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III-V族半导体直流变压器及其形成方法技术

技术编号:9296745 阅读:124 留言:0更新日期:2013-10-31 01:01
本发明专利技术提出一种III-V族半导体直流变压器及其形成方法,其中III-V族半导体直流变压器包括:隔离层,隔离层为透明绝缘介质;形成在隔离层一侧的多个III-V族半导体发光二极管,多个III-V族半导体发光二极管中的至少一部分相互串联;形成在隔离层一侧的多个III-V族半导体光电池,多个III-V族半导体光电池中的至少一部分相互串联,其中,III-V族半导体发光二极管与III-V族半导体光电池的工作光线匹配,且隔离层对工作光线透明,III-V族半导体发光二极管的数目与III-V族半导体光电池的数目不同以实现直流变压。根据本发明专利技术的III-V族半导体直流变压器具有耐高压、无电磁辐射、无线圈结构、安全可靠、传输效率高等优点。

【技术实现步骤摘要】
III-V族半导体直流变压器及其形成方法
本专利技术涉及电流电压变压领域,特别涉及III-V族半导体直流变压器及其形成方法。
技术介绍
现代社会中随着电子技术的发展,直流电的应用范围逐渐扩大,如各种电子设备、LED器件,电动汽车,太阳能电池,燃料电池等,这就牵扯到了直流变压这样一个重要的问题,尤其是直流升压的问题。传统情况下只有交流电能够利用电磁耦合简单可靠的实现变压,现有的直流变压方案一种是先把直流电逆变为交流电,交流变压后,再转换为直流,另一种是采用大量的电力电子器件以及大电感电容等元件通过控制电路的协调实现变换,这两种方案都存在装置复杂,转换效率低,元件众多,体积重量较大,成本高昂等缺点,因此开发一种结构简单,体积重量小巧,工作可靠的直流变压器件,尤其是直流升压的器件就成了一个亟待解决的关键问题。
技术实现思路
本专利技术旨在至少解决上述技术问题之一。为此,本专利技术的一个目的在于提出一系列结构简单、传输效率高的III-V族半导体直流变压器。本专利技术还具体提出了一种氮化物半导体直流变压器、一种磷化物半导体直流变压器和一种砷化物半导体直流变压器。本专利技术的另一目的在于提出一系列III-V族半导体直流变压器的形成方法。本专利技术提供一种III-V族半导体直流变压器,包括:隔离层,隔离层为透明绝缘介质;形成在隔离层一侧的多个III-V族半导体发光二极管,多个III-V族半导体发光二极管中的至少一部分相互串联,多个III-V族半导体发光二极管用于将电能转换为光能,发出特定颜色的工作光线;形成在隔离层一侧的多个III-V族半导体光电池,多个III-V族半导体光电池中的至少一部分相互串联,多个III-V族半导体光电池吸收特定颜色工作光线,用于将光能转换为电能,其中,III-V族半导体发光二极管与III-V族半导体光电池的工作光线匹配,且隔离层对工作光线透明,III-V族半导体发光二极管的数目与III-V族半导体光电池的数目呈比例以实现直流变压。该III-V族半导体直流变压器还具有耐高压,无电磁辐射,无线圈结构,安全可靠,传输效率高,体积小,寿命长,重量轻,安装维护方便等优点。在本专利技术的一个实施例中,III-V族半导体发光二极管包括:III-V族半导体有源发光层;形成在III-V族半导体有源发光层的远离隔离层一侧的第一P型接触层;形成在III-V族半导体有源发光层的接近隔离层一侧的第一N型接触层;形成在第一P型接触层上的第一电极层;以及形成在第一N型接触层上的第二电极层。在本专利技术的一个实施例中,III-V族半导体光电池包括:III-V族半导体光吸收层;形成在III-V族半导体光吸收层的远离隔离层一侧的第二P型接触层;形成在III-V族半导体光吸收层的接近隔离层一侧的第二N型接触层;形成在第二P型接触层上的第三电极层;以及形成在第二N型接触层上的第四电极层。在本专利技术的一个实施例中,III-V族半导体直流变压器可为双面结构或单面结构,其中,双面结构的III-V族半导体直流变压器中,III-V族半导体发光二极管与III-V族半导体光电池位于隔离层的不同侧面,工作光线以透射的方式传输;单面结构的III-V族半导体直流变压器中,III-V族半导体发光二极管与III-V族半导体光电池位于隔离层的同一侧面,且呈间隔排布,工作光线以反射的方式传输,其中,隔离层中具有反光结构,反光结构用于将III-V族半导体二极管发出的工作光线导向III-V族半导体光电池。在本专利技术的一个实施例中,III-V族半导体有源发光层、第一N型接触层、隔离层、第二N型接触层和III-V族半导体光吸收层的材料的折射系数相匹配。在本专利技术的一个实施例中,III-V族半导体直流变压器还包括:陷光结构,该陷光结构用于将工作光线限定在III-V族半导体直流变压器内。在本专利技术的一个实施例中,陷光结构包括:位于III-V族半导体有源发光层的远离隔离层一侧的第一反射层;以及位于III-V族半导体光吸收层的远离隔离层一侧的第二反射层。在本专利技术的一个实施例中,第一反射层和第二反射层为布拉格反射镜或金属全反射镜。在本专利技术的一个实施例中,III-V族半导体发光二极管之间、III-V族半导体光电池之间,或者III-V族半导体发光二极管和III-V族半导体光电池之间,填充有透明绝缘介质且透明绝缘介质顶部覆盖反光材料;或者,III-V族半导体发光二极管之间、III-V族半导体光电池之间,或者III-V族半导体发光二极管与III-V族半导体光电池之间,填充有反光绝缘介质。具体地,本专利技术提出一种氮化物半导体直流变压器,其具有如上文描述的结构,其中,氮化物半导体直流变压器的工作光线为蓝紫光,III-V族半导体有源发光层为GaN、InGaN或AlGaInN材料的多量子阱结构,III-V族半导体光吸收层为GaN、InGaN或AlGaInN材料,隔离层为SrTiO3、ZnO、TiO2、Si3N4、SiC、金刚石、GaN、ZrO2、AlN、MgF2、CaF2、CeF2、LiF2、PbF2、Ga2O3、Gd2O3、KTa1-xNbxO3、KTaO3、LiGaO2、LiNbO3、LiTaO3、MgAlO2、MgO、PbWO4、SrxBa1-xNb2O6、YVO4、Ga2O3中的一种及其组合。具体地,本专利技术提出一种磷化物半导体直流变压器,其具有如上文描述的结构,其中,磷化物半导体直流变压器的工作光线为红黄光,III-V族半导体有源发光层为AlGaInP四元化合物材料的多量子阱结构,III-V族半导体光吸收层为AlGaInP四元化合物材料,隔离层为绝缘或半绝缘的GaP、AlP、AlAs、ZnS、ZnSe、ZnTe、InP、TiO2、ZrO2、SiO2中的一种及其组合。具体地,本专利技术提出一种砷化物半导体直流变压器,其具有如上文描述的结构,其中,砷化物半导体直流变压器的工作光线为红外光,III-V族半导体有源发光层为AlGaAs、AlGaInAs、GaAs或InGaAs材料的多量子阱结构,III-V族半导体光吸收层为AlGaAs、AlGaInAs、GaAs或InGaAs材料,隔离层为绝缘或半绝缘的SiO2、ZrO2、TiO2、InAs、Si、GaAs、AlAs、AlGaAs、InP、AlP或GaP中的一种及其组合。本专利技术提供一种III-V族半导体直流变压器的形成方法,包括步骤:提供第一衬底,并在第一衬底上外延形成III-V族半导体电光转换结构层;提供第二衬底,并在第二衬底上外延形成III-V族半导体光电转换结构层;提供隔离层;将III-V族半导体电光转换结构层从第一衬底上剥离并薄膜转移到隔离层的一侧,并且将III-V族半导体光电转换结构层从第二衬底上剥离并薄膜转移到隔离层的另一侧;对III-V族半导体电光转换结构层刻蚀分割和沉积电极,以形成多个III-V族半导体发光二极管,并对多个III-V族半导体发光二极管进行串联和/或并联;将III-V族半导体光电转换结构层刻蚀分割和沉积电极,以形成多个III-V族半导体光电池,并对多个III-V族半导体光电池进行串联和/或并联。该方法制备的III-V族半导体直流变压器为双面结构,该方法工艺简单成熟,适于大规模生产。本专利技术提供另一种III-V族半导体直流变压器的形成本文档来自技高网...
III-V族半导体直流变压器及其形成方法

【技术保护点】
一种III?V族半导体直流变压器,其特征在于,包括:隔离层,所述隔离层为透明绝缘介质;形成在所述隔离层一侧的多个III?V族半导体发光二极管,所述多个III?V族半导体发光二极管中的至少一部分相互串联,所述多个III?V族半导体发光二极管用于将电能转换为光能,发出特定颜色的工作光线;形成在所述隔离层一侧的多个III?V族半导体光电池,所述多个III?V族半导体光电池中的至少一部分相互串联,所述多个III?V族半导体光电池吸收特定颜色所述工作光线,用于将所述光能转换为所述电能,其中,所述III?V族半导体发光二极管与所述III?V族半导体光电池的所述工作光线频谱匹配,且所述隔离层对所述工作光线透明,所述III?V族半导体发光二极管的数目与所述III?V族半导体光电池的数目呈比例以实现直流变压。

【技术特征摘要】
1.一种III-V族半导体直流变压器,其特征在于,包括:隔离层,所述隔离层为透明绝缘介质;形成在所述隔离层一侧的多个III-V族半导体发光二极管,所述多个III-V族半导体发光二极管中的至少一部分相互串联,所述多个III-V族半导体发光二极管用于将电能转换为光能,发出特定颜色的工作光线;形成在所述隔离层一侧的多个III-V族半导体光电池,所述多个III-V族半导体光电池中的至少一部分相互串联,所述多个III-V族半导体光电池吸收特定颜色所述工作光线,用于将所述光能转换为所述电能,其中,所述III-V族半导体发光二极管与所述III-V族半导体光电池的所述工作光线频谱匹配,且所述隔离层对所述工作光线透明,所述III-V族半导体发光二极管的数目与所述III-V族半导体光电池的数目呈比例以实现直流变压,所述III-V族半导体发光二极管包括:III-V族半导体有源发光层;形成在所述III-V族半导体有源发光层的远离所述隔离层一侧的第一P型接触层;形成在所述III-V族半导体有源发光层的接近所述隔离层一侧的第一N型接触层;形成在所述第一P型接触层上的第一电极层;以及形成在所述第一N型接触层上的第二电极层。2.如权利要求1所述的III-V族半导体直流变压器,其特征在于,所述III-V族半导体光电池包括:III-V族半导体光吸收层;形成在所述III-V族半导体光吸收层的远离所述隔离层一侧的第二P型接触层;形成在所述III-V族半导体光吸收层的接近所述隔离层一侧的第二N型接触层;形成在所述第二P型接触层上的第三电极层;以及形成在所述第二N型接触层上的第四电极层。3.如权利要求2所述的III-V族半导体直流变压器,其特征在于,所述III-V族半导体直流变压器可为双面结构或单面结构,其中,所述双面结构的III-V族半导体直流变压器中,所述III-V族半导体发光二极管与所述III-V族半导体光电池位于所述隔离层的不同侧面,所述工作光线以透射的方式传输;所述单面结构的III-V族半导体直流变压器中,所述III-V族半导体发光二极管与所述III-V族半导体光电池位于所述隔离层的同一侧面,且呈间隔排布,所述工作光线以反射的方式传输,其中,所述隔离层中具有反光结构,所述反光结构用于将所述III-V族半导体二极管发出的所述工作光线导向所述III-V族半导体光电池。4.如权利要求3所述的III-V族半导体直流变压器,其特征在于,所述III-V族半导体有源发光层、所述第一N型接触层、所述隔离层、所述第二N型接触层和所述III-V族半导体光吸收层的材料的折射系数相匹配。5.如权利要求4所述的III-V族半导体直流变压器,其特征在于,所述III-V族半导体直流变压器还包括:陷光结构,所述陷光结构用于将所述工作光线限定在所述III-V族半导体直流变压器内。6.如权利要求5所述的III-V族半导体直流变压器,其特征在于,所述陷光结构包括:位于所述III-V族半导体有源发光层的远离所述隔离层一侧的第一反射层;以及位于所述III-V族半导体光吸收层的远离所述隔离层一侧的第二反射层。7.如权利要求6所述的III-V族半导体直流变压器,其特征在于,所述第一反射层和所述第二反射层为布拉格反射镜或金属全反射镜。8.如权利要求7所述的III-V族半导体直流变压器,其特征在于,所述III-V族半导体发光二极管之间、所述III-V族半导体光电池之间,或者所述III-V族半导体发光二极管和所述III-V族半导体光电池之间,填充有透明绝缘介质且所述透明绝缘介质顶部覆盖反光材料;或者,所述III-V族半导体发光二极管之间、所述III-V族半导体光电池之间,或者所述III-V族半导体发光二极管与所述III-V族半导体光电池之间,填充有反光绝缘介质。9.一种氮化物半导体直流变压器,其特征在于,具有如权利要求1-8任一项所述III-V族半导体直流变压器的结构,其中,所述氮化物半导体直流变压器的工作光线为蓝紫光,所述III-V族半导体有源发光层为GaN、InGaN或AlGaInN材料的多量子阱结构,所述III-V族半导体光吸收层为GaN、InGaN或AlGaInN材料,所述隔离层为SrTiO3、ZnO、TiO2、Si3N4、SiC、金刚石、GaN、ZrO2、AlN、MgF2、CaF2、CeF2、LiF2、PbF2、Ga2O3、BN、Gd2O3、KTa1-xNbxO3、KTaO3、LiGaO2、LiNbO3、LiTaO3、MgAlO2、MgO、PbWO4、SrxBa1-xNb2O6、YVO4、Ga2O3中的一种及其组合。10.一种磷化物半导体直流变压器,其特征在于,具有如权利要求1-8任一项所述III-V族半导体直流变压器的结构,其中,所述磷化...

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

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