CN101997054A - 半导体光电探测器元件和半导体装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种半导体光电探测器元件和半导体装置，该半导体光电探测器元件的制造成本被降低且精度被提高。该半导体光电探测器元件包括：第一光电二极管，形成在P型硅基板中；第二光电二极管，形成在P型硅基板中并且具有与第一光电二极管相同的结构；由绿色滤色器形成在第一光电二极管上方的滤色器层；由黑色滤色器形成在第二光电二极管上方的滤色器层；以及运算电路部，将第二光电二极管的检测信号从第一光电二极管的检测信号减去。

Description

半导体光电探测器元件和半导体装置
技术领域
本发明涉及半导体光电探测器元件和包括该半导体光电探测器元件的半导体装置。
背景技术
近年来，包括便携式电话终端的各种便携式装置已经开发为产品。这些便携式装置通常由电池驱动，因此需要具有低的功耗。便携式装置的功耗因其功能的复杂化而增加，并且因此电池寿命的缩短成为严重的问题。
这些便携式装置通常包括诸如液晶显示屏的图像显示屏，并且便携式装置消耗的大部分功率是由在屏幕上显示数据消耗的。因此，为便携式装置配备当不需要在屏幕上进行显示时停止显示的功能是降低功耗的有效措施。例如，对于便携式电话终端，当不需要在屏幕上进行显示时自动停止通话时的屏幕显示操作降低了功耗，并因此延长了便携式电话终端的电池寿命。
通常，当用户利用便携式电话终端通话时，便携式电话终端靠近用户的头部。因此，一些常规的便携式电话终端采用近程式传感器(proximity sensor)，该近程式传感器安装在电话扬声器附近并检测电话终端与用户头部之间的距离，从而确定用户是否在通话。近程式传感器包括：发光元件，采用发射近红外光的发光二极管(LED)；以及光接收元件，采用光电二极管。从发光元件发射的近红外光被用户头部反射，而光接收元件接收被反射的光，由此检测用户头部是否靠近电话终端的扬声器。检测到用户头部接近电话终端的扬声器，近程式传感器便控制电话终端以使得屏幕上的显示自动关掉。
近年来，人们越来越关注全球变暖及其他环境问题，并要求诸如电视机的图像显示装置也降低功耗。对于近来获得普及的具有电视功能或者相似功能的便携式装置，降低功耗的要求更为强烈，因为便携式装置由电池驱动。在具有电视功能或者相似功能的便携式装置中，采用上述近程式传感器(测距传感器)被认为是当没有人在附近时自动关掉屏幕上的显示的一种途径。
用于降低功耗的另一个有效措施是自动将显示屏幕的亮度调节到适合于环境亮度的水平。具体地，安装检测环境亮度的照度传感器(illuminance sensor)，以基于照度传感器提供的照度数据自动调节显示屏的照度，从而优化显示屏的照度。这样，同时实现功耗的降低以及显示屏可见度的改善。
为该应用通常采用的照度传感器是形成在半导体基板上的光电二极管。采用光电二极管的照度传感器除了对可见光具有敏感性之外，还对诸如红外光的不可见光具有敏感性，而人眼对可见光范围内的光敏感。因此，当环境光包含红外光时，红外光的影响造成人眼所感知的亮度与照度传感器检测的亮度之间具有差异。因此，常规的方案是通过在光电二极管上方设置阻挡红外光的干涉滤色器膜(interference filter film)来去除不需要的红外光。
然而，干涉滤色器膜的制造工艺繁难，其中在玻璃基板上的蒸发被重复地进行，并且包含多种材料的层的多层结构使得制造成本非常高。因此，采用干涉滤色器膜存在增加照度传感器的制造成本的问题。另一个问题是：设置干涉滤色器膜所需的额外空间使得尺寸减小变得困难。
常规地，已经提出了对红外光的敏感性降低的照度传感器，其不需要干涉滤色器膜。这种类型的照度传感器在例如日本专利特开第2004-119713号公报中被描述。
通过在半导体层中形成不同深度的两个光电二极管使得这两个光电二极管在纵向方向上彼此交叠，并通过计算各个光电二极管的检测信号，日本专利特开第2004-119713号公报中描述的照度传感器降低了对红外光的敏感性。在此照度传感器中，第一光电二极管形成在半导体层的表面侧，第二光电二极管形成在第一光电二极管下方。第二光电二极管的检测信号乘以给定数并然后被从第一光电二极管的检测信号减去，以降低对红外光的敏感性。
不便地，日本专利特开第2004-119713号公报中描述的常规的照度传感器难以降低由于两个光电二极管之间在结构、导电类型、杂质分布等上的差异而造成的两个光电二极管之间对红外光敏感性的差异。两个光电二极管之间对红外光敏感性的差异使得难以通过计算完全消除红外光的影响。因此，难以充分降低照度传感器对红外光的敏感性。从而，难以提高日本专利特开第2004-119713号公报中描述的照度传感器的精度。
一些便携式电话终端和其他的便携式装置需要近程式传感器和照度传感器两者的功能来降低功耗。分开安装具有近程传感功能的传感器和具有照度检测功能的传感器造成成本和封装尺寸方面的问题。为此，已经探索了成功开发具有在同一芯片上形成的近程式传感器和照度传感器的半导体光电探测器元件。
然而，当近程式传感器和照度传感器形成在同一芯片上时，入射到近程式传感器的红外光也进入照度传感器。这在半导体光电探测器元件的照度传感器侧采用日本专利特开第2004-119713号公报中描述的照度传感器结构时成为了问题，因为红外光将引起照度传感器出错。
发明内容
提供本发明来解决上述问题，因此，本发明的目标是提供制造成本降低且精度改善的半导体光电探测器元件和半导体装置。
本发明的另一个目标是提供具有高可靠性的半导体光电探测器元件和半导体装置。
本发明的再一个目标是提供尺寸降低的半导体光电探测器元件和半导体装置。
为了实现上述目标，根据本发明的第一方面，提供了一种半导体光电探测器元件，该半导体光电探测器元件包括：第一光接收元件部，形成在一种导电类型的半导体层中；第二光接收元件部，形成在该半导体层且具有与第一光接收元件部相同的结构；第一滤色器，形成在第一光接收元件部上方，且透射第一波长范围内的光以及第二波长范围内的光，该第二波长范围不同于第一波长范围；以及第二滤色器，形成在第二光接收元件部上方且透射第三波长范围内的光，该第三波长范围包括在第二波长范围内。此外，半导体光电探测器元件被构造为计算第一光接收元件部的检测信号与第二光接收元件部的检测信号之间的差。本发明的″半导体层″包括半导体基板。本发明的″第一滤色器″和″第二滤色器″不是干涉滤色器膜。
如上所述，在根据第一方面的半导体光电探测器元件中，透射第一波长范围内的光及第二波长范围内的光的第一滤色器形成在第一光接收元件部上方，而透射包括在第二波长范围内的第三波长范围内的光的第二滤色器形成在第二光接收元件部上方。因此，第一波长范围内的光和第二波长范围内的光被第一光接收元件部检测到，而第三波长范围(在第二波长范围内)内的光被第二光接收元件部检测到。从第一光接收元件部的检测信号减去第二光接收元件部的检测信号，以降低对第二波长范围内的光的敏感性。例如，当第一波长范围内的光是可见光而第二波长范围内的光和第三波长范围内的光是红外光时，对红外光的敏感性降低。利用这种结构，红外光的影响被消除，结果获得了波长敏感性特性接近于人的可见度特性的传感器(照度传感器)。
在第二光接收元件部上方形成第二滤色器使得第二光接收元件部能够检测第三波长范围内的光，该第三波长范围不同于第一波长范围。因此，第二光接收元件部也可以用作光接收元件以检测来自发射第三波长范围内的光的发光元件发射的光。换言之，第二光接收元件部也可以用作近程式传感器(测距传感器)的光接收元件。照度传感器和近程式传感器(测距传感器)因此可以形成在单个芯片上。通过在一个芯片上形成照度传感器和近程式传感器(测距传感器)，半导体光电探测器元件的封装尺寸被减小且安装有该半导体光电探测器元件的封装(半导体装置)的尺寸相应地被降低。
在第一方面中，在第一滤色器和第二滤色器分别形成在第一光接收元件部和第二光接收元件部上方的情况下，不需要昂贵的干涉滤色器膜，从而制造成降低。第一滤色器和第二滤色器可以是例如彩色图象传感器等中使用的有机滤色器。
在第一方面中，在第一光接收元件部和第二光接收元件部具有相同的结构的情况下，第一光接收元件部和第二光接收元件部之间的杂质分布等的差异被降低，从而第一光接收元件部和第二光接收元件部之间的敏感性差异相应地变得较小。换言之，第一光接收元件部的敏感性特性和第二光接收元件部的敏感性特性彼此相同。这意味着：通过简单地从第一光接收元件部的检测信号减去第二光接收元件部的检测信号，对第二波长范围内的光的敏感性就可以被充分降低，而不需要将第二光接收元件部的检测信号乘以给定数。因此，第二波长范围内的光的影响被有效消除，从而获得具有高精度的半导体光电探测器元件。
在第一方面中，在第一光接收元件部和第二光接收元件部形成在相同的半导体层中的情况下，入射到第一光接收元件部的光也进入第二光接收元件部，结果，通过从第一光接收元件部的检测信号减去第二光接收元件部的检测信号第二波长范围内的光的影响被有效地消除。因此，在第二波长范围内的光和第三波长范围内的光是红外光(近红外光)的情况下，红外光的影响被有效地消除。这意味着：即使当近程式传感器和照度传感器形成在同一芯片上而使得入射在第二光接收元件部上的红外光进入第一光接收元件部时，红外光的影响也可以被消除并防止引起失误。结果，可靠性被改善。
通过如上所述的结构，根据第一方面的半导体光电探测器元件允许光同样地进入第一光接收元件部和第二光接收元件部。因此，照射半导体光电探测器元件的环境光或其他光以相同的方式入射到第一光接收元件部和第二光接收元件部上。这样，通过从第一光接收元件部的检测信号减去第二光接收元件部的检测信号，入射的环境光等的影响被消除。根据第一方面的半导体光电探测器元件也可以用作单体的照度传感器或单体的近程式传感器。
在根据本发明第一方面的半导体光电探测器元件中，优选多个第一光接收元件部形成在半导体层中并彼此并联连接，且数量与第一光接收元件部相同的第二光接收元件部形成在半导体层中并彼此并联连接。此外，第一光接收元件部和第二光接收元件部交替地布置。当如上构造的半导体光电探测器元件被光照射时，可以容易地使入射到第一光接收元件部上的光和入射到第二光接收元件部的光基本彼此相等。因此，将容易使照射半导体光电探测器元件的环境光等以相同的方式进入第一光接收元件部和第二光接收元件部。这样，通过从第一光接收元件部的检测信号减去第二光接收元件部的检测信号，入射的环境光等的影响被容易地消除。因为由环境光等的影响造成的失误易于被防止，所以可靠性被改善得更多。
当该半导体光电探测器元件与发光元件一起被安装为封装(半导体装置)且该半导体装置被安装成装置时，来自发光元件的泄漏光(seeping light)在某些情况下会进入半导体光电探测器元件。然而，与照射半导体光电探测器元件的环境光或其他光的情况相同，如上构造的半导体光电探测器元件将容易地消除来自发光元件的泄漏光的影响。因此，如上构造的半导体光电探测器元件使得能够容易地改善照度传感器的精度。
在包括多个第一光接收元件部和多个第二光接收元件部的构造中，优选第一光接收元件部和第二光接收元件部布置为彼此靠近。如上构造的半导体光电探测器元件的精度将改善得更多。
在包括多个第一光接收元件部和多个第二光接收元件部的构造中，优选第一光接收元件部和第二光接收元件部在平面图中布置成垂直及水平对称的图案。如上构造的半导体光电探测器元件的精度被进一步提高。
此外，在包括多个第一光接收元件部和多个第二光接收元件部的构造中，两个第一光接收元件部和两个第二光接收元件部可以形成在半导体层中，且这两个第一光接收元件部和这两个第二光接收元件部可以彼此靠近地布置成栅格图案。
在根据本发明第一方面的半导体光电探测器元件中，第一波长范围可以是450nm到650nm的可见光范围，第二波长范围和第三波长范围的每个可以是700nm以上的近红外范围。这样，将容易地获得这样的半导体光电探测器元件，其中对红外光的敏感性被降低以具有接近于人的可见度特性的光谱敏感性特性的传感器(照度传感器)以及接收近红外光的传感器(近程式传感器)形成在同一芯片上。
优选根据本发明第一方面的半导体光电探测器元件还包括用于检测环境亮度的第一传感器部，该第一传感器部包括第一光接收元件部和第一滤色器，并且该第一传感器部具有在450nm到650nm的波长范围内的峰值敏感性并且在700nm以上的波长范围内也具有敏感性。利用该结构，通过从第一光接收元件部的检测信号减去第二光接收元件部的检测信号，第一传感器部可以用作传感器(照度传感器)，该照度传感器在可见光范围内具有峰值敏感性并且其对红外光的敏感性降低以更接近地仿效人的可见度特性。
优选根据本发明第一方面的半导体光电探测器元件还包括用于检测距目标的距离的第二传感器部，该第二传感器部包括第二光接收元件部和第二滤色器并且该第二传感器部就光谱敏感性而言在700nm以上的波长范围内具有敏感性。利用该结构，第二光接收元件部可以在700nm以上的波长范围内具有与第一光接收元件部接近的光谱敏感性特性。因此，通过从第一光接收元件部检测出的检测信号减去第二光接收元件部检测出的检测信号，对红外光的敏感性被充分降低。该结构的另一个优点是第二传感器部可以容易地作为接收近红外光的传感器(近程式传感器)。
在根据本发明第一方面的半导体光电探测器元件中，优选第一滤色器和第二滤色器使得第一光接收元件部的光谱敏感性特性和第二光接收元件部的光谱敏感性特性在700nm以上的波长范围内实质上彼此相同。利用该结构，对700nm以上的长波长范围内的光的敏感性被更加充分地降低。结果，获得红外光对其的影响被更彻底地消除的传感器(照度传感器)。
在根据本发明第一方面的半导体光电探测器元件中，优选第一滤色器是绿色滤色器，第二滤色器是黑色滤色器。利用该结构，第一滤色器和第二滤色器可以通过后端工艺中通用的方法而形成，这使得易于在光接收元件部(第一光接收元件部和第二光接收元件部)上方形成滤色器(第一滤色器和第二滤色器)。因此，易于降低制造成本。在第一滤色器是透射可见光和红外光的绿色滤色器而第二滤色器是阻挡可见光但透射红外光的黑色滤色器的情形下，该结构的另一优点是：将容易地形成透射从450nm到600nm的波长范围内的光(可见光)以及700nm以上波长范围内的光(红外光)的滤色器(第一滤色器)以及透射700nm以上波长范围内的光(红外光)的滤色器(第二滤色器)。
在第一光接收元件部上方形成绿色滤色器使得第一光接收元件部在可见光范围内具有基本等于人的可见度特性的敏感性特性。另一方面，作为有机滤色器的绿色滤色器和黑色滤色器两者都透射红外光。因此，通过从上方形成有绿色滤色器的第一光接收元件部的检测信号减去上方形成有黑色滤色器的第二光接收元件部的检测信号，对700nm以上的长波长范围内的光的敏感性被进一步降低。结果，获得波长敏感性特性更加接近人的可见度特性的传感器(照度传感器)。
在根据本发明的第一方面的半导体光电探测器元件中，优选半导体层包括形成在其中的运算电路部，以计算第一光接收元件部的检测信号与第二光接收元件部的检测信号之间的差。
在根据本发明第一方面的半导体光电探测器元件中，优选半导体层是P型半导体层，优选第一光接收元件部和第二光接收元件部的每个包括N型阱层和P型阱层，其中该N型阱层通过扩散而形成在P型半导体层的顶侧，而该P型阱层通过扩散而形成在N型阱层的顶侧，并且优选第一光接收元件部和第二光接收元件部的检测信号从P型阱层取出。简而言之，如果第一光接收元件部和第二光接收元件部两者具有公共阴极，将是优选的。
在这种情况下，优选N型阱层形成为具有7μm以上且10μm以下的厚度。通过该结构，利用不同的波长具有不同的穿透长度的事实，N型阱层中长波长光的吸收被降低且对长波长光的敏感性也相应地降低。通过从第一光接收元件部的检测信号减去第二光接收元件部的检测信号，对红外光的敏感性被更充分地降低并且同时保持对长波长光的低的敏感性。
在根据本发明第一方面的半导体光电探测器元件中，优选第二滤色器是单层膜。这种结构简化了制造工艺，从而提供了降低制造成本的另一途径。第二滤色器可以由多层膜形成。例如，层叠绿色滤色器和红色滤色器将产生功能等效于黑色滤色器的滤色器，其阻挡可见光而透射红外光。
在根据本发明第一方面的半导体光电探测器元件中，优选半导体层还包括第三光接收元件部，该第三光接收元件部形成为在平面图中围绕第一光接收元件部和第二光接收元件部。利用这种结构，由入射到第一光接收元件部和第二光接收元件部的光接收面之外的其他区域上的入射光产生的额外载流子在第三光接收元件部中被捕获。因此，在第一光接收元件部和第二光接收元件部之外的其他区域中产生的光电流被去除，这进一步提高了半导体光电探测器元件的精度。
在这种情况下，优选第三光接收元件部是扩散层，该扩散层具有与半导体层相反的导电类型且形成在半导体层的表面区域中，并且该扩散层的深度等于或大于第一光接收元件部和第二光接收元件部的深度。利用这种结构，由从半导体光电探测器元件的侧面和背面入射的入射光产生的额外载流子将容易地在第三光接收元件部中被捕获，并且在半导体光电探测器元件中进入得更深的光电流也被去除。在这种情况下，优选通过向第三光接收元件部施加尽可能高的反向偏压而使耗尽层扩展。
根据本发明的第二方面，提供了一种半导体装置，该半导体装置包括：发光元件，朝向目标发射光；以及根据第一方面的半导体光电探测器元件，接收从目标反射的光。
在包括如上所述的半导体光电探测器元件和发光元件的根据第二方面的半导体装置中，照度传感器和近程式传感器集成为单个封装。因此，半导体装置的尺寸被减小。
在第二方面中，在安装有第一方面的半导体光电探测器元件的情形下，不需要采用昂贵的干涉滤色器膜，从而制造成本降低。此外，因为不需要确保用于附着干涉滤色器膜的空间，所以封装(半导体装置)的尺寸容易被减小。
通过安装第一方面的半导体光电探测器元件，根据第二方面的半导体装置具有高的精度。如上构造的半导体装置也能够防止失误，并因此具有改善的可靠性。
在如上构造的根据第二方面的半导体装置中，从发光元件泄漏的光会进入半导体光电探测器元件，但是从发光元件泄漏的光的影响被消除。
如上构造的根据第二方面的半导体装置可以用于例如便携式装置(诸如便携式电话终端)中，采用该半导体装置的便携式装置具有低的功耗并具有高的屏幕可见度。该半导体装置也可以用于诸如电视机的各种视频装置中，当用于视频装置中时，该半导体装置将降低视频装置的功耗并且使显示器(图像显示装置)具有高的可见度。
在根据本发明第二方面的半导体装置中，优选发光元件是在700nm以上且1,150nm以下的发光波长处发射近红外光的红外发光二极管元件。
优选根据本发明第二方面的半导体装置还包括第一透镜，该第一透镜设置在发光元件上方，以将来自发光元件的光聚焦在目标上。
优选根据本发明第二方面的半导体装置还包括一个第二透镜，该第二透镜设置在半导体光电探测器元件中的第一光接收元件部和第二光接收元件部上方，以将光聚焦在半导体光电探测器元件上。通过这种结构，传感器可以共享透镜而不是各自采用各自的透镜(用于照度传感器的透镜和用于近程式传感器的透镜)，从而提供了降低制造成本的另一种途径。
如上所述，根据本发明，容易获得制造成本降低且精度提高的半导体光电探测器元件和半导体装置。
根据本发明，容易获得具有高可靠性的半导体光电探测器元件和半导体装置。
根据本发明，容易获得尺寸减小的半导体光电探测器元件和半导体装置。
附图说明
图1是示出根据本发明第一实施例的半导体光电探测器元件的截面图；
图2是示出根据本发明第一实施例的半导体光电探测器元件的一部分的平面图；
图3是示出根据本发明第一实施例的半导体光电探测器元件的滤色器层(绿色滤色器)的光谱透射率曲线的曲线图；
图4是示出根据本发明第一实施例的半导体光电探测器元件的另一滤色器层(黑色滤色器)的光谱透射率曲线的曲线图；
图5是示出在第一实施例中由绿色滤色器的光谱透射率曲线与黑色滤色器的光谱透射率曲线之间的差获得的光谱透射率曲线的曲线图；
图6是示出第一实施例中第一光电二极管(照度传感器部)的敏感性与光波长之间的关系的曲线图；
图7是示出第一实施例中第二光电二极管(近程式传感器部)的敏感性与光波长之间的关系的曲线图；
图8是示出第一实施例中彼此叠置的第一光电二极管(照度传感器部)的光谱敏感性曲线与第二光电二极管(近程式传感器部)的光谱敏感性曲线的曲线图；
图9是示出通过从第一光电二极管(照度传感器部)的光谱敏感性曲线(检测信号)减去第二光电二极管(近程式传感器部)的光谱敏感性曲线(检测信号)而获得的光谱敏感性曲线的曲线图；
图10是示出人的相对可见度特性的光谱分布的曲线图；
图11是示出根据本发明第一实施例的半导体光电探测器元件的运算电路部的结构的电路图；
图12是示出照明用荧光灯的典型发光光谱分布的曲线图；
图13是示出日光的发光光谱分布的曲线图；
图14是示出发射波长为830nm的近红外光的LED的典型发光光谱分布的曲线图；
图15是示出根据本发明第一实施例的半导体光电探测器元件的制造方法的截面图；
图16是示出根据本发明第一实施例的半导体光电探测器元件的制造方法的截面图；
图17是示出根据本发明第一实施例的半导体光电探测器元件的制造方法的截面图；
图18是示出根据本发明第一实施例的半导体光电探测器元件的制造方法的截面图；
图19是示出根据本发明第一实施例的半导体光电探测器元件的制造方法的截面图；
图20是示出根据本发明第一实施例的半导体光电探测器元件的制造方法的截面图；
图21是示出根据本发明第一实施例的半导体光电探测器元件的制造方法的截面图；
图22是示出根据本发明第一实施例的半导体装置的截面图；
图23是示出根据本发明第二实施例的半导体光电探测器元件的一部分的平面图；
图24是示出根据本发明第二实施例的半导体光电探测器元件的运算电路部的结构的电路图；
图25是示出根据本发明第三实施例的半导体光电探测器元件的一部分的平面图；
图26是示出形成在光接收元件上方的SiO2膜的厚度变化时波长依赖性的模拟结果的曲线图；
图27是示出SiO2膜的厚度变化时模拟的第一光电二极管的光谱敏感性曲线、第二光电二极管的光谱敏感性曲线以及由这两个曲线之间的差获得的光谱敏感性曲线的图示；
图28是示出硅光电二极管的光谱敏感性曲线的曲线图；
图29是示出A光源的光谱分布的曲线图；
图30是示出根据本发明第三实施例的半导体光电探测器元件的另一示例的一部分的平面图；
图31是示出根据第三实施例的修改示例的半导体光电探测器元件的截面图；
图32是示出在根据第三实施例的修改示例的半导体光电探测器元件中由N型阱层和P型硅基板之间的PN结构成的光电二极管的光谱敏感性特性的曲线图(示出照度传感器部中的敏感性与光波长之间的关系的曲线图)；
图33是示出在根据第三实施例的修改示例的半导体光电探测器元件中由N型阱层和P型硅基板之间的PN结构成的另一光电二极管的光谱敏感性特性的示例的曲线图(示出近程式传感器部中的敏感性与光波长之间的关系的曲线图)；
图34是示出在根据第三实施例的修改示例的半导体光电探测器元件中由N型阱层和P型硅基板之间的PN结构成的光电二极管的光谱敏感性特性的示例的曲线图(示出彼此叠置的照度传感器部的光谱敏感性曲线与近程式传感器部的光谱敏感性曲线的曲线图)；
图35是示出在根据第三实施例的修改示例的半导体光电探测器元件中由N型阱层和P型硅基板之间的PN结构成的光电二极管的光谱敏感性特性的示例的曲线图(示出通过从照度传感器部的光谱敏感性曲线(检测信号)减去近程式传感器部的光谱敏感性曲线(检测信号)获得的光谱敏感性曲线的曲线图)。
具体实施方式
下面将参考附图描述本发明的具体实施例。
第一实施例
图1是示出根据本发明第一实施例的半导体光电探测器元件的截面图。
图2是示出根据本发明第一实施例的半导体光电探测器元件的一部分的平面图。图3到11是示出根据本发明第一实施例的半导体光电探测器元件的结构的示意图。首先，参考图1到图11描述根据本发明第一实施例的半导体光电探测器元件(由附图标记100标识)的结构。
根据第一实施例的半导体光电探测器元件100具有照度传感器和近程式传感器的功能。根据第一实施例的半导体光电探测器元件100的结构如图1所示，其中在以相对较低的浓度(例如，1×1015cm-3)引入了P型杂质的P型硅基板10中形成多个光电二极管。多个光电二极管包括第一光电二极管20和第二光电二极管30，该第二光电二极管30具有与第一光电二极管20相同的结构。第一光电二极管20和第二光电二极管30并排形成。第一光电二极管20和第二光电二极管30还形成为它们的光接收面具有相同的面积。P型硅基板10是本发明的″半导体层″和″P型半导体层″的示例。第一光电二极管20是本发明的″第一光接收元件部″的示例，第二光电二极管30是本发明的″第二光接收元件部″的示例。
为了具体地描述第一光电二极管20和第二光电二极管30的结构，N型阱层11在P型硅基板10的表面侧形成在给定区域中。N型阱层11通过从P型硅基板10的表面侧选择性扩散N型杂质而形成。N型阱层11的杂质浓度是例如约1×1016cm-3。P型阱层12形成在N型阱层11的表面侧。以高于P型阱层12的浓度通过离子注入掺杂P型杂质的P+型阱层13形成在P型阱层12的表面侧。P型阱层12和P+型阱层13的每个通过从P型硅基板10的表面侧选择性扩散P型杂质而形成。P型阱层12的杂质浓度是例如约5×1017cm-3，P+型阱层13的杂质浓度是例如约1×1020cm-3。形成在P型阱层12和N型阱层11之间的PN结构成光电二极管(第一光电二极管20和第二光电二极管30)。
如图1和2所示，框架形状的第三光电二极管40形成在P型硅基板10的给定区域中，以围绕第一光电二极管20和第二光电二极管30。第三光电二极管40由N型半导体层14与P型硅基板10之间的PN结构成，该N型半导体层14通过选择性扩散N型杂质而形成。N型半导体层14的杂质浓度是例如约1×1016cm-3。第三光电二极管40是本发明的″第三光接收元件部″的示例，N型半导体层14是本发明的″扩散层″的示例。
这里采用的N型杂质是P(磷)，这里采用的P型杂质是B(硼)。
在第一实施例中，N型阱层11形成为具有厚度d1(离子注入扩散之后的深度)，其大致为从7μm到10μm。构成第三光电二极管40的一部分的N型半导体层14形成为具有厚度d2(离子注入扩散之后的深度)，该厚度d2大于N型阱层11的深度d1。
如图1所示，信号处理电路形成在P型硅基板10中且包括运算电路部50，运算电路部50计算第一光电二极管20检测出的检测信号与第二光电二极管30检测出的检测信号之间的差。运算电路部50由例如互补金属氧化物半导体(CMOS)电路形成并且其中包括P型半导体层15、P型阱区16和N型阱区17，P型半导体层15、P型阱区16和N型阱区17都形成在P型硅基板10中。在运算电路部50中还形成构成晶体管的栅极绝缘膜(未示出)、由多晶硅形成的栅极电极(未示出)以及构成源极和漏极的扩散层(未示出)。
选择性氧化膜(未示出)也形成在P型硅基板10中，以通过电绝缘隔离光电二极管之间、信号处理电路内部以及光电二极管与信号处理电路之间的元件等。
在其中已经形成有光电二极管和其他元件的P型硅基板10的顶面上，形成具有接触孔的绝缘膜61。通过接触孔，形成在P+型阱层13的顶面上的电极62电连接到P+型阱层13。电极63形成在N型阱层11的顶面上且通过接触孔电连接到N型阱层11。在根据第一实施例的半导体光电探测器元件100中，独立的电极不仅引到P+型阱层13(P型阱层12)和N型阱层11的表面而且也引到P型硅基板10和N型半导体层14的表面。这使得可以彼此独立地改变各层电位。这也使得可以在即将用光照射光电二极管之前初始化已经累积在光电二极管中的电荷。
用于将元件彼此连接的配线层(未示出)也形成在P型硅基板10的顶面上。配线层由例如AlCu或AlSi制成。与配线层材料相同的光屏蔽掩模(未示出)形成在包括运算电路部50的信号处理电路上方以及其他元件上方，以防止由光入射引起的故障。光屏蔽掩模(未示出)也形成在第一光电二极管20和第二光电二极管30的除光接收面之外的其他区域上方。
覆盖膜65形成在绝缘膜61的顶面上，平坦化膜66形成在覆盖膜65的顶面上。期望覆盖膜65仅从光电二极管上方被去除，从而防止由绝缘膜61的厚度起伏引起的表面反射波动。
在根据第一实施例的半导体光电探测器元件100中，滤色器层21形成在第一光电二极管20的光接收面上(平坦化膜66上)。滤色器层21由透射绿色光的绿色滤色器(有机滤色器)以覆盖第一光电二极管20的光接收面的方式形成。滤色器层31形成在第二光电二极管30的光接收面上(平坦化膜66上)。滤色器层31由阻挡可见光的黑色滤色器(有机滤色器)以覆盖第二光电二极管30的光接收面的方式形成。滤色器层21和31的每个具有约1.4μm的厚度。滤色器层21是本发明的″第一滤色器″的示例，滤色器层31是本发明的″第二滤色器″的示例。
如图3所示，由绿色滤色器形成的滤色器层21在可见光范围中是透射绿光的具有相对缓和的曲线的带通滤色器(band path filter)，而在650nm以上的波长范围内，滤色器层21表现出透射率随着波长的增加而上升的特性。滤色器层21在与图10所示的相对可见度光谱的峰值(峰值波长：555nm)基本相同的波长处具有透射率峰值，并且在从450nm到650nm的波长范围内表现出实质上匹配相对可见度的良好的滤波特性。由绿色滤色器形成的滤色器层21也透射长波长(700nm以上)光。
另一方面，由黑色滤色器形成的滤色器层31不透射可见光，而是如图4所示透射长波长(700nm以上)光。换言之，滤色器层31透射红外光，但是阻挡可见光。滤色器层31对长波长(700nm以上)光的透射率实质上匹配由绿色滤色器形成的滤色器层21对长波长(700nm以上)光的透射率。具有这些特性的黑色滤色器通过例如混合构成绿色滤色器的染料/颜料成分(以与绿色滤色器相同的量)和构成红色滤色器的染料/颜料成分(以与红色滤色器相同的量)而获得。在滤色器层21(绿色滤色器)和滤色器层31(黑色滤色器)对于长波长(700nm以上)光不具有相同透射率的情况下，通过适当地调节滤色器层21和滤色器层31的厚度，可以使滤色器层21在长波长侧(700nm以上)的透射光谱和滤色器层31在长波长侧(700nm以上)的透射光谱彼此相等。
计算图3所示的绿色滤色器的滤色器特性与图4所示的黑色滤色器的滤色器特性之间的差，以获得图5的滤色器特性，图5的滤色器特性在与相对可见度光谱的峰值(峰值波长：555nm)基本相同的波长处具有透射率峰值并阻挡长波长光(红外光)。期望地，由上述差获得的光谱敏感性波形实质上匹配相对可见度波形。
在根据第一实施例的半导体光电探测器元件100中，第一光电二极管20和第二光电二极管30两者具有公共阴极(common cathode)，并且构造为使得第一光电二极管20和第二光电二极管30的检测信号从P+型阱层13(P型阱层12)取出。
在第一实施例中，半导体光电探测器元件100包括用于检测环境亮度的照度传感器部22以及用于检测距目标的距离的近程式传感器部32。照度传感器部22构造为包括第一光电二极管20和滤色器层21。近程式传感器部32构造为包括第二光电二极管30和滤色器层31。近程式传感器部32与后面描述的LED一起构成近程式传感器。照度传感器部22是本发明的″第一传感器部″的示例，近程式传感器部32是本发明的″第二传感器部″的示例。
在第一实施例中，因为由绿色滤色器形成滤色器层21，所以照度传感器部22(第一光电二极管20)具有图6所示的光谱敏感性特性，其中在450nm到650nm的波长范围(可见光范围，这里被称为第一波长范围)内具有峰值敏感性，而且在700nm以上的波长范围内(近红外范围，这里被称为第二波长范围)也具有敏感性。因为由黑色滤色器形成滤色器层31，所以近程式传感器部32(第二光电二极管30)具有图7所示的光谱敏感性特性，其中近程式传感器部32对700nm以上的波长范围(近红外范围，这里被称为第三波长范围)内的光具有敏感性。如果具有830nm的发光峰值波长的红外发光二极管元件用作近程式传感器的发光二极管元件，则第一实施例中的近程式传感器部32构造为在830nm左右具有峰值。
通过使第一光电二极管20和第二光电二极管30具有相同的结构并且使滤色器层21和滤色器层31对长波长(700nm以上)光的透射率实质上匹配，照度传感器部22(第一光电二极管20)在长波长侧(700nm以上)的光谱敏感性与近程式传感器部32(第二光电二极管30)在长波长侧(700nm以上)的光谱敏感性实质上相同。
因此，通过在运算电路部50中从照度传感器部22(第一光电二极管20)检测到的检测信号减去近程式传感器部32(第二光电二极管30)检测到的检测信号而得到图9所示的敏感性特性，图9所示的敏感性特性对红外光的敏感性被充分降低以等同于人的可见度特性。因此，获得了具有与人的可见度特性等同的波长敏感性特性的照度传感器。以上所采用的表述″实质上彼此相同″表示例如，在减法处理之后对700nm以上波长范围内的光的敏感性为450nm到650nm波长范围内的峰值敏感性的10％以下的状态。
运算电路部50采用例如图11所示的电路结构。在此电路结构中，构成照度传感器部22的一部分的第一光电二极管20的阳极端连接到电流镜电路(current mirror circuit)51的输出，并且还连接到电流放大器52的输入侧。第一光电二极管20的阴极端连接到恒压电源端Vref。电流放大器52的输出侧连接到照度传感器使用的输出端OUT1。另一方面，构成近程式传感器部32的一部分的第二光电二极管30具有连接到电流镜电路51的输入的阳极端以及连接到恒压电源端Vref的阴极端。电流镜电路51也连接到电流镜电路53，电流镜电路53连接到电流放大器54的输入侧。电流放大器54的输出侧连接到近程式传感器使用的输出端OUT2。电流镜电路51和53设定到100％的放大率。
下面参考图1、4和7以及图11到14描述根据第一实施例的半导体光电探测器元件100的操作。图12是示出照明用荧光灯的典型发光光谱分布的曲线图。图13是示出日光的发光光谱分布的曲线图。图14是示出发射波长为830nm的近红外光的LED的典型发光光谱分布的曲线图。
首先，P型硅基板10和P型阱层12(P+型阱层13)设定到接地电位，在这种状态下，恒压Vref施加给N型阱层11，由此向第一光电二极管20和第二光电二极管30施加反向偏压(例如，+0.7V)。从而，完成使N型阱层11中的电子数量最小化的初始化。接收光时施加到光电二极管20和30的反向偏压设定为0V，以获得降低暗电流的效果。
之后，当半导体光电探测器元件100被光照射时，照射光进入第一光电二极管20(照度传感器部22)和第二光电二极管30(近程式传感器部32)。这在P型阱层12和N型阱层11中产生光生载流子，且该光生载流子作为光电流被检测。
如上所述，光电二极管除了对可见光具有敏感性之外，还对诸如红外光的不可见光具有敏感性，而人眼对可见光范围内的光敏感。因此，需要光电二极管对红外光具有尽可能低的敏感性，以用作照度传感器。
如图12所示，室内照明通常采用的荧光灯仅发射300nm到700nm波长范围内的光，因此几乎不引起红外光的问题。另一方面，如图13所示，日光具有500nm(接近于绿光的波长)的发光峰值，并且尽管发光强度随着波长的增加而降低，但在750nm以上的近红外范围内也观察到了发光强度。因此，取决于照射光的类型，700nm以上的长波长范围内的光有时会进入第一光电二极管20(照度传感器部22)和第二光电二极管30(近程式传感器部32)。
当发光峰值波长为830nm的LED用作近程式传感器的LED时，LED的发光光谱如图14所示：在发光强度最大的波长的两侧分布曲线陡峭，且半高宽为约50nm。曲线在短波长侧的尾部在大致770nm处开始。
在根据第一实施例的半导体光电探测器元件100中，当照射光包含红外光时，由有机滤色器形成的滤色器层21和31透射红外光，因此红外光同样地进入第一光电二极管20(照度传感器部22)和第二光电二极管30(近程式传感器部32)。
如图4所示，由黑色滤色器形成的滤色器层31透射红外光，但是阻挡可见光。因此，近程式传感器部32具有图7的光谱敏感性特性，对700nm以上波长范围(近红外范围)内的光具有敏感性。
当照度传感器部22(第一光电二极管20)和近程式传感器部32(第二光电二极管30)检测到光电流，运算电路部50(见图1)进行减法处理，从照度传感器部22(第一光电二极管20)检测到的检测信号减去近程式传感器部32(第二光电二极管30)检测到的检测信号。具体地，如图11所示，电流镜电路51从第一光电二极管20检测到的检测信号减去第二光电二极管30检测到的检测信号。减法之后被减数的检测信号被电流放大器52放大，且从输出端OUT1输出作为照度传感器的信号。这使得照度传感器部22能够用作对红外光的敏感性充分降低从而具有与人的可见度特性等同的敏感性特性的照度传感器。
近程式传感器部32(第二光电二极管30)检测出的检测信号被电流放大器54放大，且从输出端OUT2输出作为近程式传感器的信号。这使得近程式传感器部32能够用作检测目标是否接近的近程式传感器。为了将近程式传感器的LED发射的近红外光与环境光中包含的近红外光区分开，一种方法是使LED发射脉动光(pulsating light)。
图15到图21是示出根据本发明第一实施例的半导体光电探测器元件的制造方法的截面图。下面将参考图15到图21描述根据本发明第一实施例的半导体光电探测器元件100的制造方法。半导体光电探测器元件100的制造方法按照与CMOS工艺相似的工艺进行。
首先，如图15所示，在具有相对较低的杂质浓度(例如，约1×1015cm-3)的P型硅基板10的整个顶面上，光致抗蚀剂70的涂层形成为具有大致2μm的厚度，比常规情形厚的。接下来，如图16所示，抗蚀剂70通过光刻等从将用作运算电路部50(见图1)的区域的上方去除。然后，抗蚀剂70用作离子注入的掩模，硼离子作为P型杂质注入到P型硅基板10，离子注入的条件为加速电压是150KeV，注入量为5×1012cm-2。硼杂质被引入到距P型硅基板10表面大约0.4μm的深度。然后，利用氧等离子体去除抗蚀剂70。
随后，如图17所示，在P型硅基板10的整个顶面上，抗蚀剂80的厚涂层形成为具有约5μm的厚度。接下来，如图18所示，抗蚀剂80通过光刻等从将要形成第一光电二极管20(见图1)、第二光电二极管30(见图1)和第三光电二极管40(见图1)的区域的上方去除。然后，抗蚀剂80用作离子注入的掩模，其中磷离子作为N型杂质注入到P型硅基板10，注入条件为：加速电压为3MeV，注入量为1×1013cm-2。磷杂质被引入到距P型硅基板10表面约2.5μm的深度。
抗蚀剂80形成为具有一厚度，该厚度大致是常规使用的约1μm的抗蚀剂厚度的大致五倍。这是因为对于磷离子这里将注入能量设定得非常高，所以需要防止磷离子穿过抗蚀剂到达P型硅基板10并防止磷离子注入到期望注入区域之外的其他区域。
然后，利用氧等离子体去除抗蚀剂80。进行清洗步骤，然后，在1100℃下进行高温、长时间的退火处理约半天(大约十二个小时)。结果，形成深度为大约7μm到10μm的N型阱层11和深度为大约7μm到10μm的P型半导体层15。构成第三光电二极管40(见图1)的一部分的N型半导体层14形成为深度与N型阱层11相同。用于形成N型半导体层14的离子注入可以与用于形成N型阱层11的离子注入分开进行，以使得N型半导体层14的深度(厚度)大于N型阱层11的深度(厚度)。
接下来，如图19所示，P型阱区16和N型阱区17形成在其中将形成运算电路部50(见图1)的区域(P型半导体层15)中。同时，P型阱层12形成在其中将形成光电二极管的区域(N型阱层11)中。
尽管图中未示出，但形成选择性氧化膜以通过电绝缘隔离光电二极管之间、信号处理电路内部以及光电二极管与信号处理电路之间的元件等。接着形成构成晶体管的栅极绝缘膜，然后利用多晶硅形成栅极电极，接着形成扩散层以用作晶体管的源极和漏极。
在形成源极和漏极的步骤中，形成重掺杂的P+型阱层13。从而，具有相同结构的第一光电二极管20和第二光电二极管30形成在P型硅基板10中。
N型半导体层和P型半导体层的杂质浓度和深度极大地影响所得到的光电二极管的敏感性光谱，因此二者被优化以获得目标性能(例如，在敏感性光谱方面)。
接下来，如图20所示，氧化膜作为绝缘膜61形成在其中已经有形成元件的P型硅基板10的顶面上。接触孔形成在绝缘膜61的给定区域中。接着，金属层形成在绝缘膜61的顶面上，并且金属层通过光刻及刻蚀等而被图案化以形成电极62和63。
在根据第一实施例的半导体光电探测器元件100的制造方法中，独立的电极形成在包括P型硅基板10和N型半导体层14的各层的表面上，从而各层的电位可以彼此独立地改变。用于将元件彼此连接的配线层(未示出)形成在P型硅基板10的顶面上。光屏蔽掩模(未示出)形成在包括运算电路部50的信号处理电路上方及其他部件上方，且由与配线层相同的材料形成。光屏蔽掩模(未示出)也形成在第一光电二极管20和第二光电二极管30的除光接收面之外的其他区域的上方。
然后，硅氮化物膜作为覆盖膜65形成在绝缘膜61的顶面上，且由有机材料形成的平坦化膜66形成在覆盖膜65的顶面上。在这种情况下，优选覆盖膜65从光电二极管20和30的上方去除。从而，仅留下位于光电二极管上方的作为无机材料膜的氧化膜，以有效地防止光电二极管上方的光反射波动。
最后，如图21所示，由绿色滤色器形成的滤色器层21形成在第一光电二极管20上方的顶面上，由黑色滤色器形成的滤色器层31形成在第二光电二极管30上方的顶面上。
以这样的方式形成了根据第一实施例的半导体光电探测器元件100。
如上所述，在第一实施例中，滤色器层21(绿色滤色器)形成在第一光电二极管20上方，其透射450nm到650nm的可见光范围内的光以及700nm以上的红外范围内的光(红外光)，而滤色器层31(黑色滤色器)形成在第二光电二极管30上方，其透射700nm以上的红外范围内的光(红外光)。结果，第一光电二极管20检测450nm到650nm的可见光范围内的光以及700nm以上的红外范围内的光，而第二光电二极管30检测700nm以上的红外范围内的光。运算电路部50将第二光电二极管30的检测信号从第一光电二极管20的检测信号减去，由此降低了对700nm以上的红外范围内的光(红外光)的敏感性。因此，红外光的影响被消除，并且因此，获得波长敏感性特性接近人的可见度特性的照度传感器。
在第一实施例中，在第二光电二极管30上方形成的滤色器层31(黑色滤色器)使得第二光电二极管30能够检测700nm以上的红外范围内的光(红外光)。因此，第二光电二极管30(近程式传感器部32)也可以用作检测从发射近红外光的LED发射的光的光接收元件。换言之，第二光电二极管30也可以用作近程式传感器(测距传感器)的光接收元件。因此，照度传感器和近程式传感器(测距传感器)可以形成在单一芯片上。由于照度传感器和近程式传感器(测距传感器)形成在单一芯片上，所以半导体光电探测器元件的封装尺寸减小，并且安装有半导体光电探测器元件的封装(半导体装置)的尺寸相应地被减小。
在第一实施例中，在滤色器层21和31分别形成在第一光电二极管20和第二光电二极管30上方的情况下，不需要昂贵的干涉滤色器膜，因此制造成本被相应地降低。
在第一实施例中，在第一光电二极管20和第二光电二极管30具有相同的结构的情况下，第一光电二极管20和第二光电二极管30之间的杂质分布波动等被降低，相应地，第一光电二极管20和第二光电二极管30之间的敏感性波动较小。换言之，第一光电二极管20的敏感性特性和第二光电二极管30的敏感性特性彼此相同。这意味着，通过简单地从第一光电二极管20的检测信号减去第二光电二极管30的检测信号，便充分降低了对红外光的敏感性，而不需要将第二光电二极管30的检测信号乘以给定数。因此，红外光的影响被有效地消除，因此获得了高精度的半导体光电探测器元件。
在第一实施例中，在第一光电二极管20和第二光电二极管30形成在相同的P型硅基板10中的情况下，入射到第一光电二极管20的光以相同的方式进入第二光电二极管30，结果通过从第一光电二极管20的检测信号减去第二光电二极管30的检测信号，红外光的影响被有效地消除。这意味着，即使在近程式传感器和照度传感器形成在同一芯片上而使得入射到第二光电二极管30红外光进入第一光电二极管20时，也消除了红外光的影响并防止了引起失误。结果，可靠性被改善。
通过如上所述的结构，半导体光电探测器元件100允许光以相同的方式进入第一光电二极管20和第二光电二极管30。因此，照射半导体光电探测器元件100的环境光或者其他光相似地入射到第一光电二极管20和第二光电二极管30上。这样，通过从第一光电二极管20的检测信号减去第二光电二极管30的检测信号，入射的环境光等的影响被消除。
通过如上所述的结构，半导体光电探测器元件100不需要在第一光电二极管20与第二光电二极管30之间形成遮光壁(light shielding wall)等来阻挡红外光。这也有助于制造成本的降低以及封装尺寸(半导体装置尺寸)的减小。
在第一实施例中，滤色器层21和31使得第一光电二极管20的光谱敏感性特性和第二光电二极管30的光谱敏感性特性在700nm以上的波长范围内实质上彼此相同。因此，更有效地降低了对700nm以上的长波长范围内的光的敏感性，并获得了红外光的影响被更彻底地消除的照度传感器。以上所使用的表述″实质上彼此相同″表示例如，在减法处理之后对700nm以上波长范围内的光的敏感性为450nm到650nm波长范围内的峰值敏感性的10％以下的状态。
在第一实施例中，通过分别采用绿色滤色器和黑色滤色器作为滤色器层21和滤色器层31，滤色器层21和滤色器层31可以通过后端工艺中通用的方法而形成，这使得可以容易地分别在第一光电二极管20和第二光电二极管30上方形成滤色器层21和滤色器层31。因此，制造成本容易地被降低。
在第一实施例中，在滤色器层21是透射可见光和红外光的绿色滤色器并且滤色器层31是阻挡可见光但透射红外光的黑色滤色器的情况下，容易形成透射450nm到650nm波长范围内的光(可见光)以及700nm以上波长范围内的光(红外光)的滤色器(滤色器层21)以及透射700nm以上波长范围内的光(红外光)的滤色器(滤色器层31)。
在第一光电二极管20上方形成绿色滤色器使得第一光电二极管20在可见光范围内具有与人的可见度特性基本相同的敏感性特性。另一方面，作为有机滤色器的绿色滤色器和黑色滤色器两者都透射红外光。因此，通过从上方形成有绿色滤色器的第一光电二极管20的检测信号减去上方形成有黑色滤色器的第二光电二极管30的检测信号而进一步降低了对700nm以上的长波长范围内的光的敏感性。结果，获得具有更加接近人的可见度特性的波长敏感性特性的传感器(照度传感器)。
在第一实施例中，在构成照度传感器部22的一部分的第一光电二极管20和构成近程式传感器部32的一部分的第二光电二极管30两者具有公共阴极的情况下，第一光电二极管20和第二光电二极管30可以由N型阱层11和P型阱层12之间的PN结构成。这样，不同于第一光电二极管20和第二光电二极管30由P型硅基板10和N型阱层11之间的PN结构成的情况，可以防止P型硅基板10的剥蚀区(DZ，denuded zone)中的起伏引起敏感性波动。
在第一实施例中，在N型阱层11形成为具有厚度d1(7μm以上且10μm以下)的情况下，因为不同的波长具有不同的穿透长度(penetration length)，所以在N型阱层11中长波长光的吸收降低，并且对长波长光的敏感性相应地降低。通过从第一光电二极管20的检测信号减去第二光电二极管30的检测信号，对红外光的敏感性被更加充分地降低，并同时保持了对长波长光的低的敏感性。
近程式传感器采用例如具有830nm波长的LED，这是常见的红外发光二极管。该光在硅基板中被吸收的吸收系数α(λ)为大约1/10μm-1。当进入光电二极管的光的强度给定为I(0，λ)时，距硅表面的深度d处的光强I(d，λ)由下面的公式(1)表示。
I(d，λ)＝I(0，λ)·exp(-d/α(λ))...(1)
公式(1)可以被变形从衰减的光强和吸收系数获得光强为I(d，λ)处的穿透深度d，如以下的公式(2)所表示。
d＝In(I(0，λ)/I(d，λ))·α(λ)...(2)
例如，当入射光衰减一半时I(d，λ)/(I(0，λ)＝0.5)，入射光的穿透深度为大约7μm。因此，为了检测到一半以上的波长为830nm的入射红外光，对红外光敏感的传感器(近程式传感器部32)优选形成为具有大约7μm以上的深度(如上所述)。这样，传感器也可以以高的敏感性检测从发光峰值波长为830nm的LED发射的光。硅基板包含由氧聚集引起的氧体内微缺陷(BMD，oxygen bulk micro defect)，并且BMD通常在10μm或者更深的深度处被发现。将N型阱层11的深度设定为10μm以下防止了由氧BMD引起的敏感性波动，并且也减少了红外光的入射而使得减法处理中的红外信号实质上较小，因此提高了作为减法结果而获得的可见光信号的精度。
在第一实施例中，滤色器层21和31的每个由单层膜制成，这简化了制造工艺且有助于降低制造成本。
在第一实施例中，第三光电二极管40形成在P型硅基板10中，以在平面图中围绕第一光电二极管20和第二光电二极管30。这使得第三光电二极管40能够捕获由在除第一光电二极管20和第二光电二极管30的光接收面之外的其他区域上的光入射产生的额外的载流子。因此，去除了在第一光电二极管20和第二光电二极管30之外的其他区域中产生的光电流，这将更多地改善半导体光电探测器元件100的精度。这种结构是优选的，还因为当近程式传感器和照度传感器形成在同一芯片上时，从近程式传感器的LED漏出的杂散光会影响照度传感器。
在第一实施例中，在构成第三光电二极管40的一部分的N型半导体层14形成为深度等于或者大于N型阱层11的深度的情况下，由从半导体光电探测器元件100的侧面和背面进入的入射光产生的额外的载流子容易被第三光电二极管40捕获，并且也去除了进入半导体光电探测器元件100更深的光电流。在这种情况下，耗尽层优选通过向第三光电二极管40施加尽可能高的反向偏压而扩展。
图22是根据本发明第一实施例的半导体装置的截面图。接下来，将参考图22描述根据本发明第一实施例的半导体装置。
根据第一实施例的半导体装置包括上述的半导体光电探测器元件100和用于近程式传感器的发射近红外光的红外光发射二极管元件(下面，称为LED)110。半导体光电探测器元件100和LED 110容纳在外壳120中，外壳120的内部填充有具有半透明性的树脂材料130。不透射红外光的遮光壁125将半导体光电探测器元件100和LED 110彼此分隔开，以防止当被外壳120的内壁直接反射时返回的信号引起的失误。LED 110是本发明″发光元件″的示例。
半导体光电探测器元件100和LED 110设置为彼此相距给定距离。LED110具有发射发光峰值波长为830nm的近红外光的功能。透镜140提供在LED 110上方以将来自LED 110的近红外光聚焦在目标上透镜150提供在半导体光电探测器元件100上方以将光聚焦在半导体光电探测器元件100上。透镜140是本发明的″第一透镜″的示例，透镜150是本发明的″第二透镜″的示例。
在根据第一实施例的半导体装置中，如上所述，遮光壁125形成为将LED 110和半导体光电探测器元件100彼此分隔开。遮光壁125由不透射LED 110发射的红外光的材料(例如，环氧树脂)制成。
在如上所述的包括半导体光电探测器元件100和LED 110的根据第一实施例的半导体装置中，照度传感器和近程式传感器可以集成为单个封装。因此，半导体装置的尺寸被减小。
在安装上述半导体光电探测器元件100的第一实施例中，不需要采用昂贵的干涉滤色器膜，因此制造成本被降低。此外，因为不需要保证附着干涉滤色器膜的空间，所以封装(半导体装置)的尺寸容易被减小。
通过安装上述半导体光电探测器元件100，根据第一实施例的半导体装置具有高的精度。如上构造的半导体装置也能够防止失误，并因此具有改善的可靠性。
在第一实施例中，在透镜150提供在半导体光电探测器元件100上方以将光聚焦到半导体光电探测器元件100上的情况下，传感器可以共享透镜而不是各自采用各自的透镜(用于照度传感器的透镜和用于近程式传感器的透镜)，这是另一个有助于降低制造成本的因素。
第二实施例
图23是示出根据本发明第二实施例的半导体光电探测器元件的一部分的平面图。图24是示出根据本发明第二实施例的半导体光电探测器元件的运算电路部的结构的电路图。图23示出了第一光电二极管20(照度传感器部22)和第二光电二极管30(近程式传感器部32)彼此交替布置的平面布局。接下来，将参考图23和24描述根据本发明第二实施例的半导体光电探测器元件200。
在根据第二实施例的半导体光电探测器元件200中，如图23所示，多个第一光电二极管20以及数量与第一光电二极管20相同的第二光电二极管30形成在P型硅基板10中。第一光电二极管20和第二光电二极管30形成为使得第一光电二极管20的光接收面和第二光电二极管30的光接收面具有相同的表面面积。
如图24所示，多个第一光电二极管20彼此并联连接，多个第二光电二极管30彼此并联连接。第一光电二极管20和第二光电二极管30交替布置以形成如图23所示的栅格图案。
第一光电二极管20和第二光电二极管30可以布置为栅格图案之外的其他图案，例如交错图案。此外，第一光电二极管20和第二光电二极管30优选布置为使得在方向X上排列的第一光电二极管20的数量与在方向X上排列的第二光电二极管30的数量彼此一致。类似地，在方向Y上排列的第一光电二极管20的数量与在方向Y上排列的第二光电二极管30的数量如果彼此一致，则将是优选的。这种结构允许从例如方向X泄漏的光以相同的方式进入第一光电二极管20和第二光电二极管30。
第一光电二极管20和第二光电二极管30的交替图案不需要完全规则，如果第一光电二极管20和第二光电二极管30的布置在平面图具有大致的规则并且考虑了从半导体光电探测器元件200的背面和外围泄漏的光就足够了。第一光电二极管20和第二光电二极管30优选被几何均匀地布置。
根据第二实施例的半导体光电探测器元件200的其他结构与第一实施例相同。
如上所述，在第二实施例中，多个第一光电二极管20和数量与第一光电二极管20相同的第二光电二极管30形成在P型硅基板10中，并且第一光电二极管20和第二光电二极管30交替地布置。当半导体光电探测器元件200被光照射时，将容易地使进入第一光电二极管20(照度传感器部22)的光和进入第二光电二极管30(近程式传感器部32)的光基本彼此相同。从而，将容易地确保照射半导体光电探测器元件200的环境光或者其他光以相同的方式进入第一光电二极管20和第二光电二极管30。这样，通过从第一光电二极管20的检测信号减去第二光电二极管30的检测信号，入射的环境光等的影响将容易地消除。结果，由环境光或者来自近程式传感器的LED的杂散光或者因距离差异造成的入射光不均匀性引起的失误容易被防止，因此可靠性被改善得更多。
根据第二实施例的半导体光电探测器元件200的其他效果与第一实施例相同。
根据第二实施例的半导体装置是安装有上述第二实施例的半导体光电探测器元件200的半导体装置。
在如上构造的根据第二实施例的半导体装置中，环境光以及从LED漏出的光的影响容易通过计算而消除。因此，在改善精度和可靠性的同时半导体装置的封装尺寸容易被减小。
根据第二实施例的半导体装置的其他效果与第一实施例相同。
第三实施例
图25是示出根据本发明第三实施例的半导体光电探测器元件的一部分的平面图。图26是示出形成在光接收元件上方的SiO2膜的厚度变化时波长依赖性的模拟结果的曲线图。图27是示出SiO2膜的厚度变化时模拟的第一光电二极管的光谱敏感性曲线、第二光电二极管的光谱敏感性曲线以及由这两个曲线之间的差获得的光谱敏感性曲线的图示。图28是示出硅光电二极管的光谱敏感性曲线的曲线图。图29是示出A光源的光谱分布的曲线图。
图26示出就不同厚度的两种SiO2膜(2.00μm和1.95μm)而言遍及发光元件(光电二极管)的光干涉的模拟结果。图27示出了考虑图26的光干涉的光谱敏感性曲线。在图26和27的模拟中，假设采用的是硅基板来进行计算。接下来，参考图1以及图25到29描述根据本发明第三实施例的半导体光电探测器元件300。
如图1所示，绝缘膜61形成在P型硅基板10的顶面上，以覆盖第一光电二极管20和第二光电二极管30。绝缘膜61由例如SiO2制成。滤色器层21和滤色器层31形成在绝缘膜61的顶面上。在这种情况下，光通过滤色器层21、绝缘膜61和其他部件进入第一光电二极管20。而且，光通过滤色器层31、绝缘膜61和其他部件进入第二光电二极管30。
由于与制造相关的因素或者其他因素，形成在P型硅基板10上的绝缘膜61会具有不均匀的厚度。因此，绝缘膜61位于第一光电二极管20上方的部分和绝缘膜61位于第二光电二极管30上方的部分在某些情况下具有不同的厚度。
本发明的发明人采用厚度为2.00μm的SiO2膜和厚度为1.95μm的SiO2膜对遍及光接收元件的光干涉进行了模拟。结果确认，SiO2膜厚度的差异产生了如图26所示的相位差。这两种SiO2膜中的光干涉与覆盖有滤色器层的光接收元件的信号叠加。通过相减获得的结果如图27所示。结果发现，第一光电二极管20与第二光电二极管30之间在覆盖绝缘膜61厚度方面的差异引起了不能通过减法完全去除红外光的问题。
因此，尽管各滤色器的光谱敏感性完全匹配，但绝缘膜61在第一光电二极管20上方的部分与绝缘膜61在第二光电二极管30上方的部分之间的厚度差仍产生干涉相位差，且该相位差会引起在600nm以上波长观察到的信号波动。
根据模拟结果，在图28的硅(硅光电二极管)的光谱敏感性最大的800nm到900nm的波长附近信号波动最大。红外光透射通过滤色器(滤色器层21和31)，并且为了使传感器的敏感性特性等于可见度特性，通过减法来去除红外光。然而，当通过减法而去除红外光时，在800nm到900nm波长附近信号波动最大。在图29的A光源的情况下(具体地，光源的光谱具有波长依赖性)，信号波动会引起偏离实际的可见度。
为了通过计算第一光电二极管20与第二光电二极管30之间的差而完全去除红外光，因此优选确保绝缘膜61位于第一光电二极管20上方的部分和绝缘膜61位于第二光电二极管30上方的部分具有完全相同的厚度。
然而，由于与制造相关的因素或者其他因素，始终不容易将绝缘膜61形成为具有均匀的厚度。
根据第三实施例的半导体光电探测器元件300通过降低由绝缘膜61的不均匀厚度引起的信号差(误差)来处理这个问题。通过如图25所示形成相同数量的第一光电二极管20和第二光电二极管30且通过将这些彼此靠近的第一光电二极管20和第二光电二极管30在平面图中布置成垂直及水平对称的图案，实现了上述降低。
具体地，在第三实施例中，多个第一光电二极管20和数量与第一光电二极管20相同的第二光电二极管30形成在P型硅基板10中。第一光电二极管20和第二光电二极管30形成为使得第一光电二极管20的光接收面和第二光电二极管30的光接收面具有相同的面积。在第三实施例中，形成两个第一光电二极管20和两个第二光电二极管30。
多个(两个)第一光电二极管20彼此并联连接，多个(两个)第二光电二极管30彼此并联连接。第一光电二极管20(滤色器层21)和第二光电二极管30(滤色器层31)布置为彼此靠近并交替，以形成栅格图案。换言之，第一光电二极管20(滤色器层21)和第二光电二极管30(滤色器层31)布置为形成几何对称的图案。
优选第一光电二极管20和第二光电二极管30在设计规则等允许的范围内尽量彼此靠近(邻近)地设置。表述″垂直及水平对称″以及″几何对称″包含点对称(具体地，两重对称(two-fold symmetry))以及线对称(具体地，第一光电二极管20和第二光电二极管30之间的位置关系线对称)。
通过这种光接收元件(光电二极管)交替布置的结构，当绝缘膜61具有不均匀的厚度且例如朝着图25的箭头R所指示的方向变得较厚时，交替布置使得左手侧(X1侧)的第一光电二极管20和第二光电二极管30在绝缘膜61的厚度方面彼此相等，并且也使得右手侧(X2侧)的第一光电二极管20和第二光电二极管30在绝缘膜61的厚度反面彼此相等。因此，左手侧的第一光电二极管20和第二光电二极管30检测出相同的信号，右手侧的第一光电二极管20和第二光电二极管30检测出相同的信号。因此，通过组合(结合)两个第一光电二极管20的信号获得的信号与通过组合(结合)两个第二光电二极管30的信号获得的信号具有相同的大小。从而，即使绝缘膜61由于与制造相关的因素或者其他因素而厚度不均匀，通过组合(结合)也可以使检测出的信号均匀化。结果，由第一光电二极管20和第二光电二极管30的绝缘膜61之间的厚度差异引起的信号差(误差)变得非常小。
当绝缘膜61朝着图25的箭头R所指示的方向之外的其他方向，例如朝着垂直方向或对角线方向(例如，朝向右上角或者右下角的对角线方向)变得较厚时，信号差(误差)也可以变得非常小。
在第三实施例中，如上所述，第一光电二极管20和第二光电二极管30彼此靠近地布置为垂直及水平对称(交替)的图案。这使得由第一光电二极管和第二光电二极管的绝缘膜61之间的厚度差异引起的信号差非常小，从而半导体光电探测器元件的精度被改善得更多。
第三实施例的其他结构及其他效果与第一和第二实施例相同。
在第三实施例中，已经描述了形成两个第一光电二极管20和两个第二光电二极管30并且这四个光电二极管布置成几何对称图案的示例。然而，第一光电二极管20的数量和第二光电二极管30的数量可以大于2。
例如，四个第一光电二极管20和四个第二光电二极管30可以形成为如图30所示，这八个光电二极管布置成几何对称图案。除4以外的其他数可以选择作为第一光电二极管20的数量及第二光电二极管30的数量。
增加第一光电二极管20和第二光电二极管30的数量使得绝缘膜61的厚度起伏的影响进一步被均匀化，并且由光电二极管的绝缘膜61之间的厚度差异引起的信号差将变得更小。
增加第一光电二极管20和第二光电二极管30的数量进一步提高了精度，但是扩大了第一光电二极管20和第二光电二极管30之间的无效区域(不检测光的区域)。因此，为了确保相同的光接收面积，需要较大的元件尺寸(芯片尺寸)。
相反，如第三实施例形成两个第一光电二极管20和两个第二光电二极管30是优选的，因为在阻止无效区域扩大的同时，由绝缘膜61的厚度差异引起的信号差变得非常小。
第三实施例的修改示例
图31是示出根据第三实施例的修改示例的半导体光电探测器元件的截面图。图32到35是示出在根据第三实施例的修改示例的半导体光电探测器元件中由N型阱层和P型硅基板之间的PN结构成的光电二极管的光谱敏感性特性的曲线图。接下来，将参考图31到35描述由附图标记400表示的根据第三实施例的修改示例的半导体光电探测器元件。
在根据第三实施例的修改示例的半导体光电探测器元件400中，与第三实施例的光电二极管20和30不同，第一光电二极管20和第二光电二极管30两者具有公共阳极。第一光电二极管20和第二光电二极管30的检测信号从N型阱层11取出。因此，第三实施例的修改示例构造为使得光也可以由N型阱层11和P型硅基板10之间的PN结构成的光电二极管检测。
由N型阱层11和P型硅基板10之间的PN结构成且与照度传感器部22关联的一个光电二极管具有图32所示的光谱敏感性特性。图32的光谱敏感性特性与第一光电二极管20相似，在450nm到650nm的波长范围(可见光范围，这里称为第一波长范围)内具有峰值敏感性，而且在700nm以上的波长范围(近红外范围，这里称为第二波长范围)内也具有敏感性。另一个光电二极管与近程式传感器部32关联且具有图33所示的光谱敏感性特性。图33的光谱敏感性特性与第二光电二极管30相似，在700nm以上的波长范围(近红外范围，这里称为第三波长范围)内具有敏感性。然而，在由N型阱层11和P型硅基板10之间的PN结构成的光电二极管中，在近红外范围内的敏感性高于在可见光范围内的敏感性。因此，当传感器设计对近程式传感器敏感性的重视超过照度传感器的精度时，近程式传感器对红外光的敏感性高，并且与第三实施例的方法实现的近程式传感器相比修改示例提供了具有较好S/N比的近程式传感器。
在光电二极管由N型阱层11和P型硅基板10之间的PN结构成的情况下，如图34所示，照度传感器部22在长波长侧(700nm以上)的光谱敏感性与近程式传感器部32在长波长侧(700nm以上)的光谱敏感性实质上匹配。因此，当运算电路部50从照度传感器部22检测出的检测信号减去近程式传感器部32检测出的检测信号时，获得图35所示的敏感性特性，对红外光的敏感性被充分地降低而等同于人的可见度特性。
将P型硅基板10的杂质浓度设定得较低将使耗尽层扩展，该耗尽层由PN结形成且朝P型硅基板10展开。这将增加光电二极管中每单位面积产生的空穴数量，并且还降低了P型硅基板10中载流子的复合中心密度。结果，由光产生的载流子的损失比率降低，并且对进入硅较深的长波长光(具体地，红光)的敏感性改善。
然而，对于硅，能量比带隙低的光几乎不被吸收并且仅对波长为1.15μm以下的光的敏感性被提高。例如，波长为1.15μm的光以大致1/104μm-1的吸收系数α(λ)被硅吸收，并且对于通常采用的厚度为1mm以下的硅基板而言，波长为1.15μm的光大部分被透射而没有被检测到。
根据第三实施例的修改示例的半导体光电探测器元件400的其他结构与第三实施例相同。根据第三实施例的修改示例的半导体光电探测器元件400的其他效果与第三实施例相同。第一和第二实施例的修改示例与第三实施例的修改示例相似。
这里公开的实施例提供为示例，而不应以任何方式解释为对本发明的限制。本发明的范围由专利权利要求的范围限定，而非由以上给出的对实施例的描述来限定，本发明的范围还包括专利权利要求范围的等同范围以及可以在该范围内进行的任何修改。
例如，在第一到第三实施例(包括修改示例)中，已经描述了光电二极管形成在硅基板中的情况。然而，本发明不限于此，光电二极管可以形成在于硅基板上形成的外延层中。
此外，在第一到第三实施例(包括修改示例)中，已经描述了N型阱层形成为具有大致7μm到10μm的厚度(深度)的情况。然而，本发明不限于此，N型阱层可以具有在这个范围之外的厚度(深度)。
此外，在第一到第三实施例(包括修改示例)中，已经描述了第一光电二极管和第二光电二极管完全被第三光电二极管围绕的情况。然而，本发明不限于此，第一光电二极管和第二光电二极管可以不被第三光电二极管完全围绕。换言之，第三光电二极管可以在某些位置不连续。
此外，在第一到第三实施例(包括修改示例)中，已经描述了发光峰值波长为830nm的LED用作近程式传感器的LED的情况。然而，本发明不限于此，发光峰值波长不是830nm的LED也可以用作近程式传感器的LED。例如，近程式传感器的LED可以是发光峰值波长为940nm的LED。在这种情况下，半导体光电探测器元件优选被构造为具有这样的光谱敏感性特性：在700nm以上的波长范围(近红外范围)内具有940nm附近的峰值波长。当发射波长为940nm的光的LED用于近程式传感器时，修改示例的对长波长光具有高敏感性的半导体光电探测器元件(400)尤其有效。
此外，在第一到第三实施例(包括修改示例)中，半导体光电探测器元件的各部分的导电类型可以与实施例中给出的相反。
此外，在第一到第三实施例(包括修改示例)中，已经描述了P型硅基板上的绝缘膜(覆盖光电二极管的绝缘膜61)由SiO2制成的情况。然而，本发明不限于此，绝缘膜可以由SiO2之外的其他电介质材料形成。例如，绝缘膜可以由氮化物膜代替氧化膜来形成。绝缘膜也可以具有例如其中层叠有多层电介质膜的层叠结构。为了给出具体的示例，层叠结构可以从基板侧开始依次包括氧化物膜(膜厚度：大致8nm)、氮化物膜(膜厚度：大致50nm)、和氧化物膜(膜厚度：大致2μm)。氧化物膜可以由例如SiO2形成。氮化物膜可以由例如SiN形成。也可以采用除此以外的其他结构。
应该注意的是，在第三实施例中，已经描述了第一光电二极管和第二光电二极管布置成栅格图案的情况。然而，本发明不限于此，第一光电二极管和第二光电二极管可以布置成栅格图案之外的其他图案。优选第一光电二极管和第二光电二极管布置成减小由绝缘膜的厚度差异引起的信号波动的图案(例如，几何对称图案)。

Claims (20)

1.一种半导体光电探测器元件，包括：
第一光接收元件部，形成在一导电类型的半导体层中；
第二光接收元件部，形成在所述半导体层中并具有与所述第一光接收元件部相同的结构；
第一滤色器，形成在所述第一光接收元件部上方且透射第一波长范围内的光以及第二波长范围内的光，所述第二波长范围不同于所述第一波长范围；以及
第二滤色器，形成在所述第二光接收元件部上方且透射第三波长范围内的光，所述第三波长范围包括在所述第二波长范围内，
其中所述半导体光电探测器元件构造为计算所述第一光接收元件部的检测信号与所述第二光接收元件部的检测信号之间的差。
2.根据权利要求1所述的半导体光电探测器元件，
其中多个所述第一光接收元件部形成在所述半导体层中且彼此并联连接，并且与所述第一光接收元件部数量相同的所述第二光接收元件部形成在所述半导体层中且彼此并联连接，并且
其中所述第一光接收元件部和所述第二光接收元件部交替布置。
3.根据权利要求2所述的半导体光电探测器元件，其中所述第一光接收元件部和所述第二光接收元件部布置为彼此靠近。
4.根据权利要求2或3所述的半导体光电探测器元件，其中所述第一光接收元件部和所述第二光接收元件部在平面图中布置成垂直及水平对称的图案。
5.根据权利要求2或3所述的半导体光电探测器元件，
其中两个第一光接收元件部和两个第二光接收元件部形成在所述半导体层中，并且
其中所述两个第一光接收元件部和所述两个第二光接收元件部彼此接近地布置成栅格图案。
6.根据权利要求1到3中任一项所述的半导体光电探测器元件，
其中所述第一波长范围是450nm到650nm的可见光范围，并且
其中所述第二波长范围和所述第三波长范围的每个是700nm以上的近红外范围。
7.根据权利要求1到3中任一项所述的半导体光电探测器元件，还包括用于检测环境亮度的第一传感器部，该第一传感器部包括所述第一光接收元件部和所述第一滤色器，
其中所述第一传感器部在450nm到650nm的波长范围内具有峰值敏感性并且在700nm以上的波长范围内也具有敏感性。
8.根据权利要求1到3中任一项所述的半导体光电探测器元件，还包括用于检测距目标的距离的第二传感器部，该第二传感器部包括所述第二光接收元件部和所述第二滤色器，
其中所述第二传感器部就光谱敏感性而言在700nm以上的波长范围具有敏感性。
9.根据权利要求1到3中任一项所述的半导体光电探测器元件，其中所述第一滤色器和所述第二滤色器使得所述第一光接收元件部的光谱敏感性特性和所述第二光接收元件部的光谱敏感性特性在700nm以上的波长范围内实质上相同。
10.根据权利要求1到3中任一项所述的半导体光电探测器元件，
其中所述第一滤色器包括绿色滤色器，并且
其中所述第二滤色器包括黑色滤色器。
11.根据权利要求1到3中任一项所述的半导体光电探测器元件，其中所述半导体层包括形成在所述半导体层中的运算电路部，以计算所述第一光接收元件部的检测信号与所述第二光接收元件部的检测信号之间的差。
12.根据权利要求1到3中任一项所述的半导体光电探测器元件，
其中所述半导体层是P型半导体层，
其中所述第一光接收元件部和所述第二光接收元件部的每个包括N型阱层和P型阱层，该N型阱层通过扩散而形成在所述P型半导体层的顶侧，该P型阱层通过扩散而形成在所述N型阱层的顶侧，并且
其中所述第一光接收元件部和所述第二光接收元件部的检测信号从所述P型阱层取出。
13.根据权利要求12所述的半导体光电探测器元件，其中所述N型阱层形成为具有7μm以上且10μm以下的厚度。
14.根据权利要求1到3中任一项所述的半导体光电探测器元件，其中所述第二滤色器包括单层膜。
15.根据权利要求1到3中任一项所述的半导体光电探测器元件，其中所述半导体层还包括第三光接收元件部，所述第三光接收元件部形成为在平面图中围绕所述第一光接收元件部和所述第二光接收元件部。
16.根据权利要求15所述的半导体光电探测器元件，
其中所述第三光接收元件部包括扩散层，该扩散层具有与所述半导体层相反的导电类型且形成在所述半导体层的表面区域中，并且
其中所述扩散层的深度等于或大于所述第一光接收元件部和所述第二光接收元件部的深度。
17.一种半导体装置，包括：
发光元件，朝向目标发光；以及
根据权利要求1到3中任一项所述的半导体光电探测器元件，接受从所述目标反射的光。
18.根据权利要求17所述的半导体装置，其中所述发光元件包括红外发光二极管元件，该红外发光二极管元件在700nm以上且1150nm以下的光发射波长处发射近红外光。
19.根据权利要求17或18所述的半导体装置，还包括第一透镜，该第一透镜设置在所述发光元件上方以将来自所述发光元件的光聚焦在所述目标上。
20.根据权利要求17或18所述的半导体装置，还包括一个第二透镜，该第二透镜设置在所述半导体光电探测器元件中的所述第一光接收元件部和所述第二光接收元件部上方以将光聚焦在所述半导体光电探测器元件上。
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