CN108074946A - 复合光电二极管以及使用复合光电二极管的光传感器 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种复合光电二极管以及使用复合光电二极管的光传感器。该复合光电二极管具备：分别具有正极以及负极的第1光电二极管、第2光电二极管以及第3光电二极管。所述第1光电二极管的负极连接于第1电路连接点，所述第1光电二极管的正极与所述第2光电二极管的正极公共连接且连接于第2电路连接点，所述第2光电二极管的负极与所述第3光电二极管的负极公共连接且连接于第3电路连接点，所述第3光电二极管的正极连接于第4电路连接点。

Description

复合光电二极管以及使用复合光电二极管的光传感器
技术领域
本说明书中公开的发明涉及复合光电二极管以及使用复合光电二极管的光传感器。
背景技术
检测光的成分的光传感器具有多个受光部(RGB)。需要向各受光部均匀地照射光，并且不仅要均匀地响应来自正面的光，还需要均匀地响应来自斜向的光。但是，光不仅从芯片的表面进入，还会从芯片的侧面进入。从芯片的侧面入射的光会影响光的均匀性。
一般而言，光传感器由于被透明的封装覆盖，因而光不仅从芯片的表面侵入，也会从芯片的侧面侵入。另外，由于来自安装有光传感器的基板的反射光也会从芯片的侧面入射，因而侵入的额外的光会超过预期。
日本特开2006-148014号公报(以下，称为专利文献1)提供了一种不受侧面入射的红外光的影响的廉价的可见光用照度传感器。参照专利文献1的图6，作为应对红外光入射的对策，对红外区域具有灵敏度的第3光电二极管被形成为包围主要对可见光区域具有灵敏度的第1光电二极管、主要对红外区域具有灵敏度的第2光电二极管的各自的侧方以及下方。第3光电二极管的正极端和负极端由于被短路，因而从半导体基板的侧面入射的红外光被第3光电二极管吸收。并且由于其电流被消耗，因而在第3光电二极管产生的电流信号基本不会流入第1以及第2光电二极管的区域，而能够将侧面入射的红外光的影响减轻到实用上没有问题的程度。
日本特开2014-207392号公报(以下，称为专利文献2)抑制因来自芯片端面的入射光而产生的载流子引起的噪声电流。因此，在光电二极管区域和芯片端面之间配置p阱，向该p阱施加反向偏压产生较广的耗尽层，使该耗尽层与高浓度n型基板接触。光电二极管区域由于被p阱的pn结中产生的耗尽层和下部的高浓度n型基板包围，因此能够抑制因从芯片端面入射的光而产生的载流子向光电二极管区域进入。
日本特开2016-115746号公报(以下称为专利文献3)提供了一种光检测装置以及电子设备。参照专利文献3的图3以及图4，示出了在半导体基板8形成由光电二极管11构成的信号检测用受光部R1，G1，B1、以及红外线受光部R2，G2，B2。另外，专利文献3的图5示出了光电二极管11的放大图。参照该图5，光电二极管11具有光电二极管Di1、光电二极管Di2以及光电二极管Di3，光电二极管Di1、光电二极管Di2以及光电二极管Di3包含距半导体基板8的表面8A的深度相互不同的pn结。另外，专利文献3的图2A～图2D表示光检测装置的受光区域的布局图。
然而，在专利文献1记载的可见光用照度传感器中，在具有多个受光部(RGB)的光传感器中由于需要在每个元件中制作pnpnp构造，因而造成布局面积增大。另外，专利文献1并未公开任何关于调整复合光电二极各个耗尽层的宽度的内容。
另外，专利文献2对于调整复合光电二极管以及这些复合光电二极管各个耗尽层的宽度并未给出任何启示。
另外，专利文献3公开了复合光电二极管的构造，但是对于复合光电二极管的等效电路以及调整复合光电二极管各个耗尽层的宽度并未给出任何启示。
发明内容
本说明书中公开的发明鉴于上述问题点而制成，其目的在于提供一种复合光电二极管，其能够抑制来自芯片的侧面或端面的不想要的入射光抵达多个受光部(例如RGB)，并且，调整复合光电二极管各个耗尽层的宽度不会给其他光电二极管带来影响，而能够容易地进行设定调整各个光电二极管的光谱灵敏度特性。另外，其目的在于提供一种使用该复合光电二极管的光传感器。
本说明书中公开的复合光电二极管具备分别具有正极以及负极的第1光电二极管、第2光电二极管、以及第3光电二极管，所述第1光电二极管的负极连接于第1电路连接点，所述第1光电二极管的正极与所述第2光电二极管的正极公共连接且连接于第2电路连接点，所述第2光电二极管的负极与所述第3光电二极管的负极公共连接且与第3电路连接点连接，所述第3光电二极管的正极连接于第4电路连接点。
另外，以下通过最优选的实施方式的详细的说明或与其相关的附图进一步明确本发明的其他特征、要素、步骤、优点以及特性。
附图说明
图1是本发明所涉及的复合光电二极管的等效电路图。
图2A～图2D是表示将图1示出的复合光电二极管用于本发明的光传感器时的各光电二极管的接线的一例的图。
图3是表示在半导体基板中形成图2A～图2D的复合光电二极管的一实施例的剖视图。
图4是表示测定图2A～图2D的复合光电二极管的输出特性时的照射方向、照射角度的图。
图5是根据图4所示的光的照射方向、照射角度而测定出的光输出特性图。
图6是采用本发明所涉及的复合光电二极管的光传感器的受光区域的布局图。
具体实施方式
以下，参照附图说明本发明的实施方式。图1是本发明所涉及的复合光电二极管的等效电路图。复合光电二极管Di由4个电路连接点以及3个光电二极管构成。
第1光电二极管Di1的负极连接于第1电路连接点T1。第1光电二极管Di1的正极连接于第2电路连接点T2。
第2光电二极管Di2的正极连接于第2电路连接点T2。因此，第2光电二极管Di2的正极与第1光电二极管Di1的正极公共连接。第2光电二极管Di2的负极连接于第3电路连接点T3。
第3光电二极管Di3的负极连接于第3电路连接点T3。因此，第3光电二极管Di3的负极与第2光电二极管Di2的负极公共连接。第3光电二极管Di3的正极连接于第4电路连接点T4。第4电路连接点T4与基准电位(例如接地电位GND)接合。
一般而言，光电二极管通常用于在正极、负极间施加反向偏压，或者将正极、负极设为相同电位而使用。因此，例如，在第1光电二极管Di1中，施加于第1电路连接点T1的电位可以设定成高于施加于第2电路连接点T2的电位、或者设定为与施加于第2电路连接点T2的电位成为相同电位。在使用第1光电二极管Di1时，在第1电路连接点T1和第2电路连接点T2之间施加反向偏压或相同电位。此时，第2电路连接点T2与第3电路连接点T3公共连接，例如施加0.5V～1.5V的电位。流经第1光电二极管Di1的光电流在第1电路连接点T1连接ADC(模数转换器)的输入，且将模拟信号变换成数字信号从ADC的输出取出。其中，用符号W1表示向第1光电二极管Di1施加反向偏压VR时在第1光电二极管Di1的负极、正极间变宽的耗尽层宽度。另外，在使用第1光电二极管Di1时，由于在第3电路连接点T3和第4电路连接点T4之间施加预定的电位，所以第3光电二极管Di3虽然作为光电二极管而发挥功能，但是ADC并未与第3电路连接点T3或者第4电路连接点T4相接合，因而ADC仅处理流经第1光电二极管Di1的光电流。
第2光电二极管Di2被设定成施加于第3电路连接点T3的电压高于施加于第2电路连接点T2的电压、或与施加于第2电路连接点T2的电压成为相同电位。使用第2光电二极管Di2时，有2种方法。其中之一是将第1电路连接点T1和第2电路连接点T2公共连接。由此，能够使第1光电二极管Di1的负极与正极短路，从而排除第1光电二极管Di1的存在。另外，另一个方法是使第1光电二极管Di1的作用共存的方法。在任意一种方法中，将ADC连接于第2电路连接点T2从而检测以及处理流经第2光电二极管Di2的光电流。在此，用符号W2表示在向第2光电二极管Di2施加反向偏压VR时在第2光电二极管Di2的负极、正极间变宽的耗尽层宽度。另外，在使用第2光电二极管Di2时，由于在第3电路连接点T3和第4电路连接点T4之间施加预定的电位，因而第3光电二极管Di3虽然作为光电二极管而发挥作用，但是由于ADC未与第3电路连接点T3或者第4电路连接点T4接合，因而在ADC仅处理流经第2光电二极管Di2的光电流、或者流经第2光电二极管Di2和第1光电二极管Di1的光电流之和。
第3光电二极管Di3被设定成施加于第3电路连接点T3的电压高于施加于第4电路连接点T4的电压、或与施加于第4电路连接点T4的电压成为相同电位。第4电路连接点T4与接地电位GND接合。在使用第3光电二极管Di3时，第1电路连接点T1与第2电路连接点T2以及第3电路连接点T3公共连接。由此，可以排除第1光电二极管Di1以及第2光电二极管Di2的存在。在此，用W3表示在向第3光电二极管Di3施加反向偏压VR时在第3光电二极管Di3的负极、正极间变宽的耗尽层的宽度。另外，在使用第3光电二极管Di3时，第1电路连接点T1和第2电路连接点T2都连接于第3电路连接点T3，由于排除了第1光电二极管Di1以及第2光电二极管Di2的动作，因而仅处理流经第3光电二极管Di3的光电流。
此外，已知上述各光电二极管的感光灵敏度与耗尽层的宽度的大小成比例。通过扩大耗尽层的宽度，从而扩大对光进行反应的区域，能够获得增强光电流的效果。
在图1中，若施加于各光电二极管的反向偏压全部相等，且将该反向偏压的大小设为VR，则将各个耗尽层宽度W1、W2、以及W3设定成保持W1＜W2＜W3的关系。因此，将3个光电二极管的光谱灵敏度特性设定成不同。众所周知，通过正极和负极各自的杂质浓度和反向偏压的大小来决定耗尽层的宽度。在本发明中，特意使耗尽层宽度不同，从而能够提供光谱灵敏度特性不同的多个(例如3个)光电二极管。
能够较广的设定耗尽层宽度的调整范围的是第1光电二极管Di1，这是有很大原因的。这是因为仅将第1光电二极管Di1的负极连接于第1电路连接点T1，因而不会对其他的光电二极管产生影响，从而能够将预定的反向偏压施加于第1电路连接点T1和第2电路连接点T2之间来调整成所希望的耗尽层宽度。因此，如果在相同的反向偏压VR下进行比较，则第1光电二极管Di1的耗尽层宽度W1虽然窄于其他2个光电二极管Di2以及Di3的耗尽层宽度W2以及W3，但是可调整的范围变大。
第2光电二极管Di2的耗尽层宽度W2的调整通过改变施加于第3电路连接点T3和第2电路连接点T2之间的反向偏压的大小来进行。预定的反向偏压VR下的耗尽层宽度W2虽然宽于第1光电二极管Di1的耗尽层宽度W1，但就耗尽层宽度的调整范围而言，耗尽层宽度W2窄于第1光电二极管Di1的耗尽层宽度W1。其原因在于负极连接于第3电路连接点T3，因而会对第3光电二极管Di3产生影响。
第3光电二极管Di3的耗尽层宽度W3的调整是通过改变施加于第3电路连接点T3和第4电路连接点T4之间的反向偏压的大小来进行的。预定的反向偏压VR下的耗尽层宽度W3宽于第1光电二极管Di1的耗尽层宽度W1以及第2光电二极管Di2的耗尽层宽度W2，处于W3＞W2＞W1的关系。第3光电二极管Di3的耗尽层宽度W3的调整范围与其他2个光电二极管Di1以及Di2相比变窄。
图2A～图2D是为了加深上述理解，分别表示图1示出的复合光电二极管Di的各光电二极管的接线的一例的图。即，表示分别使用第1光电二极管Di1、第2光电二极管Di2、第3光电二极管Di3时的第1电路连接点T1、第2电路连接点T2、第3电路连接点T3以及第4电路连接点T4的接线的一例。
图2A表示使用第1光电二极管Di1时。第1光电二极管Di1连接于第1电路连接点T1和第2电路连接点T2之间。使用第1光电二极管Di1时，为了排除使用对象外的第2光电二极管Di2的作用，通过接线P1将第2电路连接点T2和第3电路连接点T3公共连接。由此，第2光电二极管Di2的负极、正极间短路，丧失了作为光电二极管的作用。此时，第3光电二极管Di3虽然与第1光电二极管Di1没有直接的关系，但是在第3电路连接点T3和第4电路连接点T4(接地电位GND)之间施加反向偏压VR。由此，第3光电二极管Di3作为光电二极管而发挥作用。虽然使第3光电二极管Di3工作的理由在后面澄清，但是在将复合光电二极管Di内置于半导体基板时，第3光电二极管Di3被用于阻挡抵达第3光电二极管Di3的不需要的入射光。在第1光电二极管Di1中产生的光电流通过与负极即第1电路连接点T1接合的ADC来检测。作为第3光电二极管Di3的阻挡器的功能，不仅可以用于第1光电二极管Di1，还可以使用于第2光电二极管Di2。因此，在第3电路连接点T3和第4电路连接点T4之间一直施加预定的反向偏压VR。
图2B表示使用第2光电二极管Di2时。第2光电二极管Di2被连接于第2电路连接点T2和第3电路连接点T3之间。在使用第2光电二极管Di2时，有两种接线方法。其中之一在图2B表示。在图2B接线中，通过接线P2将第1电路连接点T1和第3电路连接点T3公共连接。因此，与第2光电二极管Di2的作用没有直接关系的第1光电二极管Di1也作为光电二极管发挥作用。此时，ADC由于与第2电路连接点T2接合，因而在图2B的接线中，通过ADC对在第2光电二极管Di2的光电流中加上第1光电二极管Di1的光电流后的光电流进行处理。另外，如前述，第3光电二极管Di3虽然与第2光电二极管Di2没有直接的关系，但是在第3电路连接点T3和第4电路连接点T4(接地电位GND)之间施加反向偏压VR。由此，第3光电二极管Di3作为光电二极管而发挥作用。虽然使第3光电二极管Di3工作的理由在后述中澄清，但是在将复合光电二极管Di内置于半导体基板时，第3光电二极管Di3被用于阻挡抵达第2光电二极管Di2的不需要的入射光。第2光电二极管Di2中产生的光电流通过与正极即第2电路连接点T2接合的ADC来处理。
图2C是表示在使用第2光电二极管Di2时的另一个接线。在图2C的接线中，与图2B的不同之处在于，通过接线P3将第1电路连接点T1和第2电路连接点T2公共连接。由此，第1光电二极管Di1的负极、正极间短路，从而丧失了作为光电二极管的作用。此时，ADC由于与第2电路连接点T2以及第1电路连接点T1接合，因而在图2C接线中，ADC仅对第2光电二极管Di2的光电流进行处理。另外，如前述，第3光电二极管Di3虽然与第2光电二极管Di2没有直接的关系，但是在第3电路连接点T3和第4电路连接点T4(接地电位GND)之间施加反向偏压VR。由此，第3光电二极管Di3作为光电二极管发挥作用。虽然使第3光电二极管Di3工作的理由在后述阐明，但是将复合光电二极管Di内置于半导体基板时，第3光电二极管Di3被用于阻挡抵达第2光电二极管Di2的不需要的入射光。在第2光电二极管Di2中产生的光电流通过与正极即第2电路连接点T2接合的ADC来处理。
图2D表示使用第3光电二极管Di3时。第3光电二极管Di3连接于第3电路连接点T3和第4电路连接点T4(接地电位GND)之间。在使用第3光电二极管Di3时，通过接线P4将第1电路连接点T1、第2电路连接点T2以及第3电路连接点T3全部公共连接。由此，第1光电二极管Di1以及第2光电二极管Di2的负极、正极间短路，从而都丧失了作为光电二极管的作用。此时，ADC与第3电路连接点T3(＝第2电路连接点T2＝第1电路连接点T1)接合，因而ADC仅处理第3光电二极管Di3的光电流。
图3示意表示图1以及图2A～图2D中示出的本发明所涉及的复合光电二极管Di被内置于半导体基板时的截面图。具有通过从p型半导体基板16的表面16s朝向背面16b依次形成的第1n型区域13、第1p型区域14、第2n型区域15以及p型半导体基板16而形成的npnp构造。第2n型区域15形成于p型半导体基板16的内部，第1p型区域14形成于第2n型区域15的内部区域。并且，第1n型区域13形成于第1p型区域14的内部区域。由此，从p型半导体基板16的表面16s朝向背面16b构成有第1光电二极管Di1、第2光电二极管Di2以及第3光电二极管Di3。
第1电路连接点T1与第1n型区域13连接。第2电路连接点T2与第1p型区域14连接。第3电路连接点T3与第2n型区域15连接。第4电路连接点T4与p型半导体基板16连接。另外，第4电路连接点T4即p型半导体基板16与接地电位GND接合。
第1n型区域13的杂质浓度例如为1×1019/cm3～1×1020/cm3。第1p型区域14的杂质浓度例如为1×1016/cm3～1×1017/cm3。第2n型区域15的杂质浓度例如为5×1018/cm3～5×1019/cm3。p型半导体基板16的杂质浓度例如为4×1015/cm3～5×1015/cm3。各区域的杂质浓度未被限定于上述值，是适当设定的设计事项之一。
第1光电二极管Di1含有形成于第1p型区域14和第1n型区域13之间的第1pn结J1，其深度例如为距p型半导体基板16的表面16s为0.09μm～0.17μm。第1pn结J1呈U字形，若向第1电路连接点T1施加高于第2电路连接点T2的电位，即施加反向偏压，则形成耗尽层，该耗尽层宽度与反向偏压成比例变宽。若耗尽层的宽度变宽，则第1光电二极管Di1进行反应的区域变宽且光电流增强。
第2光电二极管Di2包含形成于第1p型区域14和第2n型区域15之间的第2pn结J2，其深度深于第1光电二极管Di1的pn结J1，例如距p型半导体基板16的表面16s为1.0μm～1.8μm。第2pn结J2与第1pn结J1同样地呈U字形，若向第3电路连接点T3施加高于第2电路连接点T2的电位，即施加反向偏压，则形成耗尽层且该耗尽层宽度与反向偏压成比例变宽。若在相同的反向偏压下进行比较，则该耗尽层宽度变得宽于第1pn结J1中形成的耗尽层宽度(W1)。如图1所示，在相同的反向偏压VR下进行比较，则第3pn结J3中产生的耗尽层宽度变为最宽，处于W3＞W2＞W1的关系。
第3光电二极管Di3包含形成于p型半导体基板16和第2n型区域15之间的第3pn结J3，其深度深于光电二极管Di2的pn结，例如距p型半导体基板16的表面16s为3.2μm～5.9μm。第3pn结J3与第1pn结J1以及第2pn结J2同样地呈U字形，若向第3电路连接点T3施加高于第4电路连接点T4(GND)的电位，即施加反向偏压，则形成耗尽层，该耗尽层宽度与反向偏压成比例变宽。
复合光电二极管Di具有相互深度不同的第1光电二极管Di1、第2光电二极管Di2以及第3光电二极管Di3的优点如下述。即，对于p型半导体基板16，光的波长越长穿透深度越深，如复合光电二极管Di这样，在应检测的光成分的波长区域为多个的情况下，在第1光电二极管Di1、第2光电二极管Di2以及第3光电二极管Di3均能有效地检测光。
例如，第1光电二极管Di1适于检测蓝色的波长区域(例如420nm～480nm)或者绿色的波长区域(例如500nm～560nm)的成分。第2光电二极管Di2适于检测绿色的波长区域或者红色的波长区域(例如590nm～680nm)的成分。另外，第3光电二极管Di3适于检测红外线的波长区域(例如700nm～1300nm)的成分。
图4表示在测定以及评价图3示出的复合光电二极管Di及其输出特性时向复合光电二极管Di照射的光的照射方向(角度)。在此，输出特性是用于对来自芯片(半导体基板)的侧面或端面的入射光给复合光电二极管的光电流造成的影响进行定量掌握的一个评价项目。
在图4中，光LL＝0°、光LL＝+90°以及光LL＝-90°是表示向复合光电二极管Di照射的照射方向(角度)。光LL＝0°表示从垂直方向对表面16s照射光。光LL＝+90°表示从与光LL＝0°正交的方向即侧面16T1侧照射光。光LL＝-90°表示从与光LL＝0°正交的相反侧的方向即侧面16T2侧照射光。因此，光LL＝+90°和光LL＝-90°的照射方向呈180度不同。另外，此次测定不仅是光LL＝0°、光LL＝+90°、光LL＝-90°的3方向，而是从若干角度照射测定光。接下来表示测定结果。
图5表示白炽灯从各角度向图4中所示的复合光电二极管Di照射，通过ADC对从3个光电二极管输出的光电流进行数字变换，将其标准化而示出的第1光电二极管Di1(双点划线)、第2光电二极管Di2(大虚线)以及第3光电二极管Di3的输出特性(实线)。横轴表示照射角度，纵轴表示标准化后的光电流的输出。
图5示出的输出特性是使用图2A～图2D分别示出的接线状态的复合光电二极管Di而测定出的输出特性。参照图5，第1光电二极管Di1的输出特性表示照射角度0度(光LL＝0°)时输出为1.0。这是为了以标准化后的值表示其他的照射角度下的输出，因而将照射角度0度(光LL＝0°)下的光电流的大小设为1.0。第1光电二极管Di1的照射角度45度下的输出成为0.62左右，在照射角度52度附近成为照射角度0度(光LL＝0°)的1/2，在照射角度90度(光LL＝90°)下成为照射角度0度(光LL＝0°)的0.02，即1/50左右。照射角度90度是从芯片的侧面入射时的输出，此时的值越小，对于来自芯片侧面的入射的影响越小，作为光电二极管来说是良好的。
可以看出，关于第1光电二极管Di1的输出特性，对于光LL＝-90°的照射角度也显示出与光LL＝+90°的照射角度基本相同的特性。这点如图3所明示，第1光电二极管Di1的第1pn结J1由于被第2n型区域15以及第1p型区域14完全包围，因而认为从侧面16T1或者16T2照射的光被这些区域吸收，阻挡光到达第1pn结J1是妥当的。特别是通过在第2n型区域15和p型半导体基板16之间的第3pn结J3上形成的耗尽层的变宽可以推测来自侧面的光的入射被阻挡。
参照图5，第2光电二极管Di2的输出特性被表示为照射角度为0度(光LL＝0°)时输出为1.0。这是为了以标准化后的值表示其他照射角度下的输出，所以将照射角度0度(光LL＝0°)下的光电流的大小设为1.0。第2光电二极管Di2的照射角度45度下的输出成为0.43左右，在照射角度90度下成为照射角度0度(光LL＝0°)的0.02即1/50左右。照射角度90度为从芯片的侧面入射时的输出，此时的值越小，对于来自芯片的侧面的入射的影响越低，作为光电二极管来说是良好的。
可以看出，关于第2光电二极管Di2的输出特性，对于光LL＝-90°的照射角度也显示出与光LL＝+90°的照射角度基本相同的特性。这点如图3所明示，第2光电二极管Di2的第2pn结J2由于被第2n型区域15完全包围，因而可以推定从侧面16T1或者16T2照射的光被该区域吸收。特别是通过形成于第2n型区域15和p型半导体基板16之间的第3pn结J3可以推定来自芯片侧面的照射被阻挡。
图5中示出的符号RP(粗实线)是本发明者原本期待的第1光电二极管Di1以及第2光电二极管Di2的输出特性。即，本发明者期待在光LL＝+90°以及光LL＝-90°下的输出基本成为0，其结果也基本满足。
参照图5，第3光电二极管Di3的输出特性被表示为，照射角度为0度(光LL＝0°)时，与第1光电二极管Di1以及第2光电二极管Di2相同，输出为1.0。这是为了以标准化后的值表示其他照射角度下的输出，因而将照射角度为0度(光LL＝0°)时的光电流的大小设为1.0。可以看出，关于第3光电二极管Di3的输出特性，对于光LL＝-90°的照射角度与光LL＝90°的照射角度都显示出基本相同的特性，但是对于其他2个光电二极管，该输出特性有较大的不同。
第3光电二极管Di3的输出特性与其他2个光电二极管不同之处的原因在于芯片(p型半导体基板16)的侧面16T1以及16T2构成第3光电二极管Di3的一部分，p型半导体基板16构成第3光电二极管Di3的正极，因此被从侧面16T1或者16T2照射的光直接照射。就第3光电二极管Di3的输出而言，在照射角度0度～±65度，输出为1.0以上，即使是照射角度为±90度也是光LL＝0的0.4倍左右，对较广范围的照射角度进行反应。换言之，第3光电二极管Di3的输出越高，阻挡不需要的入射光入射到第1光电二极管Di1以及第2光电二极管Di2的阻挡率越高。另外，第3光电二极管Di3对于来自侧面16T1或者16T2的入射光以某一程度输出，也可以在某种程度上推定对于来自p型半导体基板16的背面16b侧的入射光具有阻挡效果。
图6表示将图1、图2A～图2D以及图3中示出的复合光电二极管Di用于本发明的光传感器时受光区域20的配置图。无法从图6读取光传感器的整体图像。但是，如本发明者提出的在先的专利文献3公开的那样，光传感器除了受光区域20之外还包括ADC或ADC逻辑电路等。受光区域20具备：红外光受光部Ir、蓝色受光部B1以及B2、绿色受光部G1以及G2、红色受光部R1以及R2和环境光受光部C1。受光区域20作为光传感器的一部分被内置于半导体基板，最终被安装在具有多个外部端子(例如8引脚)的封装中。
受光区域20例如俯视呈四边形，以符号20c表示其中心。在受光区域20的中心20c的附近配置有绿色受光部G1，在其旁边，绿色受光部G2稍离中心20c而配置。
为了去掉不需要的红外光，通过红外截止滤光器CF覆盖蓝色受光部B1以及B2、绿色受光部G1以及G2、红色受光部R1以及R2。
红色受光部R1与绿色受光部G1同样地配置在受光区域20的中心20c的附近，在其旁边，红色受光部R2稍许偏离中心20c而配置。
蓝色受光部B1以及B2稍微不同于绿色受光部G1或红色受光部R1，被配置于稍许偏离受光区域20的中心20c的位置。
各受光部G1，G2，R1，R2，B1以及B2构成RGB受光部。RGB受光部是受光区域20的一部分。
绿色受光部G1以及G2由图1、图2A～图2D以及图3示出的第1光电二极管Di1或者第2光电二极管Di2或者其组合而构成。
红色受光部R1以及R2由图1、图2A～图2D以及图3示出的第2光电二极管Di2构成。
蓝色受光部B1以及B2由图1、图2A～图2D以及图3示出的第1光电二极管Di1构成。
受光部C1构成环境光受光部。受光部C1被配置在离受光区域20的中心20c最远的受光区域20的2个角落。受光部C1对抵达受光区域20的全部波长区域的光进行受光。因此，不使用各受光部G1，G2，R1，R2，B1以及B2中使用的红外截止滤光器CF来覆盖受光部C1。
受光部Ir构成红外光受光部。受光部Ir被配置在离受光区域20的中心20c最远且未配置有受光部C1的2个角落。受光部Ir对抵达受光区域20的红外光进行检测。因此，受光部Ir必然不被红外截止滤光器CF覆盖。
受光部Ir由图1、图2A～图2D以及图3示出的第3光电二极管Di3构成。
在环境光的受光部C1和RGB受光部(G1、G2、R1、R2、B1、B2)的边界、以及受光部Ir和RGB受光部的边界上配置有例如L形的虚设(dummy)区域DU。虚设区域DU为感光区域，在该感光区域中例如配置有双极晶体管等。通过设置虚设区域DU，使红外截止滤光器CF的配置具有预定的余量，使入射到RGB受光部的光和入射到其他受光部的光基本完全分离。
来自芯片的侧面以及端面的不想要的入射光成为问题几乎都是穿透力较大的红外光。可见光等几乎都在芯片边缘被吸收、消灭。从芯片侧面观察时，第3光电二极管Di3的第3pn结J3的耗尽层存在于最靠近芯片端。并且，第3光电二极管Di3适于检测红外线的波长区域的成分检测。这些特征在制作角度依赖性较少的光传感器时很重要。
＜总结＞
以下，针对本说明书中公开的各种发明，使用在“具体实施方式”中所使用的编号、符号进行概述。在理解本发明的要旨的基础上，上述的记述是非常有意义的。但是，在本项中虽然使用了编号、符号，但是并未限定专利请求范围中记载的技术范围。
本发明所涉及的复合光电二极管(Di)具备：分别具有正极以及负极的第1光电二极管(Di1)、第2光电二极管(Di2)、第3光电二极管(Di3)。第1光电二极管(Di1)的负极连接于第1电路连接点(T1)。第1光电二极管的正极与第2光电二极管(Di2)的正极公共连接且连接于第2电路连接点(T2)。第2光电二极管(Di2)的负极与第3光电二极管(Di3)的负极公共连接且连接于第3电路连接点(T3)。第3光电二极管(Di3)的正极连接于第4电路连接点(T4)。第4电路连接点(T4)与基准电位(例如接地电位(GND))接合。
在本发明所涉及的复合光电二极管(Di)中，在第1光电二极管(Di1)、第2光电二极管(Di2)、第3光电二极管(Di3)的各正极、负极间施加大小相同的反向偏压(VR)时，各耗尽层宽度W1、W2以及W3的大小被设定成按照第3光电二极管(Di3)、第2光电二极管(Di2)、第1光电二极管(Di1)的顺序依次变大，即W3＞W2＞W1。
在本发明所涉及的复合光电二极管(Di)中，使用第1光电二极管(Di1)时，在第1电路连接点(T1)施加高于第2电路连接点(T2)的电位的电位、或者相同电位。
在本发明所涉及的复合光电二极管(Di)中，向第1电路连接点(T1)施加高于第2电路连接点(T2)电位的电位或者相同电位时，第3电路连接点(T3)与第2电路连接点(T2)公共连接，第4电路连接点与接地电位(GND)接合。
在本发明所涉及的复合光电二极管(Di)中，使用第2光电二极管(Di2)时，在第3电路连接点(T3)施加高于第2电路连接点(T2)电位的电位、或者相同电位。
在本发明所涉及的复合光电二极管(Di)中，使用第2光电二极管(Di2)时，第1电路连接点与第3电路连接点公共连接。
在本发明所涉及的复合光电二极管(Di)中，使用第2光电二极管(Di2)时，作为与上述不同的电路接线，第1电路连接点(T1)和第2电路连接点(T2)公共连接。
在本发明所涉及的复合光电二极管(Di)中，使用第1光电二极管(Di1)或者第2光电二极管(Di2)时，在第3电路连接点(T3)始终施加高于第4电路连接点(T4)的电位、或者相同电位。
在本发明所涉及的复合光电二极管(Di)中，使用第3光电二极管(Di3)时，在第3电路连接点(T3)施加高于第4电路连接点(T4)电位的电位、或者相同电位。
在本发明所涉及的复合光电二极管(Di)中，在第3电路连接点(T3)施加高于第4电路连接点(T4)电位的电位或者相同电位时，第1电路连接点(T1)与第2电路连接点(T2)公共连接，且将该公共连接点(T1＝T2)与第3电路连接点(T3)公共连接。第4电路连接点(T4)与接地电位(GND)接合。
在本发明所涉及的复合光电二极管中，第1光电二极管(Di1)、第2光电二极管(Di2)、以及第3光电二极管(Di3)使用从p型半导体基板(16)的表面(16s)朝向p型半导体基板的背面(16b)依次形成的第1pn结(J1)、第2pn结(J2)以及第3pn结(J3)构成。第1pn结(J1)被用于第1光电二极管(Di1)。第2pn结(J2)被用于第2光电二极管(Di2)。第3pn结(J3)被用于第3光电二极管(Di3)。
在本发明的其他实施方式的光传感器中，上述任意一个复合光电二极管(Di)被用于受光区域(20)。
在本发明的其他实施方式的光传感器中，第1光电二极管(Di1)被用于光传感器的受光区域(20)之一的绿色(G)受光部或者蓝色(B)受光部。
在本发明的其他实施方式的光传感器中，第2光电二极管(Di2)被用于光传感器的受光区域(20)之一的绿色(G)受光部或者红色(R)受光部。
本发明的其他实施方式的光传感器还具有红外光受光部(Ir)，第3光电二极管(Di3)被用于红外光受光部(Ir)。
在本发明的其他实施方式的光传感器中，在p型半导体基板(16)上通过RGB受光部以及其他受光部的集合体来构成受光区域(20)。构成RGB受光部的绿色受光部(G1，G2)、红色受光部(R1，R2)、蓝色受光部(B1，B2)、以及、构成所述其他受光部的环境光受光部以及红外光受光部在俯视下以受光区域(20)的中心(20c)为对称点，成点对称配置。
在本发明的其他实施方式的光传感器中，绿色受光部(G1，G2)以及红色受光部(R1，R2)被配置成以受光区域(20)的中心(20c)为对称点且最接近中心(20c)。
在本发明的其他实施方式的光传感器中，受光区域(20)在俯视下呈四边形，环境光受光部(C1)以及红外光受光部(Ir)以受光区域(20)的中心(20c)为对称点成点对称配置在四边形的4角。
在本发明的其他实施方式的光传感器中，在环境光受光部(C1)和RGB受光部之间、以及在红外光受光部(Ir)和RGB受光部之间设置有虚设区域(DU)。
根据该发明，能够提供一种除了第3光电二极管，能够阻挡来自芯片侧面的入射光的复合光电二极管以及使用该复合光电二极管的光传感器。
＜产业上的使用可能性＞
本发明通过提供一种以简便的接线结构且不会增加制造工序、不受来自芯片侧面的不想要的入射光的影响的复合光电二极管、以及使用该复合光电二极管的光传感器，因而在产业上具有极高的使用可能性。

Claims (19)

1.一种复合光电二极管，具备：分别具有正极以及负极的第1光电二极管、第2光电二极管以及第3光电二极管，其特征在于，
所述第1光电二极管的负极连接于第1电路连接点，
所述第1光电二极管的正极与所述第2光电二极管的正极公共连接且连接于第2电路连接点，
所述第2光电二极管的负极与所述第3光电二极管的负极公共连接且连接于第3电路连接点，
所述第3光电二极管的正极连接于第4电路连接点。
2.根据权利要求1所述的复合光电二极管，其特征在于，
在所述第1光电二极管、所述第2光电二极管以及所述第3光电二极管的各正极、负极间施加了大小相同的反向偏压时，若将各耗尽层宽度分别设为W1、W2以及W3，则设定成所述第3光电二极管、所述第2光电二极管以及所述第1光电二极管的顺序，其中，W3＞W2＞W1。
3.根据权利要求2所述的复合光电二极管，其特征在于，
在使用所述第1光电二极管时，在所述第1电路连接点施加高于所述第2电路连接点的电位的电位、或者相同电位。
4.根据权利要求3所述的复合光电二极管，其特征在于，
在所述第1电路连接点施加高于所述第2电路连接点的电位的电位或者相同电位时，所述第3电路连接点与所述第2电路连接点公共连接。
5.根据权利要求2所述的复合光电二极管，其特征在于，
在使用所述第2光电二极管时，在所述第3电路连接点施加高于所述第2电路连接点的电位的电位、或者相同电位。
6.根据权利要求5所述的复合光电二极管，其特征在于，
在使用所述第2光电二极管时，所述第1电路连接点和所述第3电路连接点公共连接。
7.根据权利要求5所述的复合光电二极管，其特征在于，
在使用所述第2光电二极管时，所述第1电路连接点和所述第2电路连接点公共连接。
8.根据权利要求1至7中任意一项所述的复合光电二极管，其特征在于，
在使用所述第1光电二极管或者所述第2光电二极管时，始终在所述第3电路连接点施加高于所述第4电路连接点的电位、或者相同电位。
9.根据权利要求2所述的复合光电二极管，其特征在于，
在使用所述第3光电二极管时，在所述第3电路连接点施加高于所述第4电路连接点的电位的电位、或者相同电位。
10.根据权利要求9所述的复合光电二极管，其特征在于，
在所述第3电路连接点施加高于所述第4电路连接点的电位的电位或者相同电位时，所述第1电路连接点与所述第2电路连接点公共连接，将该公共连接点连接于所述第3电路连接点。
11.根据权利要求1-7、9、10中任意一项所述的复合光电二极管，其特征在于，
所述第1光电二极管、第2光电二极管以及第3光电二极管使用从p型半导体基板的表面朝向所述p型半导体基板的背面依次形成的第1pn结、第2pn结以及第3pn结而构成，
所述第1pn结被用于所述第1光电二极管，
所述第2pn结被用于所述第2光电二极管，
所述第3pn结被用于所述第3光电二极管。
12.一种具有RGB受光部的光传感器，其特征在于，
将权利要求1至11中任意一项所述的复合光电二极管用作所述RGB受光部。
13.根据权利要求12所述的光传感器，其特征在于，
所述第1光电二极管被用于所述RGB受光部之一的绿色受光部或者蓝色受光部。
14.根据权利要求12所述的光传感器，其特征在于，
所述第2光电二极管被用于所述RGB受光部之一的绿色受光部或者红色受光部。
15.根据权利要求12所述的光传感器，其特征在于，
所述光传感器还具有红外光受光部，所述第3光电二极管被用于所述红外光受光部。
16.根据权利要求12所述的光传感器，其特征在于，
通过所述RGB受光部以及其他受光部的集合体在所述p型半导体基板上构成受光区域，
构成所述RGB受光部的所述绿色受光部、所述红色受光部、所述蓝色受光部、以及构成所述其他受光部的环境光受光部和红外光受光部以所述受光区域的中心为对称点，在俯视下成点对称配置。
17.根据权利要求16所述的光传感器，其特征在于，
所述绿色受光部以及所述红色受光部被配置成以所述受光区域的中心为对称点且最接近所述中心。
18.根据权利要求16所述的光传感器，其特征在于，
所述受光区域在俯视下呈四边形，所述环境光受光部以及所述红外光受光部以所述受光区域的所述中心为对称点成点对称配置在所述四边形的4角落。
19.根据权利要求16所述的光传感器，其特征在于，
在所述环境光受光部和所述RGB受光部之间、以及在所述红外光受光部和所述RGB受光部之间设置有虚设区域。
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