[发明专利]单片式多结能量转换器

说明书

公开了一种共振腔能量转换器，该共振腔能量转换器用于转换介于1微米至1.55微米的波长范围内的辐射。共振腔能量转换器可包括一个或多个晶格匹配的GaInNAsSb结，并且可包括用于提高能量转换效率的分布式布拉格反射器和/或镜面。

分案申请声明

本申请是2016年8月5日递交的发明名称为“单片式多结能量转换器”、申请号为201580007461.4的中国发明专利申请的分案申请。

技术领域

本公开涉及能量转换领域。

背景技术

能量转换器可用于多个应用中以从能量源为诸如手机、音频系统、家庭影院的电子装置或任何其它电子装置充电。本领域中公知的是，欧姆损耗与电压的增大反相关而与电流的增大正相关。因此，通过增大装置的电压来增大能量转换器装置的填充因子(fillfactor)是有益的。

本领域中现有技术的能量转换器包括由诸如GaAs的半导体片制成的单片式串联单层转换器。这种能量转换器可通过导线串联连接，或者可通过利用绝缘沟道在半绝缘衬底上制造转换器而分区从而在每个分区的转换器之间提供电绝缘。用于这种能量转换器的能量源是单色光，诸如在特定波长或能量下工作的激光。在该具体应用中，单色光介于1微米至1.55微米之间，位于波谱的红外区中。接近1微米对于家庭使用是欠佳的，这是因为该光源对人眼具有潜在危害，所以，因此本文中公开的实施方式致力于介于1.3-1.55微米之间的光源，以及在某些实施方式中，致力于约1.3微米的光源。然而，本领域技术人员可易于修改本文中公开的发明来转换多个波长的光。

发明内容

本发明包括紧凑型单片式多结能量转换器，该能量转换器具有相同材料的两个或更多个外延层，该两个或更多个外延层堆叠在彼此的顶部上，其中，在各外延层之间具有隧道结。因为外延层堆叠在彼此的顶部上，所以，各外延层被减薄来收集最大量的光，并且各外延层串联地转换能量，以通过增大整个装置的电压以及降低欧姆损耗(随电流增加而增加)来增加填充因子。在具有堆叠的外延层的情况下，在一个层中未吸收的光在第一层正下方的下一层中吸收，以此类推。能量转换器可达到约50％的总效率。由于使用外延层的纵向堆叠来避免复杂的电路，所以与需要半导体光吸收部之间的相互连接的现有技术相比，存在最小的电流损失。

在第一方面，提供了能量转换器，能量转换器包括：一个或多个 GaInNAsSb结；第一半导体层，覆盖一个或多个GaInNAsSb结；以及第二半导体层，位于一个或多个GaInNAsSb结下方；其中，该一个或多个 GaInNAsSb结、第一半导体层和第二半导体层的厚度选择成在照射波长下提供共振腔。

附图说明

本文中描述的附图仅为了图示的目的。附图不旨在限制本公开的范围。

图1示出了单片式多结能量转换器的实施方式，其中，E1、E2和E3 表示具有相同带隙的半导体材料。

图2A和2B分别示出了根据某些实施方式的具有双分布式布拉格反射器(DBR)的单结共振能量转换器和三结共振能量转换器。

图3A和3B分别示出了根据某些实施方式的具有单个DBR的单结共振能量转换器和三结共振能量转换器。

图4A和4B分别示出了根据某些实施方式的具有顶部DBR和背面镜的单结共振能量转换器和三结共振能量转换器。

图5A和5B分别示出了根据某些实施方式的具有背面镜的单结共振能量转换器和三结共振能量转换器。

图6A和6B分别示出了根据某些实施方式的具有两个DBR和顶部衬底的单结共振能量转换器和三结共振能量转换器。

图7A和7B分别示出了根据某些实施方式的具有覆盖顶部DBR的衬底和背面镜的单结共振能量转换器和三结共振能量转换器。