專利名稱：一種半導(dǎo)體直流光電變壓器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及電流電壓變壓領(lǐng)域，特別涉及一種半導(dǎo)體直流光電變壓器。
背景技術(shù)：
日常應(yīng)用中，傳統(tǒng)的電カ輸送主要采用交流電流進(jìn)行傳輸，主要是因?yàn)榻涣麟娮儔喝菀?，容易?shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離電力傳輸，以及與用戶端的低壓配電變電。但是，采用交流輸電存在很大缺陷首先，交流電產(chǎn)生的感抗效應(yīng)不容忽視，尤其是對(duì)高頻交流電，其感抗效應(yīng)會(huì)對(duì)交流電產(chǎn)生極大影響；同吋，由于趨膚效應(yīng)的存在，使得交流電傳輸導(dǎo)線的有效面積較小，在遠(yuǎn)距離輸電過程中會(huì)損失大量電能。其次，交流輸電線一般都是架空線，也有水下電纜和地下電纜，它們和電纜產(chǎn)生的“旁路電客”，造成交流電“分流”，造成輸電過程中的電能損失。還有，在交流輸電過程中，整個(gè)電網(wǎng)需要同步運(yùn)行，所有的發(fā)電系統(tǒng)要同步在同一相位，以確保電網(wǎng)穩(wěn)定運(yùn)行，交流相位同步困難，一個(gè)發(fā)電系統(tǒng)的變化就會(huì)影響整個(gè)電網(wǎng)的穩(wěn)定。另外，在小功率電子產(chǎn)品應(yīng)用中，傳統(tǒng)的直流低壓變?yōu)橹绷鞲邏和枰茸優(yōu)榻涣鞯?壓，再用線圈變壓器變?yōu)榻涣鞲邏?，再變?yōu)橹绷鞲邏旱姆椒ǎ@種方法電路復(fù)雜，元件多，體積大，成本高而且轉(zhuǎn)換效率低。與交流輸電相比，直流輸電具有諸多優(yōu)點(diǎn) I、線路造價(jià)低對(duì)于架空線路，直流單極只需ー根，雙極只需兩根，更為經(jīng)濟(jì)。同時(shí)每根導(dǎo)線都可以作為ー個(gè)獨(dú)立回路運(yùn)行，并且可以采用大地或海水作回路。2、損耗小直流線路沒有無功損耗，沒有充電功率和充電電流，直流架空線路沒有趨膚效應(yīng)，其電暈損耗和無線電干擾均比交流架空線路要小。并且電纜線路可以在較高的電位梯度下運(yùn)行。3、電網(wǎng)運(yùn)行更穩(wěn)定直流本身帶有調(diào)制功能，可根據(jù)系統(tǒng)的要求作出反應(yīng)，運(yùn)行更穩(wěn)定?？梢月?lián)絡(luò)兩個(gè)不同頻率的交流系統(tǒng)，聯(lián)絡(luò)線上的功率易于控制。但是，目前的直流輸電，只在輸電這個(gè)環(huán)節(jié)是直流，發(fā)電仍是交流。在輸電線路的起端有換流設(shè)備將交流變換為直流，到線路末端再將直流變回交流。目前這種換流設(shè)備制造困難、價(jià)格昂貴，因此現(xiàn)階段的直流輸電應(yīng)用范圍主要局限在遠(yuǎn)距離大容量輸電以及海底電纜輸電等，極大地限制了直流輸電的應(yīng)用領(lǐng)域。為使直流輸電得到普遍應(yīng)用，發(fā)展直流變壓技術(shù)和研制直流變壓器件是亟待解決的關(guān)鍵問題。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的目的g在至少解決上述技術(shù)缺陷之一，特別是提出一種半導(dǎo)體直流光電變壓器。本實(shí)用新型提出了ー種直流變壓器，包括第一電極層；形成在所述第一電極層之上的電光轉(zhuǎn)換層；形成在所述電光轉(zhuǎn)換層之上的第二電極層；形成在所述第二電極層之上的第一隔離層；形成在所述第一隔離層之上的第三電極層；形成在所述第三電極層之上的光電轉(zhuǎn)換層；以及形成在所述光電轉(zhuǎn)換層之上的第四電極層，其中，所述第一隔離層、所述第二電極層和所述第三電極層對(duì)所述電光轉(zhuǎn)換層發(fā)出的工作光線透明。根據(jù)本實(shí)用新型一個(gè)實(shí)施例的直流變壓器，還包括位于所述第一電極層和所述電光轉(zhuǎn)換層之間的第一反射層；以及位于所述第四電極層和所述光電轉(zhuǎn)換層之間的第二反射層。所述第一和第二反射層將光限制在所述電光轉(zhuǎn)換層和所述光電轉(zhuǎn)換層之間來回反射，防止光泄露，提高光波傳輸效率。根據(jù)本實(shí)用新型一個(gè)實(shí)施例的直流變壓器，所述第一反射層和第二反射層為布拉格反射鏡或金屬全反射鏡。根據(jù)本實(shí)用新型一個(gè)實(shí)施例的直流變壓器，所述第一電極層和所述第四電極層為金屬電極。根據(jù)本實(shí)用新型一個(gè)實(shí)施例的直流變壓器，所述第一隔離層材料為Al2O3, AlN ,SiO2, MgO, Si3N4, BN,金剛石，LiAlO2, LiGaO2,半絕緣的 GaAs, SiC 或 GaP，GaN 中的一種及其組合，以及稀土氧化物REO及其組合，以使所述第一隔離層對(duì)所述工作光線透明，絕緣特性好，耐聞壓防擊穿。根據(jù)本實(shí)用新型一個(gè)實(shí)施例的直流變壓器，所述電光轉(zhuǎn)換層、所述第二電極層、所述第一隔離層、所述第三電極層和所述光電轉(zhuǎn)換層的材料折射系數(shù)梯次增加。所述“梯次増加”的含義是不要求每個(gè)所述層的材料折射系數(shù)均相對(duì)于其前ー個(gè)所述層遞加，某些所述層的材料折射系數(shù)可以與其前ー個(gè)所述層相同，即所述各層的材料折射系數(shù)整體呈遞增趨勢(shì)即可。一方面避免光沿所述電光轉(zhuǎn)化層向所述光電轉(zhuǎn)換層方向傳輸時(shí)(包括所述電光轉(zhuǎn)換層產(chǎn)生的光以及所述各電極層和各反射層反射的光)發(fā)生全反射，以提高光的傳輸效率；另一方面促使光從所述光電轉(zhuǎn)換層向所述電光轉(zhuǎn)換層方向傳輸時(shí)(主要包括所述光電轉(zhuǎn)換層的第三和第四電極以及第ニ反射層反射的光)發(fā)生全發(fā)射，以將更多的光限制在光電轉(zhuǎn)化層中，從而提高光轉(zhuǎn)換為電的效率。根據(jù)本實(shí)用新型一個(gè)實(shí)施例的半導(dǎo)體直流光電變壓器，所述電光轉(zhuǎn)換層、所述第ニ電極層、所述第一隔離層、所述第三電極層和所述光電轉(zhuǎn)換層的材料折射系數(shù)接近。內(nèi)部各層材料優(yōu)選為折射系數(shù)相同或相近的材料以減少光的反射和損失。根據(jù)本實(shí)用新型一個(gè)實(shí)施例的直流變壓器，所述電光轉(zhuǎn)換層、所述第二電極層、所述第一隔離層、所述第三電極層和所述光電轉(zhuǎn)換層中的至少ー個(gè)具有粗糙化表面或光子晶體結(jié)構(gòu)，以增大光透射率，降低光的全反射。根據(jù)本實(shí)用新型一個(gè)實(shí)施例的直流變壓器，所述第二電極層、所述第一隔離層和所述第三電極層材料的禁帶寬度大于所述電光轉(zhuǎn)換層發(fā)出的工作光線的光子能量，以防止所述第二電極層、所述第一隔離層和所述第三電極層對(duì)所述工作光線的吸收，提高光波傳輸效率。根據(jù)本實(shí)用新型一個(gè)實(shí)施例的直流變壓器，所述光電轉(zhuǎn)換層為L(zhǎng)ED結(jié)構(gòu)或激光器結(jié)構(gòu)，所述LED結(jié)構(gòu)包括諧振LED結(jié)構(gòu)。根據(jù)本實(shí)用新型一個(gè)實(shí)施例的半導(dǎo)體直流光電變壓器，所述電光轉(zhuǎn)換層的材料包括紅黃光的AlGaInP,紫外的GaN和InGaN、藍(lán)紫光的InGaN和AlGaInN、ZnO、紅光或紅外光的AlGaInAs、GaAS、InGaAs,以及其它III族氮系化合物、III族As系或磷系化合物半導(dǎo)體材料及其組合。根據(jù)本實(shí)用新型一個(gè)實(shí)施例的半導(dǎo)體直流光電變壓器，所述光電轉(zhuǎn)換層的材料包括 AlGalnP，InGaAs, InGaN, AlGaInN, InGaAsP, InGaP,以及其它 III-V 族直接禁帶半導(dǎo)體材料及其組合。 根據(jù)本實(shí)用新型一個(gè)實(shí)施例的直流變壓器，所述電光轉(zhuǎn)換層和所述光電轉(zhuǎn)換層的能帶結(jié)構(gòu)相匹配以使所述電光轉(zhuǎn)換層發(fā)出的工作光線的波段與所述光電轉(zhuǎn)換層吸收效率最高的波段相匹配，以達(dá)到最高的光波能量傳輸效率。根據(jù)本實(shí)用新型一個(gè)實(shí)施例的直流變壓器，所述第二電極層和所述第三電極層為重?fù)诫s的半導(dǎo)體材料GaAs、GaN、GaP，AlGalnP、AlGalnN、AlGaInAs,或者導(dǎo)電透明金屬氧化物材料ITO、SnO2, ZnO及其組合。根據(jù)本實(shí)用新型一個(gè)實(shí)施例的直流變壓器，所述電光轉(zhuǎn)換層和/或所述光電轉(zhuǎn)換層為多層多結(jié)結(jié)構(gòu)。根據(jù)本實(shí)用新型一個(gè)實(shí)施例的直流變壓器，還包括形成在所述第四電極層上的第 ニ隔離層，以及形成在所述第二隔離層上的電光轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)，所述電光轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)包括所述第一電極層、形成在所述第一電極層之上的所述電光轉(zhuǎn)換層、以及形成在所述電光轉(zhuǎn)換層之上的所述第二電極層。該結(jié)構(gòu)可以進(jìn)ー步提高直流電壓變壓比。在該結(jié)構(gòu)中，中間的第四電極層為重?fù)诫s的半導(dǎo)體材料GaAs、GaN、GaP，AlGalnP、AlGalnN、AlGaInAs,或者導(dǎo)電透明金屬氧化物材料ITO、SnO2, ZnO及其組合。本實(shí)用新型提供ー種直流變壓器，通過在直流變壓器的輸入端設(shè)置電光轉(zhuǎn)換層，利用半導(dǎo)體電子能級(jí)間躍遷產(chǎn)生的光輻射，將直流電轉(zhuǎn)換為光進(jìn)行傳輸，在輸出端設(shè)置光電轉(zhuǎn)換層以將光轉(zhuǎn)化為直流電輸出，由于輸入端與輸出端單位單兀的電壓分別取決于電光轉(zhuǎn)換層和光電轉(zhuǎn)換層材料的特性參數(shù)，故該變壓器可直接實(shí)現(xiàn)直流電壓的變壓。同時(shí)具有耐高壓，無電磁輻射，無線圈結(jié)構(gòu)，不受太陽輻射及太陽風(fēng)暴等的影響，安全可靠，體積小，壽命長(zhǎng)，重量輕，安裝維護(hù)方便等優(yōu)點(diǎn)。本實(shí)用新型附加的方面和優(yōu)點(diǎn)將在下面的描述中部分給出，部分將從下面的描述中變得明顯，或通過本實(shí)用新型的實(shí)踐了解到。

本實(shí)用新型上述的和/或附加的方面和優(yōu)點(diǎn)從
以下結(jié)合附圖對(duì)實(shí)施例的描述中將變得明顯和容易理解，其中圖I為本實(shí)用新型實(shí)施例的直流變壓器的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本實(shí)用新型實(shí)施例的包括一個(gè)電光轉(zhuǎn)換層和兩個(gè)光電轉(zhuǎn)換層的直流變壓器的結(jié)構(gòu)不意圖；圖3為本實(shí)用新型實(shí)施例的包括兩個(gè)電光轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)和ー個(gè)光電轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)的直流變壓器的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式
下面詳細(xì)描述本實(shí)用新型的實(shí)施例，所述實(shí)施例的示例在附圖中示出，其中自始至終相同或類似的標(biāo)號(hào)表示相同或類似的元件或具有相同或類似功能的元件。下面通過參考附圖描述的實(shí)施例是示例性的，僅用于解釋本實(shí)用新型，而不能解釋為對(duì)本實(shí)用新型的限制。[0032]下文的公開提供了許多不同的實(shí)施例或例子用來實(shí)現(xiàn)本實(shí)用新型的不同結(jié)構(gòu)。為了簡(jiǎn)化本實(shí)用新型的公開，下文中對(duì)特定例子的部件和設(shè)置進(jìn)行描述。當(dāng)然，它們僅僅為示例，并且目的不在于限制本實(shí)用新型。此外，本實(shí)用新型可以在不同例子中重復(fù)參考數(shù)字和/或字母。這種重復(fù)是為了簡(jiǎn)化和清楚的目的，其本身不指示所討論各種實(shí)施例和/或設(shè)置之間的關(guān)系。此外，本實(shí)用新型提供了的各種特定的エ藝和材料的例子，但是本領(lǐng)域普通技術(shù)人員可以意識(shí)到其他エ藝的可應(yīng)用于性和/或其他材料的使用。另外，以下描述的第一特征在第二特征之“上”的結(jié)構(gòu)可以包括第一和第二特征形成為直接接觸的實(shí)施例，也可以包括另外的特征形成在第一和第二特征之間的實(shí)施例，這樣第一和第二特征可能不是直接接觸。本實(shí)用新型提供ー種直流變壓器，通過利用輸入端的半導(dǎo)體材料中注入載流子的復(fù)合產(chǎn)生光子，光波傳輸至輸出端的半導(dǎo)體材料中，引起被束縛的電子在不同能帶之間產(chǎn)生躍遷，并通過內(nèi)建電場(chǎng)分離，從而實(shí)現(xiàn)能量傳輸與變壓。圖I所示為根據(jù)本實(shí)用新型實(shí)施例的直流變壓器的結(jié)構(gòu)示意圖。該直流變壓器包 括第一電極層100 ;形成在第一電極層100之上的電光轉(zhuǎn)換層102 ;形成在電光轉(zhuǎn)換層102之上的第二電極層104 ;形成在第二電極層104之上的第一隔離層106 ;形成在第一隔離層106之上的第三電極層108 ;形成在第三電極層108之上的光電轉(zhuǎn)換層110 ;以及形成在光電轉(zhuǎn)換層110之上的第四電極層112。其中，電光轉(zhuǎn)換層102用以將輸入的直流電轉(zhuǎn)換為光，發(fā)出所需要的波長(zhǎng)范圍的工作光線。工作光線包括從IOOnm的紫外光到IOum的紅外光的整個(gè)光譜范圍中的ー個(gè)或多個(gè)波段的組合，優(yōu)選為單頻率的光線，例如620nm的紅光、460nm的藍(lán)光、380nm的紫光，以有利于運(yùn)用成熟的現(xiàn)有技術(shù)制造電光轉(zhuǎn)換層。例如電光轉(zhuǎn)換層102可以采用具有高量子效率、高電光轉(zhuǎn)換效率的結(jié)構(gòu)和材料。具體地，可以為L(zhǎng)ED結(jié)構(gòu)或激光器結(jié)構(gòu)，一般包括有源層，限制層，電流分散層，PN結(jié)等結(jié)構(gòu)，其中有源層可以為多量子阱結(jié)構(gòu)，激光器結(jié)構(gòu)的電光轉(zhuǎn)換層還包括諧振腔，LED結(jié)構(gòu)包括諧振LED結(jié)構(gòu)。電光轉(zhuǎn)換層102的材料選擇基于材料自身特性(如缺陷密度、能帶結(jié)構(gòu)等)和所需要的光波特性(如波長(zhǎng)范圍)，例如可以采用紅黃光的AlGalnP，紫外的GaN和InGaN、藍(lán)紫光的InGaN和AlGaInN、ZnO、紅光或紅外光的AlGaInAs, GaAS, InGaAs,以及其它III族氮系化合物、III族As系或磷系化合物半導(dǎo)體材料及其組合，其中缺陷密度低、光轉(zhuǎn)換效率高的材料(如AlGalnP、InGaN，GaN)為優(yōu)選。其中，光電轉(zhuǎn)換層110用以將光轉(zhuǎn)換為電以實(shí)現(xiàn)變壓。光電轉(zhuǎn)換層110的材料包括 AlGalnP，InGaAs, InGaN, AlGalnN, InGaAsP, InGaP,以及其它 III-V 族直接禁帶半導(dǎo)體材料及其組合。電光轉(zhuǎn)換層102—般可以選用直接禁帶半導(dǎo)體材料，其能帶結(jié)構(gòu)和光電轉(zhuǎn)換層110的能帶結(jié)構(gòu)相匹配以使電光轉(zhuǎn)換層102發(fā)出的工作光線的波段與光電轉(zhuǎn)換層110吸收效率最高的波段相匹配，以達(dá)到最高的光波能量轉(zhuǎn)換效率。其中，第一隔離層106、第二電極層104和第三電極層108對(duì)電光轉(zhuǎn)換層102發(fā)出的工作光線透明。在本實(shí)用新型實(shí)施例中，第二電極層104、第一隔離層106和第三電極層108材料的禁帶寬度大于電光轉(zhuǎn)換層102發(fā)出的工作光線的光子能量，以防止第二電極層104、隔離106層和第三電極層108對(duì)所述工作光線的吸收，提高光波轉(zhuǎn)換效率。此外，第一隔離層106、第二電極層104和第三電極層108的材料折射系數(shù)與電光轉(zhuǎn)換層102和光電轉(zhuǎn)換層110的材料折射系數(shù)匹配，以避免光傳播過程中在界面處發(fā)生全反射。由于當(dāng)且僅當(dāng)光線從折射系數(shù)較大的材料進(jìn)入折射系數(shù)較小的材料時(shí)發(fā)生全反射，故在本實(shí)用新型一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施例中，第二電極層104、第一隔離層106、第三電極層108和光電轉(zhuǎn)換層110的材料折射系數(shù)相同，以避免光從電光轉(zhuǎn)換層102傳輸至光電轉(zhuǎn)換層110時(shí)在各界面處發(fā)生全發(fā)射；在本實(shí)用新型一個(gè)更優(yōu)選的實(shí)施例中，第二電極層104、第一隔離層106、第三電極層108和光電轉(zhuǎn)換層110的材料折射系數(shù)梯次增加。所述“梯次增加”的含義是每個(gè)所述層的材料折射系數(shù)不小于其前一個(gè)所述層的材料折射系數(shù)，即某些所述層的材料折射系數(shù)可以與其前一個(gè)所述層相同，但所述各層的材料折射系數(shù)整體呈遞增趨勢(shì)；在本實(shí)用新型一個(gè)更優(yōu)選的實(shí)施例中，第二電極層104、第一隔離層106、第三電極層108和光電轉(zhuǎn)換層110的材料折射系數(shù) 逐漸增加。通過上述更優(yōu)選的實(shí)施例，一方面避免光沿電光轉(zhuǎn)化層102向光電轉(zhuǎn)換層110方向傳輸時(shí)(包括電光轉(zhuǎn)換層102產(chǎn)生的光以及所述各電極層和各反射層反射的光)發(fā)生全反射，以提高光的傳輸效率；另一方面促使光從光電轉(zhuǎn)換層110向電光轉(zhuǎn)換層102方向傳輸時(shí)(主要包括光電轉(zhuǎn)換層110的第三和第四電極以及第二反射層反射的光)發(fā)生全發(fā)射，以將更多的光限制在光電轉(zhuǎn)化層110中，從而提高光轉(zhuǎn)換為電的效率。另外，本實(shí)用新型還可以采用在不同材料層的界面處通過粗糙化或規(guī)則的圖形如光子晶體結(jié)構(gòu)等來減低全反射。故在本實(shí)用新型優(yōu)選的實(shí)施例中，電光轉(zhuǎn)換層102、第二電極層104、第一隔離層106、第三電極層108和光電轉(zhuǎn)換層110中的至少一個(gè)具有粗糙化表面或光子晶體結(jié)構(gòu)，以增大光透射率，降低光的全反射。第一隔離層106用于實(shí)現(xiàn)電光轉(zhuǎn)換層102和光電轉(zhuǎn)換層110的電氣隔離，使輸入電壓和輸出電壓不相互影響，同時(shí)對(duì)工作光線透明，使攜帶能量的光線能夠從光電轉(zhuǎn)換層102傳輸?shù)诫姽廪D(zhuǎn)換層110，實(shí)現(xiàn)能量的傳輸，最終實(shí)現(xiàn)電壓變換。第一隔離層106的厚度取決于輸入輸出的電壓的大小以及絕緣要求，第一隔離層越厚，絕緣效果越好，能承受的擊穿電壓越高，但同時(shí)對(duì)光的衰減可能越大，因此絕緣層厚度的確定原則為在滿足絕緣要求下越薄越好?；谏鲜鲆螅诒緦?shí)用新型實(shí)施例中，第一隔離層106的材料優(yōu)選為Al2O3,AIN, SiO2, MgO, Si3N4, BN,金剛石，LiAlO2, LiGaO2,半絕緣的 GaAs, SiC 或 GaP，GaN 中的一種及其組合，以及稀土氧化物REO及其組合。第二電極層104和第三電極層108的材料可以為重?fù)诫s的6&48、6&隊(duì)6& 416&11^、416&11^316&11^8，或者導(dǎo)電透明金屬氧化物材料IT0、SnO2、ZnO及其組合等。在本實(shí)用新型一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施例中，第一電極層100和電光轉(zhuǎn)換層102之間還包括第一反射層101，第四電極層112和光電轉(zhuǎn)換層110之間還包括第二反射層111，如圖I所不。所述第一和第二反射層將光限制在電光轉(zhuǎn)換層102和光電轉(zhuǎn)換層110之間來回反射，以防止光泄露，提高光波轉(zhuǎn)換效率。反射層的材料需要滿足對(duì)工作光線反射效率高、材料性能穩(wěn)定、界面接觸電阻低、導(dǎo)電性好等要求。具體可以通過以下兩種方式實(shí)現(xiàn)一種是布拉格反射鏡結(jié)構(gòu)，利用多層折射率不同的材料層實(shí)現(xiàn)反射，比如采用兩種不同折射率的材料(例如折射率相差的0. 6GaAs和AlAs，折射率相差2. 2的Si和稀土氧化物RE0)制成多層結(jié)構(gòu)以實(shí)現(xiàn)反射；一種是金屬全反射鏡結(jié)構(gòu)，可以直接淀積高導(dǎo)電率和導(dǎo)熱率的金屬實(shí)現(xiàn)反射，例如Ag、Au、Cu、Ni、Al、Sn、Co、W及其組合等。由于與反射層相接觸的背電極層(即第一電極層100和第四電極層112)的厚度較厚，故反射層采用金屬全反射鏡結(jié)構(gòu)同時(shí)兼具散熱的功能，可以將變壓器內(nèi)部產(chǎn)生的熱量傳導(dǎo)出來。[0042]其中，第一電極層100和第四電極層112用作引出電極以輸入輸出電流，由于不需要對(duì)工作光線透明，故可以采用金屬、合金、陶瓷、玻璃、塑料、導(dǎo)電氧化物等材料形成單層和/或多層復(fù)合結(jié)構(gòu)，其中優(yōu)選為低電阻率的金屬，例如Cu。優(yōu)選地，可以通過增加金屬電極層的厚度以降低電阻，同時(shí)起到熱沉的作用以散熱。需指出的是，由于該直流變壓器的輸入閾值電壓和輸出電壓決定于光電轉(zhuǎn)換層和電光轉(zhuǎn)換層的材料特性參數(shù)，如禁帶寬度、摻雜濃度等，故通過調(diào)節(jié)相應(yīng)的特性參數(shù)以實(shí)現(xiàn)變壓。進(jìn)一步地，可以根據(jù)實(shí)際需要，通過調(diào)整電光轉(zhuǎn)換層102和光電轉(zhuǎn)換層110的數(shù)目比以提高變壓幅度，實(shí)現(xiàn)預(yù)期變壓，例如，如圖2所示，直流變壓器包括一個(gè)電光轉(zhuǎn)換層102和兩個(gè)光電轉(zhuǎn)換層IlOA和110B，該結(jié)構(gòu)相對(duì)于包含相同單個(gè)電光轉(zhuǎn)換層和單個(gè)光電轉(zhuǎn)換層的直流變壓器，增加了垂直結(jié)構(gòu)的變壓，故變壓比更大。在本實(shí)用新型的一個(gè)實(shí)施例中，將第一電極層100、形成在第一電極層100之上的電光轉(zhuǎn)換層102、以及形成在電光轉(zhuǎn)換層102之上的第二電極層104作為一個(gè)電光轉(zhuǎn)換結(jié)
構(gòu)；同理將第三電極層108、形成在第三電極層108之上的光電轉(zhuǎn)換層110、以及形成在光電轉(zhuǎn)換層110之上的第四電極層112作為一個(gè)光電轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)。該半導(dǎo)體直流光電變壓器還可以在垂直方向上包括多層交替堆疊的電光轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)和光電轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)。每相鄰的電光轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)和光電轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)之間包括隔離層，以進(jìn)一步提高直流電壓變壓比。其中，多個(gè)電光轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)(或多個(gè)光電轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu))相互串聯(lián)，每個(gè)電光轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)(或每個(gè)光電轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu))的結(jié)構(gòu)可以參考上述實(shí)施例所述的結(jié)構(gòu)。圖3所不為在垂直方向上具有兩個(gè)電光轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)和一個(gè)光電轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體直流光電變壓器結(jié)構(gòu)示意圖，其中，電光轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)和光電轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)之間分別包括第一隔離層106和第二隔離層107。需指出的是，在該結(jié)構(gòu)中，除首個(gè)和末個(gè)電光(或光電)轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)之外，中間每個(gè)電光轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)和光電轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)的第一電極層和第四電極層不能選用金屬電極，而選用與第二和第三電極層相同的重?fù)诫s的半導(dǎo)體材料GaAs、GaN、GaP, AlGaInP, AlGaInN, AlGaInAs,或者導(dǎo)電透明金屬氧化物材料ITO、SnO2, ZnO及其組合，從而有利于光線傳播。本實(shí)用新型提供一種直流變壓器，通過在直流變壓器的輸入端設(shè)置電光轉(zhuǎn)換層，利用半導(dǎo)體電子能級(jí)間躍遷產(chǎn)生的光輻射，將直流電轉(zhuǎn)換為光進(jìn)行傳輸，在輸出端設(shè)置光電轉(zhuǎn)換層以將光轉(zhuǎn)化為直流電輸出，由于輸入端與輸出端單位單兀的電壓分別取決于電光轉(zhuǎn)換層和光電轉(zhuǎn)換層材料的特性參數(shù)，故該變壓器可直接實(shí)現(xiàn)直流電壓的變壓。同時(shí)具有耐高壓，無電磁輻射，無線圈結(jié)構(gòu)，不受太陽輻射及太陽風(fēng)暴等的影響，安全可靠，體積小，壽命長(zhǎng)，重量輕，安裝維護(hù)方便等優(yōu)點(diǎn)。盡管已經(jīng)示出和描述了本實(shí)用新型的實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言，可以理解在不脫離本實(shí)用新型的原理和精神的情況下可以對(duì)這些實(shí)施例進(jìn)行多種變化、修改、替換和變型，本實(shí)用新型的范圍由所附權(quán)利要求及其等同限定。
權(quán)利要求1.一種半導(dǎo)體直流光電變壓器，其特征在于，包括 第一電極層； 形成在所述第一電極層之上的電光轉(zhuǎn)換層； 形成在所述電光轉(zhuǎn)換層之上的第二電極層； 形成在所述第二電極層之上的第一隔離層； 形成在所述第一隔離層之上的第三電極層； 形成在所述第三電極層之上的光電轉(zhuǎn)換層；以及 形成在所述光電轉(zhuǎn)換層之上的第四電極層，其中，所述第一隔離層、所述第二電極層和 所述第三電極層對(duì)所述電光轉(zhuǎn)換層發(fā)出的工作光線透明。
2.如權(quán)利要求I所述的半導(dǎo)體直流光電變壓器，其特征在于，還包括 位于所述第一電極層和所述電光轉(zhuǎn)換層之間的第一反射層；以及 位于所述第四電極層和所述光電轉(zhuǎn)換層之間的第二反射層。
3.如權(quán)利要求2所述的半導(dǎo)體直流光電變壓器，其特征在于，所述第一反射層和第二反射層為布拉格反射鏡或金屬全反射鏡。
4.如權(quán)利要求I所述的半導(dǎo)體直流光電變壓器，其特征在于，所述第一電極層和所述第四電極層為金屬電極。
5.如權(quán)利要求I所述的半導(dǎo)體直流光電變壓器，其特征在于，所述電光轉(zhuǎn)換層、所述第ニ電極層、所述第一隔離層、所述第三電極層和所述光電轉(zhuǎn)換層的材料折射系數(shù)梯次增加。
6.如權(quán)利要求I所述的半導(dǎo)體直流光電變壓器，其特征在于，所述電光轉(zhuǎn)換層、所述第ニ電極層、所述第一隔離層、所述第三電極層和所述光電轉(zhuǎn)換層的材料折射系數(shù)接近。
7.如權(quán)利要求I所述的半導(dǎo)體直流光電變壓器，其特征在于，所述電光轉(zhuǎn)換層、所述第ニ電極層、所述第一隔離層、所述第三電極層和所述光電轉(zhuǎn)換層中的至少ー個(gè)具有粗糙化表面或光子晶體結(jié)構(gòu)。
8.如權(quán)利要求I所述的半導(dǎo)體直流光電變壓器，其特征在于，所述第二電極層、所述第一隔離層和所述第三電極層材料的禁帶寬度大于所述電光轉(zhuǎn)換層發(fā)出的工作光線的光子倉tfi。
9.如權(quán)利要求I所述的半導(dǎo)體直流光電變壓器，其特征在于，所述光電轉(zhuǎn)換層為L(zhǎng)ED結(jié)構(gòu)或激光器結(jié)構(gòu)，其中，所述LED結(jié)構(gòu)包括諧振LED結(jié)構(gòu)。
10.如權(quán)利要求I所述的半導(dǎo)體直流光電變壓器，其特征在于，所述電光轉(zhuǎn)換層和所述光電轉(zhuǎn)換層的能帶結(jié)構(gòu)相匹配以使所述電光轉(zhuǎn)換層發(fā)出的工作光線的波段與所述光電轉(zhuǎn)換層吸收效率最高的波段相匹配。
11.如權(quán)利要求I所述的半導(dǎo)體直流光電變壓器，其特征在于，所述電光轉(zhuǎn)換層和/或所述光電轉(zhuǎn)換層為多層多結(jié)結(jié)構(gòu)。
12.如權(quán)利要求1-11任一項(xiàng)所述的半導(dǎo)體直流光電變壓器，其特征在于，還包括形成在所述第四電極層上的第二隔離層，以及形成在所述第二隔離層上的電光轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)，所述電光轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)包括所述第一電極層、形成在所述第一電極層之上的所述電光轉(zhuǎn)換層、以及形成在所述電光轉(zhuǎn)換層之上的所述第二電極層。
專利摘要本實(shí)用新型提供一種半導(dǎo)體直流光電變壓器，包括第一電極層；形成在所述第一電極層之上的電光轉(zhuǎn)換層；形成在所述電光轉(zhuǎn)換層之上的第二電極層；形成在所述第二電極層之上的第一隔離層；形成在所述第一隔離層之上的第三電極層；形成在所述第三電極層之上的光電轉(zhuǎn)換層；以及形成在所述光電轉(zhuǎn)換層之上的第四電極層，其中，所述第一隔離層、所述第二電極層和所述第三電極層對(duì)所述電光轉(zhuǎn)換層發(fā)出的工作光線透明。根據(jù)本實(shí)用新型實(shí)施例的半導(dǎo)體直流光電變壓器可直接實(shí)現(xiàn)直流電壓的變壓。同時(shí)具有耐高壓，無電磁輻射，無線圈結(jié)構(gòu)，不受太陽輻射及太陽風(fēng)暴等的影響，安全可靠，體積小，壽命長(zhǎng)，重量輕，安裝維護(hù)方便等優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)H01L31/12GK202523745SQ20112044455
公開日2012年11月7日 申請(qǐng)日期2011年11月10日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月10日
發(fā)明者郭磊 申請(qǐng)人:郭磊