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一种半导体变压结构和具有其的芯片制造技术

技术编号:8106878 阅读:149 留言:0更新日期:2012-12-21 06:26
本发明专利技术提供一种半导体变压结构和具有其的芯片,其中半导体变压结构包括:多个串联的半导体电光转换结构,半导体电光转换结构包括电光转换层,电光转换层用于将输入电能转换为光能;和多个串联的半导体光电转换结构,半导体电光转换结构包括光电转换层,光电转换层用于将光能转换为输出电能,其中,半导体光电转换结构的数目与半导体电光转换结构的数目成比例以实现变压,且光电转换层的吸收光谱与电光转换层的发射光谱之间频谱匹配,其中,多个半导体电光转换结构、多个半导体光电转换结构之间通过反偏PN结结构进行隔离。本发明专利技术具有材料易于获得、成本低廉、工艺成熟等优点。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及电流电压变换领域,特别涉及一种半导体变压结构和具有其的芯片
技术介绍
随着发光器件特别是LED与光伏电池技术的日益成熟,一种光电变压器被提了出来,该光电变压器一般包括LED组成的电光转换模块和光伏电池组成的光电转换模块,利用光电-电光能量转换过程来实现变压目的。这类光电变压器中,电光转换模块与光电转换模块之间通常采用透明绝缘材料的隔离层进行电气隔离。但实际运用中,由于光学特性与电学特性难以同时得到匹配,隔离层材料选择十 分受限。具体地,绝缘特性好的材料往往折射率不匹配,从而电光转换模块的发射光在绝缘层的界面上发生全反射,光线不能顺利传输到光电转换模块,导致总体能量转换效率降低;而与电光转换模块及光电转换模块的折射率匹配的材料往往属于半导体,绝缘特性不佳。此外,在加工形成隔离层的过程中,存在着外延衬底选择困难以及工艺复杂度的问题。
技术实现思路
本专利技术的目的旨在至少解决上述技术缺陷之一,提出一种基于反偏PN结结构隔离的半导体变压结构及具有其的芯片。本专利技术提出一种半导体变压结构,包括多个串联的半导体电光转换结构,所述半导体电光转换结构包括电光转换层,所述电光转换层用于将输入电能转换为光能;和多个串联的半导体光电转换结构,所述半导体电光转换结构包括光电转换层,所述光电转换层用于将所述光能转换为输出电能,其中,所述半导体光电转换结构的数目与所述半导体电光转换结构的数目成比例以实现变压,且所述光电转换层的吸收光谱与所述电光转换层的发射光谱之间频谱匹配,其中,所述多个半导体电光转换结构、所述多个半导体光电转换结构之间通过反偏PN结结构进行隔离。在本专利技术的一个实施例中,还包括隔离层,所述隔离层为半导体,且所述隔离层为第一掺杂类型,其中,所述多个半导体电光转换结构形成在所述隔离层一侧,所述多个半导体光电转换结构形成在所述隔离层另一侧,所述隔离层对所述电光转换层的发射光透明,其中,所述隔离层与所述多个半导体电光转换结构之间以及所述隔离层与所述多个半导体光电转换结构之间具有第二掺杂类型的掺杂区,所述隔离层与所述掺杂区形成的PN结呈反偏状态。在本专利技术的一个实施例中,还包括隔离层,所述隔离层为半导体,且所述隔离层为第一掺杂类型,其中,所述多个半导体电光转换结构形成在所述隔离层一侧,所述多个半导体光电转换结构形成在所述隔离层另一侧,所述隔离层所述电光转换层的发射光透明,其中,所述半导体光电转换结构包括第一半导体掺杂层、所述电光转换层和第二半导体掺杂层,所述第二半导体掺杂层与所述隔离层接触,并且所述第一半导体掺杂层为第一掺杂类型,所述第二半导体掺杂层为第二掺杂类型,所述隔离层与所述第二半导体掺杂层形成的PN结呈反偏状态,其中,所述半导体电光转换结构包括第三半导体掺杂层、所述光电转换层和第四半导体掺杂层,所述第四半导体掺杂层与所述隔离层接触,并且所述第三半导体掺杂层为第一掺杂类型,所述第四半导体掺杂层为第二掺杂类型,所述隔离层与所述第四掺杂层形成的PN结呈反偏状态。在本专利技术的一个实施例中,还包括隔离层,所述隔离层为半导体,其中,所述多个半导体电光转换结构形成在所述隔离层一侧,所述多个半导体光电转换结构形成在所述隔离层另一侧,所述隔离层所述电光转换层的发射光透明,其中,所述隔离层具有多个半导体掺杂层,并且所述多个半导体掺杂层中至少两组相邻的所述半导体掺杂层掺杂类型相反,以形成至少两组PN结,其中,所述PN结呈反偏状态。在本专利技术的一个实施例中,还包括衬底层,所述衬底层为半导体,且所述衬底层为第一掺杂类型,其中,所述多个半导体光电转换结构和多个半导体电光转换结构形成在所述衬底层的同一侧,所述衬底层对所述电光转换层的发射光透明,且所述衬底层底部具有反光结构,其中,所述衬底层与所述多个半导体电光转换结构之间以及所述衬底层与所 述多个半导体光电转换结构之间具有第二掺杂类型的掺杂区,所述衬底层与所述掺杂区形成的PN结呈反偏状态。在本专利技术的一个实施例中,光线传播路径上的各层材料的折射系数匹配。在本专利技术的一个实施例中,还包括光学陷阱,所述光学陷阱用于将所述电光转换层的发射光限制在所述半导体变压结构内部,以防止光泄露引起的能量损失。在本专利技术的一个实施例中,所述电光转换层的材料为=AlGaInP,GaN, InGaN,InGaN, AlGalnN, ZnO, AlGalnAs, GaAs, InGaAs, InGaAsP, AlGaAs, AlGaInSb, InGaAsNSb 以及其它III族氮系化合物、III族砷系或磷系化合物半导体材料及其组合,有机发光材料或量子点发光材料。在本专利技术的一个实施例中,所述光电转换层的材料为AlGaInP、InGaAs, InGaN、AlGalnN, InGaAsP,GaAs, GaSb, InGaP, InGaAs, InGaAsP,AlGaAs, AlGaP, InAlP, AlGaAsSb,InGaAsNSb,其它III-V族直接禁带半导体材料及其组合,有机光伏材料或量子点光伏材料。在本专利技术的一个实施例中,所述隔离层或衬底层的材料包括GaP,GaAs, InP, GaN,Si, Ge, GaSb以及其它对工作光线透明的半导体材料及其组合。在本专利技术的一个实施例中,所述半导体变压结构通过双面外延或单面外延工艺实现。根据本专利技术实施例的半导体变压结构,运用半导体中设置反偏PN结结构的方法以实现电气隔离,使得隔离层的材料选择范围更广,具有易于获得、成本低廉、折射率匹配更优的优点。此外,由于本专利技术的半导体变压结构的隔离层可通过外延形成结晶结构,其上还可以进一步外延其它半导体结构,避免了剥离、键合(bonding)等复杂工序,进一步降低了生产成本,使大规模制造成为可能。本专利技术还提出一种芯片,该芯片包括上述任一种半导体变压结构,所述半导体变压结构用于在片上将外部电源的输入电压转变为所述芯片上其他部件所需的特定工作电压。根据本专利技术实施例的芯片由于其内部的半导体变压结构可以通过外延形成,故可以很方便地与其他部件进行集成,具有工艺成熟,成本较小,简化电源方案,可实现单片集成的优点。本专利技术附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出,部分将从下面的描述中变得明显,或通过本专利技术的实践了解到。附图说明本专利技术上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解,其中图I为本专利技术的半导体变压结构的工作原理图;图2为本专利技术第一实施例的半导体变压结构的结构示意图;图3为本专利技术第二实施例的半导体变压结构的结构示意图; 图4为本专利技术第三实施例的半导体变压结构的结构示意图;图5为本专利技术第四实施例的半导体变压结构的结构示意图;图6为本专利技术第五实施例的半导体变压结构的结构示意图;图7为本专利技术第六实施例的半导体变压结构的结构示意图;图8为本专利技术第七实施例的半导体变压结构的结构示意图;图9为双面外延工艺形成本专利技术的半导体变压结构的流程图;图10为单面外延工艺形成本专利技术的半导体变压结构的流程图;和图11为本专利技术的具有半导体变压结构的芯片的结构示意图。具体实施例方式下面详细描述本专利技术的实施例,所述实施例的示例在附图中示出,其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种半导体变压结构,其特征在于,包括:多个串联的半导体电光转换结构,所述半导体电光转换结构包括电光转换层,所述电光转换层用于将输入电能转换为光能;和多个串联的半导体光电转换结构,所述半导体电光转换结构包括光电转换层,所述光电转换层用于将所述光能转换为输出电能,其中,所述半导体光电转换结构的数目与所述半导体电光转换结构的数目成比例以实现变压,且所述光电转换层的吸收光谱与所述电光转换层的发射光谱之间频谱匹配,其中,所述多个半导体电光转换结构、所述多个半导体光电转换结构之间通过反偏PN结结构进行隔离。

【技术特征摘要】
2011.11.10 CN 201110356005.41.一种半导体变压结构,其特征在于,包括 多个串联的半导体电光转换结构,所述半导体电光转换结构包括电光转换层,所述电光转换层用于将输入电能转换为光能;和 多个串联的半导体光电转换结构,所述半导体电光转换结构包括光电转换层,所述光电转换层用于将所述光能转换为输出电能, 其中,所述半导体光电转换结构的数目与所述半导体电光转换结构的数目成比例以实现变压,且所述光电转换层的吸收光谱与所述电光转换层的发射光谱之间频谱匹配, 其中,所述多个半导体电光转换结构、所述多个半导体光电转换结构之间通过反偏PN结结构进行隔离。2.如权利要求I所述的半导体变压结构,其特征在于,还包括 隔离层,所述隔离层为半导体,且所述隔离层为第一掺杂类型, 其中,所述多个半导体电光转换结构形成在所述隔离层一侧,所述多个半导体光电转换结构形成在所述隔离层另一侧,所述隔离层对所述电光转换层的发射光透明, 其中,所述隔离层与所述多个半导体电光转换结构之间以及所述隔离层与所述多个半导体光电转换结构之间具有第二掺杂类型的掺杂区,所述隔离层与所述掺杂区形成的PN结呈反偏状态。3.如权利要求I所述的半导体变压结构,其特征在于,还包括 隔离层,所述隔离层为半导体,且所述隔离层为第一掺杂类型, 其中,所述多个半导体电光转换结构形成在所述隔离层一侧,所述多个半导体光电转换结构形成在所述隔离层另一侧,所述隔离层所述电光转换层的发射光透明, 其中,所述半导体光电转换结构包括第一半导体掺杂层、所述电光转换层和第二半导体掺杂层,所述第二半导体掺杂层与所述隔离层接触,并且所述第一半导体掺杂层为第一掺杂类型,所述第二半导体掺杂层为第二掺杂类型,所述隔离层与所述第二半导体掺杂层形成的PN结呈反偏状态, 其中,所述半导体电光转换结构包括第三半导体掺杂层、所述光电转换层和第四半导体掺杂层,所述第四半导体掺杂层与所述隔离层接触,并且所述第三半导体掺杂层为第一掺杂类型,所述第四半导体掺杂层为第二掺杂类型,所述隔离层与所述第四掺杂层形成的PN结呈反偏状态。4.如权利要求I所述的半导体变压结构,其特征在于,还包括 隔离层,所述隔离层为半导体, 其中,所述多个半导体电光转换结构形成在所述隔离层一侧,所述多个半导体光电转换结构形成在所述隔离层另一侧,所述隔离层所述电光转换层的发射光透明...

【专利技术属性】
技术研发人员:郭磊
申请(专利权)人:郭磊
类型:发明
国别省市:

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