專利名稱：一種半導(dǎo)體直流變壓器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電流電壓變壓領(lǐng)域，特別涉及一種半導(dǎo)體直流變壓器。
背景技術(shù)：
傳統(tǒng)的電力系統(tǒng)采用的絕大多數(shù)是交流電的傳輸形式，主要原因是因?yàn)榻涣髯儔旱姆奖阈?，采用電磁?chǎng)作為能量傳輸介質(zhì)，利用電磁感應(yīng)原理通過不同匝數(shù)的主次級(jí)線圈之間的耦合實(shí)現(xiàn)變壓，尤其是低壓升到高壓。而直流電在傳輸損耗，電網(wǎng)穩(wěn)定度，線路造價(jià)方面相對(duì)于交流電都有著極其巨大的優(yōu)勢(shì)，只是在直流變壓，尤其是直流升壓方面一直沒有簡(jiǎn)便高效的升壓技術(shù)和器件，并且隨著技術(shù)的發(fā)展，太陽能電池，燃料電池等直接產(chǎn)生直流電的發(fā)電技術(shù)所占比例越來越大，另一方面，需要采用直流電的用電設(shè)備也越來越多，如 LED燈泡，OLED, LED電視和顯示屏以及諸多其他的家用電子產(chǎn)品大多使用的也是直流電。 現(xiàn)有的技術(shù)主要的是采用“直流發(fā)電-直流交流轉(zhuǎn)換-交流變壓-交流高壓輸送-交流變壓-交流直流轉(zhuǎn)換-直流應(yīng)用”的做法，該方法具有如下缺點(diǎn)1、所需的裝置復(fù)雜，元件眾多，體積較大，成本較高；2、在各環(huán)節(jié)均有不同程度的能量損失，例如變電損失、變流損失、傳輸損失、用戶端再轉(zhuǎn)化為直流的驅(qū)動(dòng)損失等等，能量傳輸總效率不高；3、交流高壓輸送的過程中，不同發(fā)電系統(tǒng)之間的交流相位難以完全同步，整個(gè)電網(wǎng)的穩(wěn)定性較差。相比之下，“直流發(fā)電-直流變壓-直流高壓輸送-直流變壓-直流應(yīng)用”的方案更為簡(jiǎn)單穩(wěn)定可靠、能量損耗耗更少。為使直流發(fā)電輸電得到普遍應(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。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的旨在至少解決上述技術(shù)缺陷之一，特別是提出一種結(jié)構(gòu)半導(dǎo)體直流變壓器。本發(fā)明提供一種半導(dǎo)體直流變壓器，包括襯底層；形成在所述襯底層之上的多個(gè)串聯(lián)的半導(dǎo)體電光轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)，用于將輸入電能轉(zhuǎn)換為光能；和形成在所述襯底層之上的多個(gè)串聯(lián)的半導(dǎo)體光電轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)，用于將所述光能轉(zhuǎn)換為輸出電能，其中，所述半導(dǎo)體光電轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)的數(shù)目與所述半導(dǎo)體電光轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)的數(shù)目不同以實(shí)現(xiàn)直流變壓，且所述半導(dǎo)體電光轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)與所述半導(dǎo)體光電轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)的工作光線匹配。本發(fā)明提供的半導(dǎo)體直流變壓器，通過在半導(dǎo)體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，輸入端與輸出端單位單元的電壓分別取決于其電光轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)中的電光轉(zhuǎn)換層和光電轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)中的光電轉(zhuǎn)換層材料的特性參數(shù)，在輸入端和輸出端分別采用不同數(shù)量的電光轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)和光電轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)串聯(lián)，利用電光轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)和光電轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)的數(shù)目比實(shí)現(xiàn)直流電壓的變壓。該半導(dǎo)體直流變壓器還具有耐高壓，無電磁輻射，無線圈結(jié)構(gòu)，安全可靠，體積小，壽命長，重量輕，安裝維護(hù)方便等優(yōu)點(diǎn)。根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的半導(dǎo)體直流變壓器，所述多個(gè)半導(dǎo)體光電轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)具有光電轉(zhuǎn)換層，所述多個(gè)半導(dǎo)體電光轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)具有電光轉(zhuǎn)換層，其中，所述多個(gè)半導(dǎo)體光電轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)和多個(gè)半導(dǎo)體電光轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)之間填充有絕緣透明介質(zhì)。根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的半導(dǎo)體直流變壓器，所述半導(dǎo)體電光轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)包括發(fā)光二極管、諧振發(fā)光二極管或激光二極管。根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的半導(dǎo)體直流變壓器，所述半導(dǎo)體光電轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)為具有背接觸或埋接觸的單面引出電極結(jié)構(gòu)的光電池。根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的半導(dǎo)體直流變壓器，所述半導(dǎo)體電光轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)或所述半導(dǎo)體光電轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)包括多個(gè)并聯(lián)的半導(dǎo)體電光轉(zhuǎn)換子單元或多個(gè)并聯(lián)的半導(dǎo)體光電轉(zhuǎn)換子單元。根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的半導(dǎo)體直流變壓器，還包括位于所述電光轉(zhuǎn)換層頂部的第一接觸層、位于所述電光轉(zhuǎn)換層底部的第二接觸層、位于所述光電轉(zhuǎn)換層頂部的第三接觸層，以及位于所述光電轉(zhuǎn)換層底部的第四接觸層，其中，所述第二接觸層與第四接觸層對(duì)所述電光轉(zhuǎn)換層發(fā)出的工作光線透明。根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的半導(dǎo)體直流變壓器，所述第二接觸層與第四接觸層為重?fù)桨雽?dǎo)體材料、透明導(dǎo)電氧化物、石墨烯中的一種及其組合。根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的半導(dǎo)體直流變壓器，所述襯底層底部具有三角形反射結(jié)構(gòu)。根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的半導(dǎo)體直流變壓器，還包括位于所述電光轉(zhuǎn)換層和所述光電轉(zhuǎn)換層的頂部的反射層；位于所述電光轉(zhuǎn)換層和所述光電轉(zhuǎn)換層的底部的反射層。根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的半導(dǎo)體直流變壓器，還包括分別形成在所述電光轉(zhuǎn)換層兩側(cè)的第五接觸層和形成在所述光電轉(zhuǎn)換層兩側(cè)的第六接觸層。根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的半導(dǎo)體直流變壓器，還包括位于所述電光轉(zhuǎn)換層和所述光電轉(zhuǎn)換層的頂部的反射層；位于所述電光轉(zhuǎn)換層和所述光電轉(zhuǎn)換層的底部的反射層。根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的半導(dǎo)體直流變壓器，所述電光轉(zhuǎn)換層的材料包括紅黃光的AlfeJnP，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, InGaAsP, AlGaAs, InGaAsNSb 以及其它 III 族氮系化合物、III 族砷系或磷系化合物半導(dǎo)體材料及其組合。根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的半導(dǎo)體直流變壓器，所述光電轉(zhuǎn)換層的材料包括Si，Ge， SiGe, AlGaInP, InGaAs, InGaN, AlGaInN, InGaAsP, GaAs, GaSb, InGaP, InGaAs, InGaAsP, AlGaAs, AlGaP, InAlPjAlGaAsSb, InGaAsN釙，其它III-V族直接禁帶半導(dǎo)體材料及其組合。根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的半導(dǎo)體直流變壓器，還包括殼體，其中，所述多個(gè)串聯(lián)的半導(dǎo)體電光轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)和所述多個(gè)串聯(lián)的半導(dǎo)體光電轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)分別形成在所述殼體的兩個(gè)相對(duì)表面之上，且所述殼體中填充有液態(tài)透明絕緣介質(zhì)或氣態(tài)透明絕緣介質(zhì)。本發(fā)明附加的方面和優(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，或通過本發(fā)明的實(shí)踐了解到。


本發(fā)明上述的和/或附加的方面和優(yōu)點(diǎn)從下面結(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1為本發(fā)明的半導(dǎo)體直流變壓器的工作原理圖；圖2為本發(fā)明的具有多個(gè)子單元并聯(lián)結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體直流變壓器的工作原理圖；圖3為本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的半導(dǎo)體直流變壓器的結(jié)構(gòu)示意圖；圖4為圖3中光電轉(zhuǎn)換層上表面的三角形反射鏡結(jié)構(gòu)的示意圖；圖5為本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的半導(dǎo)體直流變壓器的結(jié)構(gòu)示意圖；圖6為本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的半導(dǎo)體直流變壓器的結(jié)構(gòu)示意圖；圖7為本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的半導(dǎo)體直流變壓器的結(jié)構(gòu)示意圖；以及圖8為本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的半導(dǎo)體直流變壓器的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式下面詳細(xì)描述本發(fā)明的實(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，僅用于解釋本發(fā)明，而不能解釋為對(duì)本發(fā)明的限制。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)本發(fā)明的不同結(jié)構(gòu)。為了簡(jiǎn)化本發(fā)明的公開，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發(fā)明。此外，本發(fā)明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，本發(fā)明提供了的各種特定的工藝和材料的例子，但是本領(lǐng)域普通技術(shù)人員可以意識(shí)到其他工藝的可應(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。本發(fā)明提供一種半導(dǎo)體直流變壓器，其工作原理如圖1所示在輸入端的每個(gè)半導(dǎo)體電光轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)上輸入直流電壓VI，以在半導(dǎo)體電光轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)中注入載流子復(fù)合產(chǎn)生光子，光子傳輸至半導(dǎo)體光電轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)，以在半導(dǎo)體光電轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)中激發(fā)產(chǎn)生不同的載流子， 并通過內(nèi)建電場(chǎng)分離，每個(gè)半導(dǎo)體光電轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)上輸出直流電壓V2，從而利用光波實(shí)現(xiàn)能量傳輸。需要指出的是，半導(dǎo)體電光轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)與半導(dǎo)體光電轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)的工作光線應(yīng)當(dāng)匹配。 在該能量傳輸過程中，一方面，Vl和V2的數(shù)值取決于半導(dǎo)體電光轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)和半導(dǎo)體光電轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)的材料特性參數(shù)，如材料種類、應(yīng)變特性、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)能量轉(zhuǎn)換效率最優(yōu)化；另一方面，通過在輸入端和輸出端分別串聯(lián)不同數(shù)目的半導(dǎo)體電光轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)和半導(dǎo)體光電轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)，利用電光轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)和光電轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)的數(shù)目比實(shí)現(xiàn)直流變壓。例如，假設(shè)半導(dǎo)體電光轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)為m個(gè)，半導(dǎo)體光電轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)為η個(gè)， 則輸出總電壓/輸入總電壓=(n*V2) / (m*Vl)。其中，半導(dǎo)體電光轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)與半導(dǎo)體光電轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)的工作光線匹配是指半導(dǎo)體電光轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)發(fā)出的光線要與半導(dǎo)體光電轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)光電轉(zhuǎn)換效率最優(yōu)化的光線特性匹配， 以使器件的電光-光電能量轉(zhuǎn)換效率較高，變壓過程中的能損較少。具體地說，半導(dǎo)體電光轉(zhuǎn)換單元發(fā)出的光線波長主要由其有源區(qū)半導(dǎo)體材料的禁帶寬度(bandgap)決定，其發(fā)射出的單個(gè)光子的能量hv等于其禁帶寬度Egl。半導(dǎo)體光電轉(zhuǎn)換單元所能夠吸收的光線波長也是由其激活層半導(dǎo)體材料的能帶寬度決定的，只有單個(gè)光子的能量hv大于等于激活層半導(dǎo)體材料的禁帶寬度Eg2時(shí)才能產(chǎn)生光電效應(yīng)，激發(fā)出載流子對(duì)。但是由于一般來說一個(gè)光子只能激發(fā)出一個(gè)電子空穴對(duì)，如果光子能量hv >> Eg2，多余的那部分能量則轉(zhuǎn)化為熱損失掉，造成光子能量的浪費(fèi)。因此從光能的傳輸與轉(zhuǎn)換效率角度考慮，半導(dǎo)體電光轉(zhuǎn)換單元發(fā)出的光線的光子能量要恰好既能夠被光電轉(zhuǎn)換單元吸收而又不會(huì)高出很多造成能量的浪費(fèi)，也就是說電光單元有源區(qū)的禁帶寬度Egl要等于或略大于光電轉(zhuǎn)換單元的禁帶寬度Eg2。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，半導(dǎo)體電光轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)包括發(fā)光二極管(LED)、諧振發(fā)光二極管(RS_LED)或激光二極管(LD)。這幾種LED均能夠有效地將電能轉(zhuǎn)換為光能，工作性能穩(wěn)定可靠，并且熱效應(yīng)少，并且RS_LED進(jìn)一步具有方向性好、調(diào)變速度較高的優(yōu)點(diǎn)，LD進(jìn)一步具有單色性好、亮度較高的優(yōu)點(diǎn)。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，半導(dǎo)體光電轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)可為具有背接觸(back contact) 或埋接觸(buried contact)的單面引出電極結(jié)構(gòu)的光電池。具有背接觸或埋接觸的單面弓I出電極結(jié)構(gòu)的光電池，其受光面可以避免受到電極遮光影響，故能量轉(zhuǎn)換效率更高，并且受光面更加均一美觀，可以降低組裝難度，提高組裝密度。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，可以將單個(gè)面積較大的半導(dǎo)體電光轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)或半導(dǎo)體光電轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)分割成多個(gè)面積較小的子單元，再利用技術(shù)平面互聯(lián)工藝把多個(gè)面積較小的單元并聯(lián)連接，以降低寄生電阻，有利于減少能量傳輸過程中在半導(dǎo)體直流變壓器上的能量損耗。如圖2所示，輸入端包括m組半導(dǎo)體電光轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)，每組半導(dǎo)體電光轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)包括 χ個(gè)半導(dǎo)體電光轉(zhuǎn)換子單元；輸出端包括n組半導(dǎo)體光電轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)，每組半導(dǎo)體光電轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)包括y個(gè)半導(dǎo)體電光轉(zhuǎn)換子單元?，F(xiàn)以“直流220V-直流10kV”為例來說明直流變壓器的工作過程。在該變壓過程中，可以在輸入端選用串聯(lián)100個(gè)閾值電壓為2. 2V的AKialnP基發(fā)光二極管，在輸出端選用串聯(lián)5000個(gè)光電壓為2V的AKialnP基光電池。其中AKialnP基發(fā)光二極管通電后發(fā)出波長560nm左右的黃光，AKialnP基光電池則吸收該工作光線并轉(zhuǎn)換為電能輸出。此外，為了方便生產(chǎn)及組裝，通常將產(chǎn)品做成標(biāo)準(zhǔn)化組件，即把多個(gè)半導(dǎo)體電光轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)和多個(gè)半導(dǎo)體光電轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)分別做成標(biāo)準(zhǔn)尺寸大小。為了減少漏光帶來能耗損失，安裝時(shí)通常使多個(gè)半導(dǎo)體電光轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)的電光轉(zhuǎn)換發(fā)光總面積和多個(gè)半導(dǎo)體光電轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)的光電轉(zhuǎn)換吸光總面積相等。該例子中，半導(dǎo)體電光轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)與半導(dǎo)光電轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)的數(shù)目比例為 100 5000，故需要發(fā)光二極管與光電池的數(shù)目比例為1 50，單個(gè)發(fā)光二極管的發(fā)光面積與單個(gè)光電池的吸光面積比例為50 1。這種情況下需要的單個(gè)發(fā)光二極管的面積較大， 優(yōu)選地，也可以將單個(gè)面積較大的發(fā)光二極管用多個(gè)閾值電壓相同但發(fā)光面積較小的發(fā)光二極管來替換，一方面小面積器件更容易制造，另一方面也有利于減小寄生電阻。 下面參考附圖描述根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的半導(dǎo)體直流變壓器。圖3所示為根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的半導(dǎo)體直流變壓器的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖3所示，半導(dǎo)體直流變壓器1包括多個(gè)串聯(lián)的半導(dǎo)體電光轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)10、多個(gè)串聯(lián)的半導(dǎo)體光電轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)20和襯底層30。在本實(shí)施例中半導(dǎo)體直流變壓器1包括3個(gè)串聯(lián)的半導(dǎo)體電光轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)10和3個(gè)串聯(lián)的半導(dǎo)體光電轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)20，需要說明的是，該取值僅為示例說明的方便，而不作為本發(fā)明的限定。其中，半導(dǎo)體電光轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)10和半導(dǎo)體光電轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)20的工作光線匹配，襯底層30對(duì)工作光線透明。其中，半導(dǎo)體電光轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)10在垂直方向上包括用于實(shí)現(xiàn)能量轉(zhuǎn)換的電光轉(zhuǎn)換層100、位于電光轉(zhuǎn)換層100頂部的第一接觸層101、位于電光轉(zhuǎn)換層100底部的第二接觸層102，其中第二接觸層102對(duì)電光轉(zhuǎn)換層100發(fā)出的工作光線透明。具體地，電光轉(zhuǎn)換層 100用以將輸入的直流電轉(zhuǎn)換為光，發(fā)出所需要的波長范圍的工作光線。工作光線包括從 IOOnm的紫外光到IOum的紅外光的整個(gè)光譜范圍中的一個(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100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LED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100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(如波長范圍)，例如可以采用紅黃光的Alfe^nP，紫外的 GaN 禾口 hGaN、藍(lán)紫光的 InGaN 禾口 AlGalnN、ZnO，紅光或紅外光的 AlGalnAs、GaAS, InGaAs, InGaAsP,AlGaAs, InGaAsNSb以及其它III族氮系化合物、III族砷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MGalnP、InGaN，GaN)為優(yōu)選材料。優(yōu)選地，電光轉(zhuǎn)換層100的上表面還具有金屬等材料的倒三角形反射鏡結(jié)構(gòu)(如圖4所示)，以使光線不能從上表面垂直射出。第一接觸層101不需要對(duì)工作光線透明，故可采用金屬、合金、導(dǎo)電氧化物、重?fù)桨雽?dǎo)體等材料形成單層和/或多層復(fù)合結(jié)構(gòu)，優(yōu)選為低電阻金屬例如Cu，更優(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)起到散熱作用。 第二接觸層102對(duì)電光轉(zhuǎn)換層100發(fā)出的工作光線透明，故第二接觸層102材料的禁帶寬度應(yīng)大于電光轉(zhuǎn)換層100發(fā)出的工作光線的光子能量，以防止第二接觸層102對(duì)工作光線的吸收，提高光波轉(zhuǎn)換效率。一般說來，可以采用對(duì)工作光線透明的重?fù)綄捊麕О雽?dǎo)體材料 GaAs, GaN, AlGaInP, AlGalnN、AlGalnAs，或者導(dǎo)電透明金屬氧化物材料 ΙΤ0、SnO2, ZnO，或者石墨烯中的一種及其組合來實(shí)現(xiàn)。其中，半導(dǎo)體光電轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)20在垂直方向上包括用于實(shí)現(xiàn)能量轉(zhuǎn)換的光電轉(zhuǎn)換層200、位于電光轉(zhuǎn)換層200頂部的第三接觸層201、位于光電轉(zhuǎn)換層200底部的第四接觸層202，其中第四接觸層202對(duì)電光轉(zhuǎn)換層100發(fā)出的工作光線透明。具體地，光電轉(zhuǎn)換層 200用以將光轉(zhuǎn)換為電以實(shí)現(xiàn)變壓。光電轉(zhuǎn)換層200的材料包括Si，Ge, SiGe, AlGaInP, InGaAs，InGaN, AlGalnN, InGaAsP，GaAs，Ga Sb, InGaP，InGaAs，InGaAsP，AlGaAs，AlGaP， InAlP, AlGaAsSb, InGaAsNSb,其它III-V族直接禁帶半導(dǎo)體材料及其組合。需要指出的是，電光轉(zhuǎn)換層100與光電轉(zhuǎn)換層200的能帶結(jié)構(gòu)需匹配，從而使電光轉(zhuǎn)換層100發(fā)出的工作光線的波段與光電轉(zhuǎn)換層200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。第三接觸層201不需要對(duì)工作光線透明，故可采用金屬、合金、導(dǎo)電氧化物、重?fù)桨雽?dǎo)體等材料形成單層和/或多層復(fù)合結(jié)構(gòu)，優(yōu)選為低電阻金屬例如Cu，更優(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)起到散熱作用。第四接觸層202對(duì)電光轉(zhuǎn)換層 100發(fā)出的工作光線透明，故第四接觸層202材料的禁帶寬度應(yīng)大于電光轉(zhuǎn)換層100發(fā)出的工作光線的光子能量，以防止第四接觸層202對(duì)工作光線的吸收，提高光波轉(zhuǎn)換效率。一般說來，可以采用對(duì)工作光線透明的重?fù)綄捊麕О雽?dǎo)體材料GaAs、GaN, AlGaInP, AlGalnN, AlfelnAs，或者導(dǎo)電透明金屬氧化物材料ΙΤ0、SnO2,加0，或者石墨烯中的一種及其組合來實(shí)現(xiàn)。其中，襯底30包括透明絕緣介質(zhì)層300和反射層301，透明絕緣介質(zhì)層300可為固態(tài)透明絕緣材料或者封裝在殼體中液體或氣態(tài)透明絕緣材料，用于提供光傳播的空間， 反射層301可為金屬或合金的三角形的反射結(jié)構(gòu)，以使電光轉(zhuǎn)換層100發(fā)出的光線經(jīng)反射轉(zhuǎn)向到光電轉(zhuǎn)換層200上。具體地，透明絕緣介質(zhì)層300用于實(shí)現(xiàn)半導(dǎo)體電光轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)10 和半導(dǎo)體光電轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)20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半導(dǎo)體電光轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)10傳輸?shù)桨雽?dǎo)體光電轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)20， 實(shí)現(xiàn)能量的傳輸，最終實(shí)現(xiàn)電壓變換。透明絕緣介質(zhì)層300的厚度取決于輸入輸出的電壓的大小以及絕緣要求，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?，在本發(fā)明實(shí)施例中，透明絕緣介質(zhì)層300的材料可以為固態(tài)透明絕緣介質(zhì)的A1203、A1N、 Si02、MgO、Si3N4, BN、金剛石、LiAlO2, LiGaO2, GaAs, SiC、TiO2, ZrO2, SrTiO3> Ga2O3> ZnS, SiC、 MgAl2O4, LiNbO3, LiTa03、釔鋁石槽石(YAG)晶體、KNb03、LiF、MgF2, BaF2, GaF2, LaF3, BeO、 GaP, GaN以及稀土氧化物REO中的一種及其組合，也可以為填充在殼體中的液態(tài)透明絕緣介質(zhì)的純水、CC14、CS2、或者SF6等氣態(tài)透明絕緣介質(zhì)。襯底30底部的反射層301為三角形的反射結(jié)構(gòu)，如圖4所示，反射層301用于使電光轉(zhuǎn)換層100發(fā)出的縱向傳輸光線經(jīng)反射層斜面反射轉(zhuǎn)向傳輸?shù)焦怆娹D(zhuǎn)換層200上。在本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，還包括位于半導(dǎo)體直流變壓器的頂部的頂反射層302，頂反射層302與反射層301類似，具有倒三角形的反射結(jié)構(gòu)，用于使縱向傳輸光線轉(zhuǎn)向傳輸。此外，為了獲得良好的光電能量轉(zhuǎn)換效率，應(yīng)當(dāng)避免光傳播從電光轉(zhuǎn)換層100進(jìn)入光電轉(zhuǎn)換層200的過程中在各層界面處發(fā)生全反射現(xiàn)象。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，故只須沿著光的傳播方向上各層折射系數(shù)適當(dāng)匹配即可避免全反射的發(fā)生。在本發(fā)明的實(shí)施例中，可以使第二接觸層102、隔離層300、第四接觸層202和光電轉(zhuǎn)換層200的材料折射系數(shù)與電光轉(zhuǎn)換層100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。此處所謂匹配是指滿足條件λ電光轉(zhuǎn)換層彡入第二接觸層< 入H離層彡、第四接觸層<、光電轉(zhuǎn)換層(λ為折射系數(shù))。故在本發(fā)明一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施例中，電光轉(zhuǎn)換層100、第二接觸層102、隔離層300、第四接觸層202和光電轉(zhuǎn)換層 200的材料折射系數(shù)相近似。在本發(fā)明一個(gè)更優(yōu)選的實(shí)施例中，電光轉(zhuǎn)換層100、第二接觸層102、隔離層300、第四接觸層202和光電轉(zhuǎn)換層200的材料折射系數(shù)梯次增加，即λ
轉(zhuǎn)換層< λ第二接觸層< λ隔離層< λ第四接觸層< λ光電轉(zhuǎn)換層(λ)。另外，本發(fā)明還可以使不同材料層具有粗糙化表面、圖形化表面或光子晶體結(jié)構(gòu)等來減低全反射。故在本發(fā)明優(yōu)選的實(shí)施例中，電光轉(zhuǎn)換層100、第二接觸層102、隔離層 300、第三接觸層102和光電轉(zhuǎn)換層200中的至少一個(gè)具有粗糙化表面、圖形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。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，半導(dǎo)體電光轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)10為多結(jié)結(jié)構(gòu)，發(fā)射出多組工作光線；半導(dǎo)體光電轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)20也為多結(jié)結(jié)構(gòu)，吸收多組工作光線并轉(zhuǎn)化為電能。具體地， 半導(dǎo)體電光轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)10將電能轉(zhuǎn)換為光能時(shí)通常是發(fā)出特定波段的光，例如(Alx(iai_x) JiVyP(其中0 < χ < 1，0 < y < 1)材料發(fā)光二極管主要發(fā)出紅光及黃光的工作光線， ^ixGahN(其中0 < χ < 1)材料LED則發(fā)出綠光或藍(lán)光波段的工作光線，AlxGai_xN和AlfiiJnmN材料LED則發(fā)出紫外波段的工作光線。同樣的，半導(dǎo)體光電轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)20通常也是特定材料吸收特定波段的工作光線，例如硅基光電池對(duì)可見光及紅外光均有明顯吸收，III-V族光電池則吸收特定波段的可見光。為了提高轉(zhuǎn)換效率，可以將半導(dǎo)體電光轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)10和半導(dǎo)體光電轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)20均設(shè)計(jì)為多結(jié)結(jié)構(gòu)，即半導(dǎo)體直流變壓器1由發(fā)出多個(gè)組工作光線的多結(jié)半導(dǎo)體電光轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)10和吸收多組工作光線的多結(jié)半導(dǎo)體光電轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)20組合而成，只需要保證二者之間工作光線匹配即可。在適當(dāng)匹配工作光線的情況下， 多結(jié)結(jié)構(gòu)有更高的能量轉(zhuǎn)換效率。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，還包括多個(gè)二極管，多個(gè)二極管分別與半導(dǎo)體電光轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)10及半導(dǎo)體光電轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)20相連。當(dāng)電路中電流太大時(shí)，多個(gè)二極管會(huì)首先被擊穿，從而保護(hù)了半導(dǎo)體電光轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)10及半導(dǎo)體光電轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)20。本發(fā)明提供的半導(dǎo)體直流變壓器，通過在半導(dǎo)體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，輸入端與輸出端單位單元的電壓分別取決于其電光轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)中的電光轉(zhuǎn)換層和光電轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)中的光電轉(zhuǎn)換層材料的特性參數(shù)，在輸入端和輸出端分別采用不同數(shù)量的半導(dǎo)體電光轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)和半導(dǎo)體光電轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)串聯(lián)，利用半導(dǎo)體電光轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)和半導(dǎo)體光電轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)的數(shù)目比實(shí)現(xiàn)直流電壓的變壓。該半導(dǎo)體直流變壓器還具有耐高壓，無電磁輻射，無線圈結(jié)構(gòu)，安全可靠，體積小，壽命長，重量輕，安裝維護(hù)方便等優(yōu)點(diǎn)。在圖3所示的實(shí)施例的基礎(chǔ)上，為了減少漏光損失，提高光電轉(zhuǎn)換效率，本發(fā)明的半導(dǎo)體直流變壓器還進(jìn)一步包括位于電光轉(zhuǎn)換層頂部的反射層和位于光電轉(zhuǎn)換層頂部的反射層，以使光線被限定在器件之中不被泄漏。根據(jù)反射層具體位置的不同，其結(jié)構(gòu)可以有如圖5和圖6所示的兩種情況。圖5所示為根據(jù)本發(fā)明的包括反射層的半導(dǎo)體直流變壓器的結(jié)構(gòu)示意圖，該反射層位于電光轉(zhuǎn)換層和其接觸層之間，以及光電轉(zhuǎn)換層和其接觸層之間。如圖5所示，半導(dǎo)體直流變壓器2還進(jìn)包括多個(gè)串聯(lián)的半導(dǎo)體電光轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)10、 多個(gè)串聯(lián)的半導(dǎo)體光電轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)20、用于支撐的襯底層300。其中，多個(gè)串聯(lián)的半導(dǎo)體電光轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)10與多個(gè)串聯(lián)的半導(dǎo)體光電轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)20的工作光線匹配，交替地排列在襯底層 300的頂部表面。多個(gè)半導(dǎo)體電光轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)10與多個(gè)半導(dǎo)體光電轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)20之間填充有用于電氣隔絕的透明絕緣介質(zhì)。每個(gè)半導(dǎo)體電光轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)10包括電光轉(zhuǎn)換層100，位于電光轉(zhuǎn)換層100頂部的第一接觸層101、位于電光轉(zhuǎn)換層100底部的第二接觸層102。每個(gè)半導(dǎo)體光電轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)20包括光電轉(zhuǎn)換層200，位于光電轉(zhuǎn)換層200頂部的第三接觸層 201、位于光電轉(zhuǎn)換層200底部的第四接觸層202。該半導(dǎo)體直流變壓器2還包括位于第一接觸層101與電光轉(zhuǎn)換層100之間以及第三接觸層201與光電轉(zhuǎn)換層200之間的第一反射層401，和位于第二接觸層102與電光轉(zhuǎn)換層100之間以及第四接觸層202與光電轉(zhuǎn)換層 200之間的第二反射層402。第一反射層401和第二反射層402可以將光限制在二者之間而不漏出，有利于提高光電轉(zhuǎn)換層200的轉(zhuǎn)換效率。其中，由于第一反射層401和第二反射層402位于接觸層內(nèi)部，故需要具備導(dǎo)電和能帶匹配的特征，可采用與電光轉(zhuǎn)換層100或光電轉(zhuǎn)換層200相近似的半導(dǎo)體材料做成布拉格反射鏡來實(shí)現(xiàn)反光。并且，此時(shí)第一接觸層 101、第二接觸層102、第三接觸層201、第四接觸層202無需對(duì)工作光線透明，可采用金屬、合金、導(dǎo)電氧化物、重?fù)桨雽?dǎo)體等材料形成單層和/或多層復(fù)合結(jié)構(gòu)以減小電阻。圖6所示為根據(jù)本發(fā)明的包括反射層的半導(dǎo)體直流變壓器的結(jié)構(gòu)示意圖，該反射層位于多個(gè)半導(dǎo)體電光轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)10和多個(gè)半導(dǎo)體光電轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)20的頂部和底部。如圖6所示，半導(dǎo)體直流變壓器3包括多個(gè)串聯(lián)的半導(dǎo)體電光轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)10、多個(gè)串聯(lián)的半導(dǎo)體光電轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)20、用于支撐的襯底層300。其中，多個(gè)串聯(lián)的半導(dǎo)體電光轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)10與多個(gè)串聯(lián)的半導(dǎo)體光電轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)20的工作光線匹配，交替地排列在襯底層300 的頂部表面。多個(gè)半導(dǎo)體電光轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)10與多個(gè)半導(dǎo)體光電轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)20之間填充有用于電氣隔絕的透明絕緣介質(zhì)。每個(gè)半導(dǎo)體電光轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)10包括電光轉(zhuǎn)換層100，位于電光轉(zhuǎn)換層100頂部的第一接觸層101、位于電光轉(zhuǎn)換層100底部的第二接觸層102。每個(gè)半導(dǎo)體光電轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)20包括光電轉(zhuǎn)換層200，位于光電轉(zhuǎn)換層200頂部的第三接觸層201、位于光電轉(zhuǎn)換層200底部的第四接觸層202。該半導(dǎo)體直流變壓器3還包括位于第一接觸層101與第九接觸層201頂部的第三反射層403，和位于第二接觸層102與第四接觸層202 底部的第四反射層404。第三反射層403和第四反射層404可以將光限制在二者之間而不漏出，有利于提高光電轉(zhuǎn)換層200的轉(zhuǎn)換效率。當(dāng)?shù)谌瓷鋵?03和第四反射層404為整體的反光層時(shí)需要具備絕緣性，可采用稀土氧化物REO等絕緣材料的布拉格反射鏡結(jié)構(gòu)； 當(dāng)?shù)谌瓷鋵?03和第四反射層404為分布在多個(gè)結(jié)構(gòu)單元的頂部的多個(gè)反光層時(shí)，其還可采用金屬、合金等導(dǎo)電材料的全向反射鏡結(jié)構(gòu)。并且，此時(shí)第一接觸層101、第二接觸層 102、第三接觸層201、第四接觸層202需要對(duì)工作光線透明，可采用重?fù)綄捊麕О雽?dǎo)體材料 GaAs, GaN, AlGaInP, AlGaInN, AlGaInAs,或者導(dǎo)電透明金屬氧化物材料 ΙΤ0、SnO2, ZnO，或者石墨烯中的一種及其組合來實(shí)現(xiàn)。在本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例中，半導(dǎo)體電光轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)10和半導(dǎo)體光電轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)20的電極的接觸層還可以位于兩側(cè)的位置。圖7所示為根據(jù)本發(fā)明的接觸層位于兩側(cè)位置的半導(dǎo)體直流變壓器的結(jié)構(gòu)示意圖。圖7所示為根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的半導(dǎo)體直流變壓器的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖7所示，該半導(dǎo)體直流變壓器4包括多個(gè)串聯(lián)的半導(dǎo)體電光轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)10、多個(gè)串聯(lián)的半導(dǎo)體光電轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)20、襯底300。其中，多個(gè)串聯(lián)的半導(dǎo)體電光轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)10與多個(gè)串聯(lián)的半導(dǎo)體光電轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)20的工作光線匹配，交替地排列在襯底300的頂部表面。 多個(gè)半導(dǎo)體電光轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)10與多個(gè)半導(dǎo)體光電轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)20之間填充有用于電氣隔絕的透明絕緣介質(zhì)。每個(gè)半導(dǎo)體電光轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)10包括電光轉(zhuǎn)換層100，位于電光轉(zhuǎn)換層100兩側(cè)的第五接觸層103。每個(gè)半導(dǎo)體光電轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)20包括光電轉(zhuǎn)換層200，位于光電轉(zhuǎn)換層 200兩側(cè)的第六接觸層203。該半導(dǎo)體直流變壓器4還包括位于電光轉(zhuǎn)換層100和光電轉(zhuǎn)換層200頂部的第五反射層405，和位于電光轉(zhuǎn)換層100和光電轉(zhuǎn)換層200底部的第六反射層406。第五反射層405和第六反射層406可以將光限制在二者之間而不漏出，有利于提高光電轉(zhuǎn)換層200的轉(zhuǎn)換效率。其中，第五反射層405和第六反射層406需要具備絕緣性，其材料可為采用稀土氧化物REO等絕緣材料的布拉格反射鏡結(jié)構(gòu)。并且，此時(shí)第五接觸層103和第六接觸層203需要對(duì)工作光線透明，可采用重?fù)綄捊麕О雽?dǎo)體材料GaAs、GaN, AlfeJnP、AlfeJnN、AlGalnAs，或者導(dǎo)電透明金屬氧化物材料ΙΤ0、SnO2, SiO，或者石墨烯中的一種及其組合來實(shí)現(xiàn)。圖8所示為根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的半導(dǎo)體直流變壓器的結(jié)構(gòu)示意圖。
如圖8所示，該半導(dǎo)體直流變壓器5包括多個(gè)串聯(lián)的半導(dǎo)體電光轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)10、多個(gè)串聯(lián)的半導(dǎo)體光電轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)20、殼體30。其中，多個(gè)串聯(lián)的半導(dǎo)體電光轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)10與多個(gè)串聯(lián)的半導(dǎo)體光電轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)20的工作光線匹配，分別形成在殼體30的兩個(gè)相對(duì)表面上。 并且殼體30中填充有液態(tài)透明絕緣介質(zhì)或氣態(tài)透明絕緣介質(zhì)。盡管已經(jīng)示出和描述了本發(fā)明的實(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發(fā)明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，本發(fā)明的范圍由所附權(quán)利要求及其等同限定。
權(quán)利要求
1.一種半導(dǎo)體直流變壓器，其特征在于，包括襯底層；形成在所述襯底層之上的多個(gè)串聯(lián)的半導(dǎo)體電光轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)，用于將輸入電能轉(zhuǎn)換為光能；和形成在所述襯底層之上的多個(gè)串聯(lián)的半導(dǎo)體光電轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)，用于將所述光能轉(zhuǎn)換為輸出電能，其中，所述半導(dǎo)體光電轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)的數(shù)目與所述半導(dǎo)體電光轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)的數(shù)目不同以實(shí)現(xiàn)直流變壓，且所述半導(dǎo)體電光轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)與所述半導(dǎo)體光電轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)的工作光線匹配。
2.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體直流變壓器，其特征在于，所述多個(gè)半導(dǎo)體光電轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)具有光電轉(zhuǎn)換層，所述多個(gè)半導(dǎo)體電光轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)具有電光轉(zhuǎn)換層，其中，所述多個(gè)半導(dǎo)體光電轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)和多個(gè)半導(dǎo)體電光轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)之間填充有絕緣透明介質(zhì)。
3.如權(quán)利要求1或2所述的半導(dǎo)體直流變壓器，其特征在于，所述半導(dǎo)體電光轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)包括發(fā)光二極管、諧振發(fā)光二極管或激光二極管。
4.如權(quán)利要求1或2所述的半導(dǎo)體直流變壓器，其特征在于，所述半導(dǎo)體光電轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)為具有背接觸或埋接觸的單面引出電極結(jié)構(gòu)的光電池。
5.如權(quán)利要求1或2所述的半導(dǎo)體直流變壓器，其特征在于，所述半導(dǎo)體電光轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)或所述半導(dǎo)體光電轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)包括多個(gè)并聯(lián)的半導(dǎo)體電光轉(zhuǎn)換子單元或多個(gè)并聯(lián)的半導(dǎo)體光電轉(zhuǎn)換子單元。
6.如權(quán)利要求1-5任一項(xiàng)所述的半導(dǎo)體直流變壓器，其特征在于，還包括位于所述電光轉(zhuǎn)換層頂部的第一接觸層、位于所述電光轉(zhuǎn)換層底部的第二接觸層、位于所述光電轉(zhuǎn)換層頂部的第三接觸層，以及位于所述光電轉(zhuǎn)換層底部的第四接觸層，其中，所述第二接觸層與第四接觸層對(duì)所述電光轉(zhuǎn)換層發(fā)出的工作光線透明。
7.如權(quán)利要求6所述的半導(dǎo)體直流變壓器，其特征在于，所述第二接觸層與第四接觸層為重?fù)桨雽?dǎo)體材料、透明導(dǎo)電氧化物、石墨烯中的一種及其組合。
8.如權(quán)利要求6所述的半導(dǎo)體直流變壓器，其特征在于，所述襯底層底部具有三角形反射結(jié)構(gòu)。
9.如權(quán)利要求6所述的半導(dǎo)體直流變壓器，其特征在于，還包括位于所述電光轉(zhuǎn)換層和所述光電轉(zhuǎn)換層的頂部的反射層；位于所述電光轉(zhuǎn)換層和所述光電轉(zhuǎn)換層的底部的反射層。
10.如權(quán)利要求1-5任一項(xiàng)所述的半導(dǎo)體直流變壓器，其特征在于，還包括分別形成在所述電光轉(zhuǎn)換層兩側(cè)的第五接觸層和形成在所述光電轉(zhuǎn)換層兩側(cè)的第六接觸層。
11.如權(quán)利要求10所述的半導(dǎo)體直流變壓器，其特征在于，還包括位于所述電光轉(zhuǎn)換層和所述光電轉(zhuǎn)換層的頂部的反射層；位于所述電光轉(zhuǎn)換層和所述光電轉(zhuǎn)換層的底部的反射層。
12.如權(quán)利要求5-11任一項(xiàng)所述的半導(dǎo)體直流變壓器，其特征在于，所述電光轉(zhuǎn)換層的材料包括紅黃光的AlfeJnP，紫外的GaN和InGaN、藍(lán)紫光的InGaN和AlfeJnNJnO,紅光或紅外光的 AlGalnAs、GaAS, InGaAs, InGaAsP, AlGaAs, InGaAsNSb 以及其它 III 族氮系化合物、III族砷系或磷系化合物半導(dǎo)體材料及其組合。
13.如權(quán)利要求12所述的半導(dǎo)體直流變壓器，其特征在于，所述光電轉(zhuǎn)換層的材料包括 Si, Ge, SiGe, AlGaInP, InGaAs, InGaN, AlGaInN, InGaAsP, GaAs, GaSb, InGaP, InGaAs,InGaAsP, AlGaAs, AlGaP, InAlP, AlGaAsSb, InGaAsNSb,其它 III-V 族直接禁帶半導(dǎo)體材料及其組合。
14.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體直流變壓器，其特征在于，還包括殼體，其中，所述多個(gè)串聯(lián)的半導(dǎo)體電光轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)和所述多個(gè)串聯(lián)的半導(dǎo)體光電轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)分別形成在所述殼體的兩個(gè)相對(duì)表面之上，且所述殼體中填充有液態(tài)透明絕緣介質(zhì)或氣態(tài)透明絕緣介質(zhì)。
全文摘要
本發(fā)明提供一種半導(dǎo)體直流變壓器，包括襯底層；形成在襯底層之上的多個(gè)串聯(lián)的半導(dǎo)體電光轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)，用于將輸入電能轉(zhuǎn)換為光能；和形成在襯底層之上的多個(gè)串聯(lián)的半導(dǎo)體光電轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)，用于將光能轉(zhuǎn)換為輸出電能，其中，半導(dǎo)體光電轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)的數(shù)目與半導(dǎo)體電光轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)的數(shù)目不同以實(shí)現(xiàn)直流變壓，且半導(dǎo)體電光轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)與半導(dǎo)體光電轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)的工作光線匹配。根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的半導(dǎo)體直流變壓器具有耐高壓，無電磁輻射，無線圈結(jié)構(gòu)，安全可靠等優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)H01L31/173GK102569488SQ20121001931
公開日2012年7月11日 申請(qǐng)日期2012年1月20日 優(yōu)先權(quán)日2012年1月20日
發(fā)明者郭磊 申請(qǐng)人:郭磊