[发明专利]一种半导体变压结构和具有其的芯片

说明书

技术领域

本发明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。

背景技术

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。

发明内容

本发明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。

本发明提出一种半导体变压结构，包括：一个或多个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；和一个或多个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，所述半导体电光转换结构、所述半导体光电转换结构之间通过反偏PN结结构进行隔离。

在本发明的一个实施例中，所述半导体电光转换结构和所述半导体光电转换结构为多个且相互串联，且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。

在本发明的一个实施例中，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，所述半导体电光转换结构形成在所述隔离层一侧，所述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，所述隔离层与所述半导体电光转换结构之间以及所述隔离层与所述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。

在本发明的一个实施例中，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，所述半导体电光转换结构形成在所述隔离层一侧，所述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，所述半导体电光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，所述半导体光电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。

在本发明的一个实施例中，还包括：隔离层，所述隔离层为半导体，其中，所述半导体电光转换结构形成在所述隔离层一侧，所述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。

在本发明的一个实施例中，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，所述半导体光电转换结构和所述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，所述衬底层与所述半导体电光转换结构之间以及所述衬底层与所述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。

在本发明的一个实施例中，光线传播路径上的各层材料的折射系数匹配。

在本发明的一个实施例中，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。