及び同じ作製工程で形成しても良いし、違う材料及び違う作製工程で形成しても良い。
【００８０】
本実施の形態の絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ１１１の作製方法を、図５（Ａ）〜図５（Ｂ）、図６（Ａ）〜図６（Ｂ）、図７（Ａ）〜図７（Ｂ）、図８（Ａ）〜図８（Ｂ）、図９を用いて説明する。なお、絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ１４１の作製方法は、絶縁膜１０９を作製するまでは同様の工程で作製できる。絶縁膜１０９を作製するまでの作製工程において、絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ１４１と絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ１１１の作製工程の差異は、第２の低濃度不純物領域１０４の代わりに第２の低濃度不純物領域１３４を形成することだけである。
【００８１】
まず第２の高濃度不純物領域１０２として、ｎ型単結晶半導体基板を用意する。本実施の形態では、該ｎ型単結晶半導体基板として、ｎ型単結晶シリコン基板を用いる。
【００８２】
次いで該ｎ型単結晶半導体基板の一方の面上に、エピタキシャル成長により第１の低濃度不純物領域１０３を形成する。本実施の形態では、第１の低濃度不純物領域１０３として、エピタキシャル成長させたｎ型シリコン層を用いる。
【００８３】
次いで、第１の低濃度不純物領域１０３上に、エピタキシャル成長により第２の低濃度不純物領域１０４を形成する（図５（Ａ）参照）。本実施の形態では、第２の低濃度不純物領域１０４として、エピタキシャル成長させたｐ型シリコン層を用いる。
【００８４】
なお上述のように、図５（Ａ）〜図５（Ｂ）、図６（Ａ）〜図６（Ｂ）、図７（Ａ）〜図７（Ｂ）、図８（Ａ）〜図８（Ｂ）、図９においては、絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ１１１の作製工程について説明している。絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ１４１を作製するには、第２の低濃度不純物領域１０４の代わりに、第２の低濃度不純物領域１３４を形成すればよい。ただし、第２の低濃度不純物領域１０４と第２の低濃度不純物領域１３４それぞれに含まれる不純物元素の濃度は異なる。
【００８５】
また当該ｎ型単結晶半導体基板の他方の面上に、第１の高濃度不純物領域１０１を形成する（図５（Ｂ）参照）。本実施の形態では、第１の高濃度不純物領域１０１として、エピタキシャル成長させたｐ型シリコン層を用いる。
【００８６】
また、第２の高濃度不純物領域１０２及び第１の低濃度不純物領域１０３において、ｎ型を付与する不純物元素の濃度は、第１の低濃度不純物領域１０３よりも第２の高濃度不純物領域１０２の方が高い。ｎ型を付与する不純物元素としては、リン（Ｐ）やヒ素（Ａｓ）を用いればよい。
【００８７】
第１の高濃度不純物領域１０１及び第２の低濃度不純物領域１０４において、ｐ型を付与する不純物元素の濃度は、第２の低濃度不純物領域１０４よりも第１の高濃度不純物領域１０１の方が高い。ｐ型を付与する不純物元素としては、ホウ素（Ｂ）を用いればよい。
【００８８】
次いで、第２の低濃度不純物領域１０４上にマスク１１２を形成する。マスク１１２を用いて、第２の低濃度不純物領域１０４及び第１の低濃度不純物領域１０３の一部を除去し、第２の低濃度不純物領域１０４及び第１の低濃度不純物領域１０３中に溝１１３を形成する（図６（Ａ）参照）。
【００８９】
第２の低濃度不純物領域１０４、第１の低濃度不純物領域１０３及び溝１１３を覆って、絶縁膜１１５及び導電膜１１６を形成する（図６（Ｂ）参照）。
【００９０】
次いで、絶縁膜１１５及び導電膜１１６の一部を除去し、第２の低濃度不純物領域１０４を露出させる。また、一部が除去された絶縁膜１１５（以下「ゲート絶縁膜１０７」と呼ぶ）、及び、一部が除去された導電膜１１６（以下「ゲート電極１０６」と呼ぶ）の表面も露出する（図７（Ａ）参照）。
【００９１】
露出した第２の低濃度不純物領域１０４、ゲート電極１０６及びゲート絶縁膜１０７上に、マスク１１７を形成する。マスク１１７を用いて、第２の低濃度不純物領域１０４にｎ型を付与する不純物元素１１８を添加する（図７（Ｂ）参照）。
【００９２】
上述の、第２の低濃度不純物領域１０４にｎ型を付与する不純物元素１１８を添加する工程により、第２の低濃度不純物領域１０４中に第３の高濃度不純物領域１０８が形成される（図８（Ａ）参照）。第３の高濃度不純物領域１０８に含まれるｎ型を付与する不純物元素１１８の濃度は、第１の低濃度不純物領域１０３よりも高い。
【００９３】
次いで、第３の高濃度不純物領域１０８の一部の領域、ゲート電極１０６及びゲート絶縁膜１０７上に、絶縁膜１０９を形成する（図８（Ｂ）参照）。
【００９４】
第３の高濃度不純物領域１０８の露出している領域に接して、導電膜１２１を形成する（図９参照）。以上のようにして、絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ１１１を作製する。
【００９５】
なお絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ１４１の作製においては、第３の高濃度不純物領域１３８の露出している領域に接して、導電膜１３１を形成する（図１３参照）。以上のようにして、絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ１４１を作製する。
【００９６】
上述のように、絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ１１１においては、ゲート電極１０６は導電膜１２３に電気的に接続されている。絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ１１１の第３の高濃度不純物領域１０８は、導電膜１２１に電気的に接続されている。
【００９７】
絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ１４１のゲート電極１０６は、導電膜１３３に電気的に接続されている。絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ１４１の第３の高濃度不純物領域１０８は、導電膜１３１に電気的に接続されている。導電膜１３１は、導電膜１３３に電気的に接続されている。すなわち、絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ１４１のゲート電極１０６は、導電膜１３１及び導電膜１３３を介して、第３の高濃度不純物領域１０８に電気的に接続されている。
【００９８】
ノーマリオフの絶縁ゲート型バイポーラトランジスタをスイッチイング素子のトランジスタ、ダイオード接続したノーマリオンの絶縁ゲート型バイポーラトランジスタをダイオードとして用いた場合の利点を以下に述べる。
【００９９】
「発明が解決しようとする課題」で述べたように、ｐｎ接合を用いたダイオードに印加すると、電圧降下が起こる。ｐｎ接合を用いたダイオードの場合、その順方向電圧降下は０．６ｅＶ〜０．８ｅＶである。
【０１００】
しかしながら、ノーマリオンの絶縁ゲート型バイポーラトランジスタは、ゲート電極にゲート電圧Ｖｇを印加したときに、コレクタ電流Ｉｃがすぐ立ち上がる。よってノーマリーオンの絶縁ゲート型バイポーラトランジスタをダイオード接続したものをダイオードとして用いると、ｐｎ接合を用いたダイオードよりも、電圧降下が小さいので好適である。
【０１０１】
ダイオード接続したノーマリオンの絶縁ゲート型バイポーラトランジスタは、ｐｎ接合を用いたダイオードよりも電圧降下が小さいので、電圧降下した分を補うために印加する電圧が小さくてよい。ダイオード接続したノーマリオンの絶縁ゲート型バイポーラトランジスタを用いると、電圧降下した分を補うために印加する電圧が小さくてよいので、光電変換装置の消費電力が小さくなる。
【０１０２】
以上から、ダイオード接続したノーマリオンの絶縁ゲート型バイポーラトランジスタをダイオードとして用いることは、電圧降下を抑制する点、電圧降下する分を補うために印加する電圧が小さくてよいという点、光電変換装置の消費電力を抑制するという点で好適である。
【０１０３】
図４にノーマリオフの絶縁ゲート型バイポーラトランジスタのＶ−Ｉ曲線Ｃ１及びノーマリオンの絶縁ゲート型バイポーラトランジスタのＶ−Ｉ曲線Ｃ２を示す。ノーマリオフの絶縁ゲート型バイポーラトランジスタのしきい値Ｖｔｈ１は０より大きく（Ｖｔｈ１＞０）、ノーマリオンの絶縁ゲート型バイポーラトランジスタのしきい値Ｖｔｈ２は０以下である（Ｖｔｈ２≦０）。ただしノーマリオンの絶縁ゲート型バイポーラトランジスタのしきい値Ｖｔｈ２が、マイナスであればあるほど、ノーマリオンの絶縁ゲート型バイポーラトランジスタのリーク電流が大きくなってしまう。そこで、ノーマリオンの絶縁ゲート型バイポーラトランジスタのしきい値Ｖｔｈ２がほぼ０である（Ｖｔｈ２≒０）と、より好適である。
【０１０４】
ノーマリオフとノーマリオンの絶縁ゲート型バイポーラトランジスタは、第２の低濃度不純物領域１０４及び第２の低濃度不純物領域１３４それぞれに含まれる不純物元素の濃度を変えることで、作り分けることが可能である。
【０１０５】
図１１に、ノーマリオン及びノーマリオフとなる不純物元素の濃度の境界を計算した計算結果を示す。
【０１０６】
本計算では、絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ１４１において、各領域の厚さや当該領域に含まれる不純物元素の濃度を、図１及び図２を参照し、以下に示す通りに定める。
【０１０７】
第１の高濃度不純物領域１０１の厚さＤ１は０．５μｍ、第２の高濃度不純物領域１０２の厚さＤ２は２．５μｍ、第１の低濃度不純物領域１０３の厚さＤ３は６４μｍ、第２の低濃度不純物領域１３４の厚さＤ４は３μｍ、チャネル長Ｌは２．４μｍ、ゲート電極１０６の厚さの半分Ｔ１は０．７μｍ、ゲート絶縁膜の厚さＴ２は２０ｎｍ、第３の高濃度不純物領域１０８の濃度は最大で１×１０２１ｃｍ−３、第１の低濃度不純物領域１０３の濃度は１×１０１５ｃｍ−３、第２の高濃度不純物領域１０２の濃度は最大で１×１０１９ｃｍ−３、第１の高濃度不純物領域１０１の濃度は最大で１×１０２０ｃｍ−３である。なお、第１の高濃度不純物領域１０１、第２の高濃度不純物領域１０２、及び第３の高濃度不純物領域１０８それぞれにおいて、各領域内で濃度を変化させたため最大の濃度を記載する。
【０１０８】
図１１に示すように、チャネル形成領域１４０中の不純物濃度が２×１０１６ｃｍ−３以下であると、絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ１４１はノーマリオンとなる。このようなノーマリオンの絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ１４１をダイオード接続したダイオードは、コレクタ電流Ｉｃがすぐ立ち上がるので好適である。
【０１０９】
一方、ノーマリオフの絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ１１１を得るには、チャネル形成領域１１０の不純物濃度を２×１０１６ｃｍ−３より高い濃度にすればよい。
【０１１０】
以上述べたように、本実施の形態により、絶縁ゲート型バイポーラトランジスタの積層構造を変えずに、チャネル形成領域の不純物濃度を変えることで、ノーマリオンとノーマリオフを作り分けることができる。
【０１１１】
図３（Ｂ）に示すコンバータ回路３１１は、トランジスタ３１２、コイル３１３、ダイオード３１９、コンデンサ３１５を有する降圧回路である。
【０１１２】
トランジスタ３１２のソースあるいはドレインの一方は、光電変換素子３１７のｐ型半導体層側及びｎ型半導体層側の一方の電極に電気的に接続されている。トランジスタ３１２のソースあるいはドレインの他方は、ダイオード３１９の出力端子及びコイル３１３の一方の端子と電気的に接続されている。ダイオード３１９の入力端子は、光電変換素子３１７のｐ型半導体層側及びｎ型半導体層側の他方の電極及びコンデンサ３１５の一方の端子に電気的に接続されている。ダイオード３１９の出力端子は、トランジスタ３１２のソースあるいはドレインの他方及びコイル３１３の一方の端子と電気的に接続されている。コイル３１３の一方の端子は、トランジスタ３１２のソースあるいはドレインの他方及びダイオード３１９の出力端子に電気的に接続されている。コイル３１３の他方の端子は、コンデンサ３１５の他方の端子及び出力端子ＯＵＴに電気的に接続されている。なお、光電変換素子３１７のｐ型半導体層側及びｎ型半導体層側の他方の電極、ダイオード３１９の入力端子、及びコンデンサ３１５の一方の端子は接地されている。
【０１１３】
トランジスタ３１２はスイッチング素子として機能する。またトランジスタ３１２のゲートは、コンバータ回路３１１の制御回路に接続されている。コンバータ回路３１１の制御回路からの信号により、トランジスタ３１２はオン状態あるいはオフ状態となる。
【０１１４】
スイッチング素子であるトランジスタ３１２がオン状態のとき、入力から出力に流れる降圧回路の電流により、コイル３１３には励磁エネルギーが蓄えられる。
【０１１５】
トランジスタ３１２がオフ状態になると、コイル３１３は電流を保とうとして起電力を発生させ、ダイオード３１９をオン状態にする。ダイオード３１９を通じて電流が流れることによって、電圧Ｖ２が低下する。電圧Ｖ１より電圧Ｖ２が低下するため、コンバータ回路３１１は降圧回路として機能する。
【０１１６】
なお本実施の形態において、トランジスタ３１２として絶縁ゲート型バイポーラトランジスタを用いる。
【０１１７】
上述のように、絶縁ゲート型バイポーラトランジスタは、入力部がＭＯＳ構造で、出力部がバイポーラ構造のパワー用トランジスタであり、高耐圧及び大電流に適したトランジスタである。このため、コンバータ回路３１１のスイッチング素子であるトランジスタ３１２に好適である。
【０１１８】
本実施の形態において、ダイオード３１９は整流素子として機能する。本実施の形態では、該ダイオード３１９として、ダイオード接続された絶縁ゲート型バイポーラトランジスタを用いる。該ダイオード接続された絶縁ゲート型バイポーラトランジスタとして、トランジスタ３１２と同様の構造を有する絶縁ゲート型バイポーラトランジスタを作製し、そのゲート電極とドレイン領域を電気的に接続すればよい。これにより、トランジスタ３１２とダイオード３１９が同時に作製することができるため、作製工程を低減させることが可能である。コンバータ回路３１１の作製工程を低減することが可能なため、コンバータ回路３１１の作製コストを抑制することが可能である。
【０１１９】
また上述のように、絶縁ゲート型バイポーラトランジスタは、高耐圧及び大電流に適したトランジスタである。このため、ダイオード接続された絶縁ゲート型バイポーラトランジスタを、コンバータ回路３１１のダイオード３１９として用いることは好適である。
【０１２０】
上述したように、スイッチング素子であるトランジスタ３１２は、ノーマリオフの絶縁ゲート型バイポーラトランジスタを用いる。また整流素子であるダイオード３１９は、ダイオード接続されたノーマリオンの絶縁ゲート型バイポーラトランジスタを用いる。ノーマリオンの絶縁ゲート型バイポーラトランジスタをダイオード接続したものをダイオード３１９として用いるので、ｐｎ接合を用いたダイオードよりも、電圧降下が小さい。
【０１２１】
また上述のように、本実施の形態により、絶縁ゲート型バイポーラトランジスタの積層構造を変えずに、チャネル形成領域の不純物濃度を変えることで、ノーマリオンとノーマリオフを作り分けることができる。
【０１２２】
また本実施の形態において、コイル３１３として、基板上にコイル状に形成した配線を用いることができる。
【０１２３】
また、本実施の形態において、コンデンサ３１５として、例えば第１の電極と、第２の電極と、誘電体とを有する構成のコンデンサを用いることができる。
【０１２４】
以上のように、本実施の形態のコンバータ回路では、整流素子であるダイオードとして、ダイオード接続したノーマリオンの絶縁ゲート型バイポーラトランジスタを用いる。ダイオード接続したノーマリオンの絶縁ゲート型バイポーラトランジスタは、ｐｎ接合を用いたダイオードよりも電圧降下が小さいので、電圧降下する分を補うために印加する電圧が小さくてよい。ダイオード接続したノーマリオンの絶縁ゲート型バイポーラトランジスタを用いると、電圧降下した分を補うために印加する電圧が小さくてよいので、コンバータ回路の消費電力が小さくなる。コンバータ回路の消費電力が小さくなると、光電変換装置の消費電力も小さくなる。
【０１２５】
なお、本実施の形態のコンバータ回路において、上述した絶縁ゲート型バイポーラトランジスタに代えて、電界効果型トランジスタ（Ｆｉｅｌｄ Ｅｆｆｅｃｔ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ：ＦＥＴ）、代表的にはＭＯＳ（Ｍｅｔａｌ Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）トランジスタ（以下「ＭＯＳＦＥＴ」と呼ぶ）を用いてもよい。図１の絶縁ゲート型バイポーラトランジスタに代えて、ＭＯＳＦＥＴを用いた場合について以下に説明する。
【０１２６】
図１９は、ＭＯＳＦＥＴ１５１及びＭＯＳＦＥＴ１６１の断面図である。ＭＯＳＦＥＴ１５１は、図１の絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ１１１と同様に、図３（Ａ）のトランジスタ３０２及び図３（Ｂ）のトランジスタ３１２として用いることが可能である。またＭＯＳＦＥＴ１６１は、図１の絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ１４１と同様に、図３（Ａ）のダイオード３０９及び及び図３（Ｂ）のダイオード３１９として用いることが可能である。
【０１２７】
なお図１９において、図１と同じものは同じ符号で示している。また図１９に示すＭＯＳＦＥＴ１５１及びＭＯＳＦＥＴ１６１それぞれの構造や材料については、図１に示す絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ１１１及び絶縁ゲート型バイポーラトランジスタの構造や材料を参酌できる。
【０１２８】
ＭＯＳＦＥＴ１５１は、導電膜１１４、高濃度不純物領域１０２、低濃度不純物領域１０３、低濃度不純物領域１０４、絶縁膜１０９、導電膜１２１を有する。ＭＯＳＦＥＴ１５１は、低濃度不純物領域１０３及び低濃度不純物領域１０４に、埋め込まれたゲート電極１０６及びゲート絶縁膜１０７を有する。さらに低濃度不純物領域１０４中に、高濃度不純物領域１０８が設けられている。低濃度不純物領域１０４は、第１の導電型を付与する第１の不純物元素が含まれている。また高濃度不純物領域１０２、低濃度不純物領域１０３、及び高濃度不純物領域１０８には、第１の導電型とは逆の導電型である第２の導電型を付与する第２の不純物元素が含まれている。
【０１２９】
ＭＯＳＦＥＴ１５１において高濃度不純物領域１０８は、ソース領域又はドレイン領域の一方として機能する。またＭＯＳＦＥＴ１５１において、高濃度不純物領域１０２は、ソース領域又はドレイン領域の他方として機能する。
【０１３０】
導電膜１２１は、ソース電極又はドレイン電極の一方として機能し、導電膜１１４はソース電極又はドレイン電極の他方として機能する。
【０１３１】
ＭＯＳＦＥＴ１６１は、導電膜１１４、高濃度不純物領域１０２、低濃度不純物領域１０３、低濃度不純物領域１３４、絶縁膜１０９、導電膜１３１を有する。
【０１３２】
ＭＯＳＦＥＴ１６１は、低濃度不純物領域１０３及び低濃度不純物領域１３４に、埋め込まれたゲート電極１０６及びゲート絶縁膜１０７を有する。さらに低濃度不純物領域１３４中に、高濃度不純物領域１３８が設けられている。高濃度不純物領域１３８は、高濃度不純物領域１０８と同じ導電型を付与する不純物元素を、同じ濃度で有している。
【０１３３】
低濃度不純物領域１３４中の高濃度不純物領域１３８、及びゲート電極１０６の間の領域に、チャネル形成領域１４０が形成される。すなわち、チャネル形成領域１４０と低濃度不純物領域１３４に含まれる不純物元素及びその濃度は同じである。
【０１３４】
チャネル形成領域１４０に含まれる第１の不純物元素の濃度、すなわち低濃度不純物領域１３４に含まれる第１の不純物元素の濃度は、ＭＯＳＦＥＴ１６１がノーマリオンとなる濃度に制御されている。一方、チャネル形成領域１１０に含まれる第１の不純物元素の濃度、すなわち低濃度不純物領域１０４に含まれる第１の不純物元素の濃度は、ＭＯＳＦＥＴ１５１がノーマリオフとなる濃度に制御されている。
【０１３５】
すなわち、チャネル形成領域１１０及びチャネル形成領域１４０に含まれる第１の不純物元素の濃度は異なっており、それぞれの濃度がノーマリオフとなるかノーマリオンとなるかを決定する。
【０１３６】
よって、ノーマリオフのＭＯＳＦＥＴとノーマリオンのＭＯＳＦＥＴを、チャネル形成領域１１０及びチャネル形成領域１４０の不純物濃度を変えるだけで、作り分けることが可能である。
【０１３７】
なお、ＭＯＳＦＥＴ１６１において、高濃度不純物領域１３８は、ソース領域又はドレイン領域の一方として機能する。またＭＯＳＦＥＴ１６１において、高濃度不純物領域１０２は、ソース領域又はドレイン領域の他方として機能する。
【０１３８】
またＭＯＳＦＥＴ１６１において、導電膜１３１は、ソース電極又はドレイン電極の一方として機能し、導電膜１１４はソース電極又はドレイン電極の他方として機能する。
【０１３９】
また本実施の形態により、コンバータ回路のスイッチング素子であるトランジスタ、及び整流素子であるダイオードを、同じ材料及び同じ工程で作製することができる。
【０１４０】
本実施の形態の光電変換素子３０７或いは光電変換素子３１７を図１４を用いて説明する。本実施の形態では、光電変換素子３０７の一例として、非晶質半導体層を光電変換層に有する太陽電池について述べる。
【０１４１】
図１４に示す太陽電池は、基板２０１上に、ｐ型非晶質半導体層２１３、真性非晶質半導体層２１４、及びｎ型非晶質半導体層２１５を有する、非晶質半導体層の光電変換層２１１を備えている。光電変換層２１１の一方の面には、導電膜２１０が設けられている。光電変換層２１１の他方の面には、導電膜２１２が設けられている。
【０１４２】
具体的には、導電膜２１０上に、ｐ型非晶質半導体層２１３、真性非晶質半導体層２１４、ｎ型非晶質半導体層２１５が積層される。ｎ型非晶質半導体層２１５上には、導電膜２１２が設けられる。
【０１４３】
導電膜２１０、光電変換層２１１、及び導電膜２１２はそれぞれ、所定の形状に加工されている。当該所定の形状に加工された導電膜２１０、光電変換層２１１、及び導電膜２１２は、１つのセル２０２を構成する。各セル２０２は、異なるセルと直列に接続されている。各セル２０２が異なるセル２０２と直列に接続されていると、出力電圧を上昇させることが可能である。
【０１４４】
基板２０１は、基板２０１側から光が入射することを想定して、太陽光に対して透光性を有する材料を用いる。
【０１４５】
透光性を有する基板２０１として、例えば、青板ガラス、白板ガラス、鉛ガラス、強化ガラス、セラミックガラスなどのガラス板を用いることができる。また、アルミノシリケート酸ガラス、バリウムホウケイ酸ガラス、アルミノホウケイ酸ガラスなどの無アルカリガラス基板、石英基板、セラミック基板を用いることができる。
【０１４６】
透光性を有する基板２０１として、プラスチック等の可撓性を有する合成樹脂からなる基板（プラスチック基板）を用いる場合は、上記基板と比較して耐熱温度が一般的に低い傾向にあるが、作製工程における処理温度に耐え得るのであれば用いることが可能である。
【０１４７】
プラスチック基板として、ポリエステル、ポリエーテルスルホン（ＰＥＳ）、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリアミド系合成繊維、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、ポリスルホン（ＰＳＦ）、ポリエーテルイミド（ＰＥＩ）、ポリアリレート（ＰＡＲ）、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）、ポリイミド、アクリロニトリルブタジエンスチレン樹脂、ポリ塩化ビニル、ポリプロピレン、ポリ酢酸ビニル、アクリル樹脂などが挙げられる。ポリエステルとして、例えば、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）が挙げられる。
【０１４８】
導電膜２１０は、基板２０１側から光が入射するので、太陽光に対して透光性を有する導電材料を用いて形成する。
【０１４９】
透光性を有する導電材料として、例えば、インジウム錫酸化物（Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ：ＩＴＯ）、酸化珪素を含むインジウム錫酸化物（ＩＴＳＯ）、有機インジウム、有機スズ、酸化亜鉛、酸化亜鉛（ＺｎＯ）を含むインジウム亜鉛酸化物（ＩＺＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｚｉｎｃ Ｏｘｉｄｅ））、ガリウム（Ｇａ）をドープしたＺｎＯ、酸化スズ（ＳｎＯ２）、酸化タングステンを含むインジウム酸化物、酸化タングステンを含むインジウム亜鉛酸化物、酸化チタンを含むインジウム酸化物、酸化チタンを含むインジウム錫酸化物などが好適である。
【０１５０】
なお、導電膜２１０にインジウム錫酸化物を用いる場合、導電膜２１０上に、後の工程で形成するｐ型非晶質半導体層２１３を形成すると、ｐ型非晶質半導体層２１３中に存在する水素が、導電膜２１０中のインジウム錫酸化物を還元してしまう。そのため、導電膜２１０の膜質が劣化する恐れがある。
【０１５１】
インジウム錫酸化物を導電膜２１０に用いる場合、インジウム錫酸化物が還元されるのを防ぐために、インジウム錫酸化物を用いた導電膜とｐ型非晶質半導体層２１３との間に、酸化スズを用いた導電膜、または、酸化亜鉛と窒化アルミニウムとの混合材料を含む導電性材料を用いた導電膜を、数十ｎｍの膜厚で積層したものを、導電膜２１０として用いることが好ましい。
【０１５２】
また、導電膜２１０の、光電変換層２１１側の面に凹凸を形成しておくと、導電膜２１０において光が屈折または乱反射する。このため、光電変換層２１１内における光の吸収率を高め、変換効率を高めることができるので好適である。
【０１５３】
導電膜２１０上には、ｐ型非晶質半導体層２１３、真性非晶質半導体層２１４、ｎ型非晶質半導体層２１５が順に積層された光電変換層２１１が設けられている。
【０１５４】
本実施の形態では、ｐ型非晶質半導体層２１３として、ｐ型非晶質珪素層を用いる。ｐ型非晶質珪素層は、ｐ型を付与する元素、例えばホウ素を含む珪素層である。
【０１５５】
また本実施の形態では、真性非晶質半導体層２１４として、真性非晶質珪素層を用いる。
【０１５６】
本実施の形態では、ｎ型非晶質半導体層２１５として、ｎ型非晶質珪素層を用いる。ｎ型非晶質珪素層は、ｎ型を付与する元素、例えばリンを含む珪素層である。
【０１５７】
なお、本実施の形態では、光電変換層２１１として、ｐ型非晶質半導体層２１３、真性非晶質半導体層２１４、ｎ型非晶質半導体層２１５が順に積層された例を示すが、積層の順番はｎ型非晶質半導体層、真性非晶質半導体層、ｐ型非晶質半導体層の順でもよい。
【０１５８】
ただし、非晶質半導体層あるいは単結晶半導体層に限らず、ｐ型半導体層はｎ型半導体層よりも、光が入射される側に近くなるよう配置することが望ましい。ホールのキャリアとしての寿命は、電子のキャリアとしての寿命の約半分と短い。ｐｉｎ接合を有する光電変換層に光が照射されると、真性半導体層内において多量の電子とホールが形成され、電子はｎ型半導体層側へ、ホールはｐ型半導体層側へ移動し、起電力を得ることができる。
【０１５９】
光の照射をｐ型半導体層側から行うと、電子とホールの形成が、真性半導体層内のｎ型半導体層よりもｐ型半導体層に近い側において多く行われる。そのため、寿命が短いホールがｐ型半導体層へ移動する距離を、短くすることができ、その結果、高い起電力を得ることができる。
【０１６０】
本実施の形態では、光はｐ型半導体層側及びｎ型半導体層側の両方から入射する。そのため、光電変換層の積層の順番は、ｎ型半導体層、真性半導体層、ｐ型半導体層、あるいは、ｐ型半導体層、真性半導体層、ｎ型半導体層、のどちらでもよい。しかし、入射する光の強度がより強い側にｐ型半導体層を設けると、より高い起電力を得ることができる。
【０１６１】
以上説明したように、本実施の形態の光電変換装置は、消費電力を抑制することが可能である。また本実施の形態の光電変換装置は、作製コストを抑制することが可能である。
【０１６２】
［実施の形態２］
本実施の形態では、実施の形態１で述べたコンバータ回路の回路構成の一例について、図１５を用いて説明する。
【０１６３】
図１５は電源回路６０１の構成例である。電源回路６０１は、コンバータ回路である電圧変換回路６０２、及び電圧変換回路６０２の制御回路６０３を有している。電圧変換回路６０２は、実施の形態１でも述べたＤＣ−ＤＣコンバータである。
【０１６４】
電圧変換回路６０２は、トランジスタ６１１、コイル６１２、ダイオード６１３、及びコンデンサ６１４を有している。制御回路６０３は、三角波発生回路６２１、デジタル制御方式の回路６５０、パルス幅変調出力ドライバ６２３、抵抗６２４、及び抵抗６２５を有している。また点線の矢印６２７は帰還回路のループを表している。抵抗６２４の出力電圧である帰還電圧Ｖｆｂは、デジタル制御方式の回路６５０に入力される。
【０１６５】
電圧変換回路６０２のダイオード６１３に、実施の形態１で述べた、ダイオード接続したノーマリオンの絶縁ゲート型バイポーラトランジスタを用いると、電圧降下を抑制できるという点で好適である。
【０１６６】
電圧変換回路６０２のトランジスタ６１１に、実施の形態１で述べた、ノーマリオフの絶縁ゲート型バイポーラトランジスタを用いると、絶縁ゲート型バイポーラトランジスタの積層構造を変えずに、チャネル形成領域の不純物濃度を変えることで、ノーマリオンとノーマリオフを作り分けることができるという点で好適である。
【０１６７】
デジタル制御方式の回路６５０は、コンパレータ６５１、デジタル演算処理回路６５２、パルス幅変調出力ドライバ６５３、及びローパスフィルタ６５４（ローパスフィルタ：Ｌｏｗ Ｐａｓｓ Ｆｉｌｔｅｒ（ＬＰＦ））を有している。
【０１６８】
デジタル制御方式の回路６５０の内、デジタル演算処理回路６５２及びパルス幅変調出力ドライバ６５３はデジタル回路である。デジタル回路は、回路を流れる信号の基準に対する高低によって、１か０（ゼロ）かを判断する。デジタル回路は、１か０（ゼロ）かを判断するため、デジタル回路を構成する素子の特性がばらついても、正しく処理する事が可能である。
【０１６９】
またデジタル制御方式の回路６５０は、占有面積の大きい受動素子（例えば、容量や抵抗）の使用を抑制してるので、回路の占有面積を小さくすることが可能であるという点で好適である。
【０１７０】
コンパレータ６５１は、反転入力端子ＲＥＦから入力される参照電圧Ｖｒｅｆと、非反転入力端子ＩＮから入力される入力電圧Ｖｉｎとを比較して、Ｈ（ハイレベル）かＬ（ローレベル）、すなわち１か０（ゼロ）であるデジタル信号を出力する。
【０１７１】
デジタル演算処理回路６５２は、デジタル平均化・積分器６５２ａ及びデジタルパルス幅変調器６５２ｂを有している。またデジタル演算処理回路６５２には、外部からクロック分割器６５５が接続され、クロック分割器６５５からのクロック信号が入力される。
【０１７２】
デジタル演算処理回路６５２は、コンパレータ６５１から出力されたデジタル信号を、平均化処理、積分化処理、及び、デジタルパルス幅変調処理を行う。デジタル演算処理回路６５２中のデジタル平均化・積分器６５２ａが平均化処理及び積分化処理を行い、デジタルパルス幅変調器６５２ｂがデジタルパルス幅変調処理を行う。
【０１７３】
デジタル演算処理回路６５２では、まず、コンパレータ６５１から出力されたデジタル信号（Ｈ（ハイレベル）またはＬ（ローレベル））をＮビット保持し、ＨとＬの回数を比較し、多い方の信号を出力する。これによりデジタル信号の平均化が行われる。
【０１７４】
平均化されたデジタル信号に応じて、Ｈであれば「−１」、Ｌであれば「＋１」を加えて積算する。これにより、平均化されたデジタル信号が積分される。
【０１７５】
積分されたデジタル信号に応じて、パルス幅変調の位相位置の設定を行う。これによりデジタルパルス幅変調処理化が行われる。デジタルパルス幅変調処理化されたパルス幅変調出力信号は、パルス幅変調出力ドライバ６５３に入力される。
【０１７６】
三角波発生回路６２１は、パルス幅変調生成信号に必要な三角波Ｖｏｓｃを発生させる回路である。
【０１７７】
パルス幅変調出力ドライバ６２３の反転入力端子にはデジタル制御方式の回路６５０の出力信号Ｖｅｒｒが入力され、非反転入力端子には三角波発生回路６２１が生成した三角波Ｖｏｓｃが入力される。
【０１７８】
パルス幅変調出力ドライバ６２３は、デジタル制御方式の回路６５０の出力信号Ｖｅｒｒと三角波Ｖｏｓｃを比較し、三角波Ｖｏｓｃの信号レベルがデジタル制御方式の回路６５０の出力信号Ｖｅｒｒより大きい場合は、Ｈ（ハイレベル）をパルス幅変調信号としてトランジスタ６１１に出力する。一方、三角波Ｖｏｓｃの信号レベルがデジタル制御方式の回路６５０の出力信号Ｖｅｒｒより小さい場合は、Ｌ（ローレベル）をパルス幅変調信号としてトランジスタ６１１に出力する。
【０１７９】
以上説明したように、本実施の形態の光電変換装置は、消費電力を抑制することが可能である。また本実施の形態の光電変換装置は、作製コストを抑制することが可能である。
【０１８０】
［実施の形態３］
本実施の形態では、実施の形態１又は実施の形態２などにより得られる光電変換装置を用いて、太陽光発電モジュールを得る。得られた太陽光発電モジュールを電動推進車両に搭載する例について説明する。
【０１８１】
本実施の形態の太陽光発電モジュールの例を、図１６（Ａ）〜図１６（Ｂ）、図１７（Ａ）〜図１７（Ｂ）、図１８に示す。本実施の形態の太陽光発電モジュールは、実施の形態１又は実施の形態２に示す光電変換装置を用いて作製される。
【０１８２】
図１８に、太陽光発電モジュール８００を用いた太陽光発電システムの例を示す。
【０１８３】
太陽光発電モジュール８００には、ＤＣ−ＤＣコンバータ等を具備する電圧変換回路８５１が接続されている。該電圧変換回路８５１により、太陽光発電モジュール８００の出力電圧が昇圧或いは降圧される。
【０１８４】
電圧変換回路８５１には、制御回路８５３が接続されている。制御回路８５３は、太陽光発電モジュール８００の最大電力を取り出すように、電圧変換回路８５１を最大電力点追従（ＭＰＰＴ）制御する。
【０１８５】
また、制御回路８５３は、電圧変換回路８５１からの出力電圧を制御し、蓄電池８４０を充電する。また制御回路８５３は、蓄電池８４０が十分に充電されている場合、太陽光発電モジュール８００から供給される電力を外部回路８４１に直接出力するよう制御する。
【０１８６】
当該太陽光発電モジュール８００は、実施の形態１又は実施の形態２に示す光電変換装置を用いて作製する。本実施の形態では、太陽光発電モジュール８００の例として、実施の形態１で述べた非晶質半導体層を光電変換層２１１に有する太陽電池を用いる。なお、太陽光発電モジュール８００は、上記太陽電池に限定されるものではなく、実施の形態１で述べた他の太陽電池であってもよい。
【０１８７】
蓄電池８４０として電気二重層キャパシタを用いると、充電に化学反応を必要としないため、急速な充電が可能である。また、化学反応を利用する鉛蓄電池などに比べ、寿命を８倍程度、充放電効率を１．５倍程度に高めることができる。本実施の形態において示す太陽光発電システムは、照明、電子機器など、電力を使用する様々な外部回路８４１に対して用いることができる。
【０１８８】
図１６（Ａ）及び図１６（Ｂ）に、太陽光発電モジュール８００の構造の一例を示す。
【０１８９】
太陽光発電モジュール８００は、実施の形態１で述べた、非晶質半導体層を有する光電変換層２１１を用いた太陽電池である。図１６（Ａ）及び図１６（Ｂ）において、図１４と同じものは同じ符号で示している。図１６（Ｂ）は、図１６（Ａ）のＣ−Ｃ’に対する断面図である。
【０１９０】
光電変換層２１１上に設けられた導電膜２１２に接して、補助電極８０７及び補助電極８０８が設けられる。補助電極８０７及び補助電極８０８はそれぞれ、最も端部のセルの導電膜２１２に電気的に接続されている。
【０１９１】
図１７（Ａ）および図１７（Ｂ）に、図１６に示した太陽光発電モジュール８００をルーフ部分に用いた電動推進車両８６０（乗用自動車）の例を示す。太陽光発電モジュール８００は、コンバータ８６２を介してバッテリーまたはキャパシタ８６４に接続されている。すなわち、バッテリーまたはキャパシタ８６４は、太陽光発電モジュール８００から供給される電力を用いて充電される。また、エンジン８６６の動作状況をモニタ８６８で監視して、その状況に応じて充電及び放電を選択させる構成としても良い。
【０１９２】
太陽光発電モジュール８００は、熱によって光電変換効率が低下する傾向にある。このような光電変換効率の低下を抑制するために、太陽光発電モジュール８００内に冷却用の液体などを循環させる構成としても良い。例えば、ラジエータ８７０の冷却水を循環ポンプ８７２によって循環させる構成とすることができる。もちろん、冷却用の液体をラジエータ８７０と共用することには限定されない。また、光電変換効率の低下が深刻でない場合には、液体を循環させる構成は不要である。
【０１９３】
本実施の形態の光電変換装置は、ダイオードの電圧降下を抑制する点、電圧降下した分を補うために印加する電圧が小さくてよいという点、コンバータ回路の消費電力を抑制するという点、及び光電変換装置の消費電力を抑制するという点で好適である。
【０１９４】
また本実施の形態の光電変換装置は、コンバータ回路の作製コストを抑制するという点、光電変換装置の作製コストを抑制するという点で好適である。
【符号の説明】
【０１９５】
１０１ 高濃度不純物領域
１０２ 高濃度不純物領域
１０３ 低濃度不純物領域
１０４ 低濃度不純物領域
１０６ ゲート電極
１０７ ゲート絶縁膜
１０８ 高濃度不純物領域
１０９ 絶縁膜
１１０ チャネル形成領域
１１１ 絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ
１１２ マスク
１１３ 溝
１１４ 導電膜
１１５ 絶縁膜
１１６ 導電膜
１１７ マスク
１１８ 不純物元素
１２１ 導電膜
１２３ 導電膜
１３１ 導電膜
１３３ 導電膜
１３４ 低濃度不純物領域
１３８ 高濃度不純物領域
１４０ チャネル形成領域
１４１ 絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ
１５１ ＭＯＳＦＥＴ
１６１ ＭＯＳＦＥＴ
２０１ 基板
２０２ セル
２１０ 導電膜
２１１ 光電変換層
２１２ 導電膜
２１３ ｐ型非晶質半導体層
２１４ 真性非晶質半導体層
２１５ ｎ型非晶質半導体層
３０１ コンバータ回路
３０２ トランジスタ
３０３ コイル
３０５ コンデンサ
３０７ 光電変換素子
３０９ ダイオード
３１１ コンバータ回路
３１２ トランジスタ
３１３ コイル
３１５ コンデンサ
３１７ 光電変換素子
３１９ ダイオード
６０１ 電源回路
６０２ 電圧変換回路
６０３ 制御回路
６１１ トランジスタ
６１２ コイル
６１３ ダイオード
６１４ コンデンサ
６２１ 三角波発生回路
６２３ パルス幅変調出力ドライバ
６２４ 抵抗
６２５ 抵抗
６２７ 矢印
６５０ 回路
６５１ コンパレータ
６５２ デジタル演算処理回路
６５２ａ デジタル平均化・積分器
６５２ｂ デジタルパルス幅変調器
６５３ パルス幅変調出力ドライバ
６５４ ローパスフィルタ
６５５ クロック分割器
８００ 太陽光発電モジュール
８０７ 補助電極
８０８ 補助電極
８４０ 蓄電池
８４１ 外部回路
８５１ 電圧変換回路
８５３ 制御回路
８６０ 電動推進車両
８６２ コンバータ
８６４ キャパシタ
８６６ エンジン
８６８ モニタ
８７０ ラジエータ
８７２ 循環ポンプ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光電変換素子と、
前記光電変換素子の出力を昇圧又は降圧し、スイッチング素子及び整流素子を有するコンバータ回路と、
を有する光電変換装置であり、
前記スイッチング素子として、ノーマリオフの第１の絶縁ゲート型バイポーラトランジスタと、
前記整流素子として、ダイオード接続されたノーマリオンの第２の絶縁ゲート型バイポーラトランジスタと、
を有することを特徴とする光電変換装置。
【請求項２】
光電変換素子と、
前記光電変換素子の出力を昇圧又は降圧し、スイッチング素子及び整流素子を有するコンバータ回路と、
を有する光電変換装置であり、
前記スイッチング素子として、ノーマリオフの第１の絶縁ゲート型バイポーラトランジスタと、
前記整流素子として、ダイオード接続されたノーマリオンの第２の絶縁ゲート型バイポーラトランジスタと、
を有し、
前記第１の絶縁ゲート型バイポーラトランジスタは、第１のエミッタ領域と、第１のチャネル形成領域と、第１のコレクタ領域を有し、
前記第２の絶縁ゲート型バイポーラトランジスタは、第２のエミッタ領域と、前記第１のチャネル形成領域とは異なる不純物濃度を有する第２のチャネル形成領域と、第２のコレクタ領域を有することを特徴とする光電変換装置。
【請求項３】
太陽電池と、
前記太陽電池の出力を昇圧又は降圧し、スイッチング素子及び整流素子を有するコンバータ回路と、
を有する光電変換装置であり、
前記スイッチング素子として、ノーマリオフの第１の絶縁ゲート型バイポーラトランジスタと、
前記整流素子として、ダイオード接続されたノーマリオンの第２の絶縁ゲート型バイポーラトランジスタと、
を有することを特徴とする光電変換装置。
【請求項４】
太陽電池と、
前記太陽電池の出力を昇圧又は降圧し、スイッチング素子及び整流素子を有するコンバータ回路と、
を有する光電変換装置であり、
前記スイッチング素子として、ノーマリオフの第１の絶縁ゲート型バイポーラトランジスタと、
前記整流素子として、ダイオード接続されたノーマリオンの第２の絶縁ゲート型バイポーラトランジスタと、
を有し、
前記第１の絶縁ゲート型バイポーラトランジスタは、第１のエミッタ領域と、第１のチャネル形成領域と、第１のコレクタ領域を有し、
前記第２の絶縁ゲート型バイポーラトランジスタは、第２のエミッタ領域と、前記第１のチャネル形成領域とは異なる不純物濃度を有する第２のチャネル形成領域と、第２のコレクタ領域を有することを特徴とする光電変換装置。
【請求項５】
光電変換素子と、
前記光電変換素子の出力を昇圧又は降圧し、スイッチング素子及び整流素子を有するコンバータ回路と、
を有する光電変換装置であり、
前記スイッチング素子として、ノーマリオフの第１の電界効果型トランジスタと、
前記整流素子として、ダイオード接続されたノーマリオンの第２の電界効果型トランジスタと、
を有することを特徴とする光電変換装置。
【請求項６】
光電変換素子と、
前記光電変換素子の出力を昇圧又は降圧し、スイッチング素子及び整流素子を有するコンバータ回路と、
を有する光電変換装置であり、
前記スイッチング素子として、ノーマリオフの第１の電界効果型トランジスタと、
前記整流素子として、ダイオード接続されたノーマリオンの第２の電界効果型トランジスタと、
を有し、
前記第１の電界効果型トランジスタは、第１のソース領域及びドレイン領域と、第１のチャネル形成領域を有し、
前記第２の電界効果型トランジスタは、第２のソース領域及びドレイン領域と、前記第１のチャネル形成領域とは異なる不純物濃度を有する第２のチャネル形成領域を有することを特徴とする光電変換装置。
【請求項７】
太陽電池と、
前記太陽電池の出力を昇圧又は降圧し、スイッチング素子及び整流素子を有するコンバータ回路と、
を有する光電変換装置であり、
前記スイッチング素子として、ノーマリオフの第１の電界効果型トランジスタと、
前記整流素子として、ダイオード接続されたノーマリオンの第２の電界効果型トランジスタと、
を有することを特徴とする光電変換装置。
【請求項８】
太陽電池と、
前記太陽電池の出力を昇圧又は降圧し、スイッチング素子及び整流素子を有するコンバータ回路と、
を有する光電変換装置であり、
前記スイッチング素子として、ノーマリオフの第１の電界効果型トランジスタと、
前記整流素子として、ダイオード接続されたノーマリオンの第２の電界効果型トランジスタと、
を有し、
前記第１の電界効果型トランジスタは、第１のソース領域及びドレイン領域と、第１のチャネル形成領域を有し、
前記第２の電界効果型トランジスタは、第２のソース領域及びドレイン領域と、前記第１のチャネル形成領域とは異なる不純物濃度を有する第２のチャネル形成領域を有することを特徴とする光電変換装置。
【請求項９】
請求項１乃至請求項８のいずれか一項において、
前記コンバータ回路は、ＤＣ−ＤＣコンバータであることを特徴とする光電変換装置。
【請求項１０】
請求項１乃至請求項９のいずれか一項において、
前記コンバータ回路は、コイル、及びコンデンサを有するＤＣ−ＤＣコンバータであることを特徴とする光電変換装置。
【請求項１】
光電変換素子と、
前記光電変換素子の出力を昇圧又は降圧し、スイッチング素子及び整流素子を有するコンバータ回路と、
を有する光電変換装置であり、
前記スイッチング素子として、ノーマリオフの第１の絶縁ゲート型バイポーラトランジスタと、
前記整流素子として、ダイオード接続されたノーマリオンの第２の絶縁ゲート型バイポーラトランジスタと、
を有することを特徴とする光電変換装置。
【請求項２】
光電変換素子と、
前記光電変換素子の出力を昇圧又は降圧し、スイッチング素子及び整流素子を有するコンバータ回路と、
を有する光電変換装置であり、
前記スイッチング素子として、ノーマリオフの第１の絶縁ゲート型バイポーラトランジスタと、
前記整流素子として、ダイオード接続されたノーマリオンの第２の絶縁ゲート型バイポーラトランジスタと、
を有し、
前記第１の絶縁ゲート型バイポーラトランジスタは、第１のエミッタ領域と、第１のチャネル形成領域と、第１のコレクタ領域を有し、
前記第２の絶縁ゲート型バイポーラトランジスタは、第２のエミッタ領域と、前記第１のチャネル形成領域とは異なる不純物濃度を有する第２のチャネル形成領域と、第２のコレクタ領域を有することを特徴とする光電変換装置。
【請求項３】
太陽電池と、
前記太陽電池の出力を昇圧又は降圧し、スイッチング素子及び整流素子を有するコンバータ回路と、
を有する光電変換装置であり、
前記スイッチング素子として、ノーマリオフの第１の絶縁ゲート型バイポーラトランジスタと、
前記整流素子として、ダイオード接続されたノーマリオンの第２の絶縁ゲート型バイポーラトランジスタと、
を有することを特徴とする光電変換装置。
【請求項４】
太陽電池と、
前記太陽電池の出力を昇圧又は降圧し、スイッチング素子及び整流素子を有するコンバータ回路と、
を有する光電変換装置であり、
前記スイッチング素子として、ノーマリオフの第１の絶縁ゲート型バイポーラトランジスタと、
前記整流素子として、ダイオード接続されたノーマリオンの第２の絶縁ゲート型バイポーラトランジスタと、
を有し、
前記第１の絶縁ゲート型バイポーラトランジスタは、第１のエミッタ領域と、第１のチャネル形成領域と、第１のコレクタ領域を有し、
前記第２の絶縁ゲート型バイポーラトランジスタは、第２のエミッタ領域と、前記第１のチャネル形成領域とは異なる不純物濃度を有する第２のチャネル形成領域と、第２のコレクタ領域を有することを特徴とする光電変換装置。
【請求項５】
光電変換素子と、
前記光電変換素子の出力を昇圧又は降圧し、スイッチング素子及び整流素子を有するコンバータ回路と、
を有する光電変換装置であり、
前記スイッチング素子として、ノーマリオフの第１の電界効果型トランジスタと、
前記整流素子として、ダイオード接続されたノーマリオンの第２の電界効果型トランジスタと、
を有することを特徴とする光電変換装置。
【請求項６】
光電変換素子と、
前記光電変換素子の出力を昇圧又は降圧し、スイッチング素子及び整流素子を有するコンバータ回路と、
を有する光電変換装置であり、
前記スイッチング素子として、ノーマリオフの第１の電界効果型トランジスタと、
前記整流素子として、ダイオード接続されたノーマリオンの第２の電界効果型トランジスタと、
を有し、
前記第１の電界効果型トランジスタは、第１のソース領域及びドレイン領域と、第１のチャネル形成領域を有し、
前記第２の電界効果型トランジスタは、第２のソース領域及びドレイン領域と、前記第１のチャネル形成領域とは異なる不純物濃度を有する第２のチャネル形成領域を有することを特徴とする光電変換装置。
【請求項７】
太陽電池と、
前記太陽電池の出力を昇圧又は降圧し、スイッチング素子及び整流素子を有するコンバータ回路と、
を有する光電変換装置であり、
前記スイッチング素子として、ノーマリオフの第１の電界効果型トランジスタと、
前記整流素子として、ダイオード接続されたノーマリオンの第２の電界効果型トランジスタと、
を有することを特徴とする光電変換装置。
【請求項８】
太陽電池と、
前記太陽電池の出力を昇圧又は降圧し、スイッチング素子及び整流素子を有するコンバータ回路と、
を有する光電変換装置であり、
前記スイッチング素子として、ノーマリオフの第１の電界効果型トランジスタと、
前記整流素子として、ダイオード接続されたノーマリオンの第２の電界効果型トランジスタと、
を有し、
前記第１の電界効果型トランジスタは、第１のソース領域及びドレイン領域と、第１のチャネル形成領域を有し、
前記第２の電界効果型トランジスタは、第２のソース領域及びドレイン領域と、前記第１のチャネル形成領域とは異なる不純物濃度を有する第２のチャネル形成領域を有することを特徴とする光電変換装置。
【請求項９】
請求項１乃至請求項８のいずれか一項において、
前記コンバータ回路は、ＤＣ−ＤＣコンバータであることを特徴とする光電変換装置。
【請求項１０】
請求項１乃至請求項９のいずれか一項において、
前記コンバータ回路は、コイル、及びコンデンサを有するＤＣ−ＤＣコンバータであることを特徴とする光電変換装置。
【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】
【図１８】
【図１９】
【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】
【図１８】
【図１９】
【公開番号】特開２０１２−１０５８２（Ｐ２０１２−１０５８２Ａ）
【公開日】平成２４年１月１２日（２０１２．１．１２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１１５６９３（Ｐ２０１１−１１５６９３）
【出願日】平成２３年５月２４日（２０１１．５．２４）
【出願人】（０００１５３８７８）株式会社半導体エネルギー研究所 (5,264)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１月１２日（２０１２．１．１２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年５月２４日（２０１１．５．２４）
【出願人】（０００１５３８７８）株式会社半導体エネルギー研究所 (5,264)
【Ｆターム（参考）】
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