堆叠光二极管结构及光传感器制造技术

一种堆叠光二极管结构及光传感器，堆叠光二极管结构包括第一导电类型基板、第二导电类型井区与第一导电类型井区。第一导电类型基板具有第一表面。第二导电类型井区形成于第一导电类型基板内且邻近第一表面。第一导电类型井区形成于第二导电类型井区内且邻近第一表面。介于第一导电类型井区与第二导电类型井区之间的第一PN接面产生主要响应于可见光的自由电子。介于第二导电类型井区与第一导电类型基板的第二PN接面产生主要响应于红外光的自由电子和空穴。第一导电类型井区的端点产生的第一光电流与第二导电类型井区的端点产生的第二光电流的差异代表红外光的强度。

【技术实现步骤摘要】
堆叠光二极管结构及光传感器
本专利技术有关于一种环境光传感器，且特别是一种堆叠光二极管结构及光传感器。
技术介绍
环境光传感器（Ambient Light Sensor,ALS)提供近似于人眼对光的反应的输出。 为了延长行动电池的供电时间，并提供在室内或户外光的情况下的最佳的观看经验，环境 光传感器对于在显示器的亮度管理上是有帮助的。 现存的环境光传感器以下述方法实现。第一个方式是，单一个光二极管可以被镀 膜，以模仿人眼对光的反应。第二个方式是，为了模仿人眼对于光的反应，常使用两个二极 管，一个二极管是响应于可见光与红外光的光谱，另一个二极管是主要响应于红外光的光 谱。前述的第一个方式会因为附加的镀膜工艺，而造成较高的制造成本，并且检测次光照度 (sub-lux)的光情况也是相当具挑战性。前述的第二个方式需占用两个硅晶面的面积（因 使用两个二极管），且每一个光传感器的元件与元件之间的差异是高度依赖于光传感器所 使用的两个二极管彼此匹配的良好程度。
技术实现思路
本专利技术提供一种堆叠光二极管结构及光传感器，以降低生产成本、减少光二极管 的占用面积的。 本专利技术实施例提供一种堆叠光二极管结构，其包括第一导电类型基板、第二导电 类型井区与第一导电类型井区。第一导电类型基板具有第一表面与接地端。第二导电类型 井区形成于第一导电类型基板内且邻近第一表面。第一导电类型井区形成于第二导电类型 井区内且邻近第一表面。介于该第一导电类型井区与该第二导电类型井区之间的一第一PN 接面依据对应于入射该第一表面的可见光频谱而产生自由电子；其中，介于该第二导电类 型井区与该第一导电类型基板的一第二PN接面主要依据对应于入射该第一表面的红外光 频谱而产生自由空穴和自由电子。 其中，介于第一导电类型井区与第二导电类型井区之间的第一 PN接面产生第一 光电流，第一光电流主要响应于入射堆叠光二极管结构的第一表面的可见光频谱。介于第 二导电类型井区与第一导电类型基板的第二PN接面产生第二光电流，第二光电流主要响 应于入射堆叠光二极管结构的第一表面的红外光频谱。第一光电流由第一导电类型井区的 端点收集得到，第二光电流由第二导电类型井区的端点收集得到。 本专利技术实施例提供一种光传感器，其包括堆叠光二极管结构、第一充电平衡模拟/ 数字转换器、第二充电平衡模拟/数字转换器与控制电路。堆叠光二极管结构包括第一导 电类型基板、第二导电类型井区与第一导电类型井区。第一导电类型基板具有第一表面与 接地端。第二导电类型井区形成于第一导电类型基板内且邻近第一表面。第一导电类型 井区形成于第二导电类型井区内且邻近第一表面。介于该第一导电类型井区与该第二导 电类型井区之间的一第一 PN接面依据对应于入射该第一表面的可见光频谱而产生自由电 子；其中，介于该第二导电类型井区与该第一导电类型基板的一第二PN接面主要依据对应 于入射该第一表面的红外光频谱而产生自由空穴和自由电子；其中，一第一光电流由该第 一导电类型井区的一阳极端收集得到，该第一光电流是响应于可见光频谱，一第二光电流 由该第二导电类型井区的一阴极端收集得到，该第二光电流是响应于可见光频谱与红外光 频谱； -第一充电平衡模拟/数字转换器，具有一第一电容，耦接至该第一导电类型井 区的阳极/阴极，接收该第一光电流且转换该第一光电流为一第一电压； -第二充电平衡模拟/数字转换器，具有一第二电容，耦接至该第二导电类型井 区的阳极/阴极，接收该第二光电流且转换该第二光电流为一第二电压；以及 -控制电路，耦接该第一充电平衡模拟/数字转换器以及该第二充电平衡模拟/ 数字转换器，接收该第一电压以及该第二电压，控制该第一充电平衡模拟/数字转换器来 积分该第一电压且由一偏压积分至一第一临界电压，该第一临界电压低于该偏压一预设电 压，然后对该第一电容充电直到该第一电压等于该偏压，且估计该第一电容响应于该第一 光电流的充电时间，该控制电路控制该第二充电平衡模拟/数字转换器来积分该第二电压 且由该偏压积分至一第二临界电压，该第二临界电压高于该偏压该预设电压，然后对该第 二电容放电直到该第二电压等于该偏压，且估计该第二电容响应于该第二光电流的放电时 间。 其中，介于第一导电类型井区与第二导电类型井区之间的第一 PN接面产生第一 光电流，第一光电流主要响应于入射堆叠光二极管结构的第一表面的可见光频谱。介于第 二导电类型井区与第一导电类型基板的第二PN接面产生第二光电流，第二光电流主要响 应于入射堆叠光二极管结构的第一表面的红外光频谱。第一光电流由第一导电类型井区 的端点提供，第二光电流由第二导电类型井区的端点产生。第一充电平衡模拟/数字转换 器（ADC, analog-to-digital converter)具有第一电容，且稱接至第一导电类型井区的端 点，接收第一光电流且转换第一光电流为第一电压。第一充电平衡模拟/数字转换器具有 第一放电参考电流，且第一放电参考电流的电流方向与第一光电流的电流方向相反，以使 第一电容充电至原本预设的偏压准位。第二充电平衡模拟/数字转换器（ADC)具有第二电 容，且耦接至第二导电类型井区的端点。第二充电平衡模拟/数字转换器接收第一 PN接面 与第二PN接面的光电流的总和，且转换光电流的总合为第二电压。控制电路耦接该第一充 电平衡模拟/数字转换器与第二充电平衡模拟/数字转换器。第二充电平衡模拟/数字转 换器具有第二放电参考电流，且第二放电参考电流的电流方向与第二光电流的电流方向相 反，以使第二电容放电至原本预设的偏压准位。控制电路接收第一电压以及第二电压，并控 制第一充电平衡模拟/数字转换器以响应于可见光频谱的第一光电流来将第一电压由所 述偏压去积分（de-integrate)至低于所述偏压的第一临界电压，然后利用预设参考电流 对第一电容充电直到第一电压等于所述偏压，且估计第一电容响应于第一光电流的充电时 间。控制电路控制第二充电平衡模拟/数字转换器以第一 PN接面与第二PN接面的光电流 的总和来将第二电压由所述偏压积分（integrate)至高于所述偏压的第二临界电压，然后 利用预设参考电流对第二电容放电直到第二电压等于所述偏压，且估计第二电容响应于第 二光电流的放电时间。 综上所述，本专利技术实施例所提供的堆叠光二极管结构及光传感器可以实现环境光 的检测，而不须在光二极管表面使用镀膜工艺，可达到较少的成本与较好稳定度的效果。堆 叠光二极管结构免除了镀膜工艺，且排除了传统的光传感器所使用的两个二极管之间元件 与元件之间的差异（传统的光传感器的两个二极管彼此需要匹配）。堆叠光二极管结构在 保持相同的表现效能的同时，可以减少光二极管的占用面积。 为使能更进一步了解本专利技术的特征及
技术实现思路
，请参阅以下有关本专利技术的详细说 明与附图，但是此等说明与所附图式仅用来说明本专利技术，而非对本专利技术的权利范围作任何 的限制。 【附图说明】 图1是本专利技术实施例提供的堆叠光二极管结构的剖面图。 图2是本专利技术实施例提供的堆叠光二极管结构的光响应度随着光波长变化的曲 线图。 图3是本专利技术实施例提供的具有堆叠光二极管结构的光传感器的电路方块图。 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种堆叠光二极管结构，其特征在于，包括：一第一导电类型基板，具有一第一表面以及一接地端；一第二导电类型井区，形成于该第一导电类型基板内且邻近该第一表面；以及一第一导电类型井区，形成于该第二导电类型井区内且邻近该第一表面；其中，介于该第一导电类型井区与该第二导电类型井区之间的一第一PN接面依据对应于入射该第一表面的可见光频谱而产生自由电子；其中，介于该第二导电类型井区与该第一导电类型基板的一第二PN接面主要依据对应于入射该第一表面的红外光频谱而产生自由空穴和自由电子。

【技术特征摘要】
1. 一种堆叠光二极管结构，其特征在于，包括： 一第一导电类型基板，具有一第一表面以及一接地端； 一第二导电类型井区，形成于该第一导电类型基板内且邻近该第一表面； 以及 一第一导电类型井区，形成于该第二导电类型井区内且邻近该第一表面； 其中，介于该第一导电类型井区与该第二导电类型井区之间的一第一 PN接面依据对 应于入射该第一表面的可见光频谱而产生自由电子； 其中，介于该第二导电类型井区与该第一导电类型基板的一第二PN接面主要依据对 应于入射该第一表面的红外光频谱而产生自由空穴和自由电子。2. 根据权利要求1的堆叠光二极管结构，其特征在于，一第一光电流由该第一导电类 型井区收集得到，一第二光电流由该第二导电类型井区收集得到，该第一光电流是响应于 可见光频谱，该第二光电流是响应于可见光频谱与红外光频谱。3. 根据权利要求1的堆叠光二极管结构，其特征在于，该接地端包括至少一重掺杂第 一导电类型区域，该重掺杂第一导电类型区域形成于该第一导电类型基板内且邻近于该第 一导电类型基板的该第一表面。4. 根据权利要求1的堆叠光二极管结构，其特征在于，该第二导电类型井区的阴极/阳 极端包括至少一重掺杂第二导电类型区域，该重掺杂第二导电类型区域形成于该第二导电 类型井区内且邻近该第一导电类型基板的该第一表面。5. 根据权利要求1的堆叠光二极管结构，其特征在于，该第一导电类型井区的阴极/阳 极端包括至少一重掺杂第一导电类型区域，该重掺杂第一导电类型区域形成于该第一导电 类型井区内且邻近该第一导电类型基板的该第一表面。6. 根据权利要求1的堆叠光二极管结构，其特征在于，该第一导电类型是P型，该第二 导电类型是N型。7. 根据权利要求1的堆叠光二极管结构，其特征在于，该第一导电类型是N型，该第二 导电类型是P型。8. -种光传感器，其特征在于，包括： 一堆叠光二极管结构，包括： 一第一导电类型基板，具有一第一表面以及一接地端； 一第二导电类型井区，形成于该第一导电类型基板内且邻近该第一表面；以及 一第一导电类型井区，形成于该第二导电类型井区内且邻近该第一表面； 其中，介于该第一导电类型井区与该第二导电类型井区之间的一第一 PN接面依据对 应于入射该第一表面的可见光频谱而产生自由电子； 其中，介于该第二导电类型井区与该第一导电类型基板的一第二PN接面主要依据对 应于入射该第一表面的红外光频谱而产生自由空穴和自由电子； 其中，一第一光电流由该第一导电类型井区的一阳极端收集得到，该第一光电流是响 应于可见光频谱，一第二光电流由该第二导电类型井区的一阴极端收集得到，该第二光电 流是响应于可见光频谱与红外光频谱； 一第一充电平衡模拟/数字转换器，具有一第一电容，耦接至该第一导电类型井区的 阳极/阴极，接收该第一光电流且转换该第一光电流为一第一电压； 一第二充电平衡模拟/数字转换器，具有一第二电容，耦接至该第二导电类型井区的 阳极...

【专利技术属性】
技术研发人员：蔡圣义，刘约翰，
申请(专利权)人：光宝新加坡有限公司，
类型：发明
国别省市：新加坡;SG