[發明專利]半導體光電探測器元件和半導體裝置

有效

• 申請號: 201010267198.1
• 申請日: 2010-08-24
• 公開（公告）號: CN101997054A
• 公開（公告）日: 2011-03-30
• 發明（設計）人: 夏秋和弘
• 申請（專利權）人: 夏普株式會社
• 主分類號: H01L31/101
• 分類號: H01L31/101
• 代理公司: 北京市柳沈律師事務所 11105
• 代理人: 彭久云

技術領域

本發明涉及半導體光電探測器元件和包括該半導體光電探測器元件的半導體裝置。

背景技術

近年來，包括便攜式電話終端的各種便攜式裝置已經開發為產品。這些便攜式裝置通常由電池驅動，因此需要具有低的功耗。便攜式裝置的功耗因其功能的復雜化而增加，并且因此電池壽命的縮短成為嚴重的問題。

這些便攜式裝置通常包括諸如液晶顯示屏的圖像顯示屏，并且便攜式裝置消耗的大部分功率是由在屏幕上顯示數據消耗的。因此，為便攜式裝置配備當不需要在屏幕上進行顯示時停止顯示的功能是降低功耗的有效措施。例如，對于便攜式電話終端，當不需要在屏幕上進行顯示時自動停止通話時的屏幕顯示操作降低了功耗，并因此延長了便攜式電話終端的電池壽命。

通常，當用戶利用便攜式電話終端通話時，便攜式電話終端靠近用戶的頭部。因此，一些常規的便攜式電話終端采用近程式傳感器(proximity?sensor)，該近程式傳感器安裝在電話揚聲器附近并檢測電話終端與用戶頭部之間的距離，從而確定用戶是否在通話。近程式傳感器包括：發光元件，采用發射近紅外光的發光二極管(LED)；以及光接收元件，采用光電二極管。從發光元件發射的近紅外光被用戶頭部反射，而光接收元件接收被反射的光，由此檢測用戶頭部是否靠近電話終端的揚聲器。檢測到用戶頭部接近電話終端的揚聲器，近程式傳感器便控制電話終端以使得屏幕上的顯示自動關掉。

近年來，人們越來越關注全球變暖及其他環境問題，并要求諸如電視機的圖像顯示裝置也降低功耗。對于近來獲得普及的具有電視功能或者相似功能的便攜式裝置，降低功耗的要求更為強烈，因為便攜式裝置由電池驅動。在具有電視功能或者相似功能的便攜式裝置中，采用上述近程式傳感器(測距傳感器)被認為是當沒有人在附近時自動關掉屏幕上的顯示的一種途徑。

用于降低功耗的另一個有效措施是自動將顯示屏幕的亮度調節到適合于環境亮度的水平。具體地，安裝檢測環境亮度的照度傳感器(illuminance?sensor)，以基于照度傳感器提供的照度數據自動調節顯示屏的照度，從而優化顯示屏的照度。這樣，同時實現功耗的降低以及顯示屏可見度的改善。

為該應用通常采用的照度傳感器是形成在半導體基板上的光電二極管。采用光電二極管的照度傳感器除了對可見光具有敏感性之外，還對諸如紅外光的不可見光具有敏感性，而人眼對可見光范圍內的光敏感。因此，當環境光包含紅外光時，紅外光的影響造成人眼所感知的亮度與照度傳感器檢測的亮度之間具有差異。因此，常規的方案是通過在光電二極管上方設置阻擋紅外光的干涉濾色器膜(interference?filter?film)來去除不需要的紅外光。

然而，干涉濾色器膜的制造工藝繁難，其中在玻璃基板上的蒸發被重復地進行，并且包含多種材料的層的多層結構使得制造成本非常高。因此，采用干涉濾色器膜存在增加照度傳感器的制造成本的問題。另一個問題是：設置干涉濾色器膜所需的額外空間使得尺寸減小變得困難。

常規地，已經提出了對紅外光的敏感性降低的照度傳感器，其不需要干涉濾色器膜。這種類型的照度傳感器在例如日本專利特開第2004-119713號公報中被描述。

通過在半導體層中形成不同深度的兩個光電二極管使得這兩個光電二極管在縱向方向上彼此交疊，并通過計算各個光電二極管的檢測信號，日本專利特開第2004-119713號公報中描述的照度傳感器降低了對紅外光的敏感性。在此照度傳感器中，第一光電二極管形成在半導體層的表面側，第二光電二極管形成在第一光電二極管下方。第二光電二極管的檢測信號乘以給定數并然后被從第一光電二極管的檢測信號減去，以降低對紅外光的敏感性。

不便地，日本專利特開第2004-119713號公報中描述的常規的照度傳感器難以降低由于兩個光電二極管之間在結構、導電類型、雜質分布等上的差異而造成的兩個光電二極管之間對紅外光敏感性的差異。兩個光電二極管之間對紅外光敏感性的差異使得難以通過計算完全消除紅外光的影響。因此，難以充分降低照度傳感器對紅外光的敏感性。從而，難以提高日本專利特開第2004-119713號公報中描述的照度傳感器的精度。

一些便攜式電話終端和其他的便攜式裝置需要近程式傳感器和照度傳感器兩者的功能來降低功耗。分開安裝具有近程傳感功能的傳感器和具有照度檢測功能的傳感器造成成本和封裝尺寸方面的問題。為此，已經探索了成功開發具有在同一芯片上形成的近程式傳感器和照度傳感器的半導體光電探測器元件。