堆叠光二极管结构及光传感器的制造方法
【专利摘要】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。
【专利说明】堆叠光二极管结构及光传感器
【技术领域】
[0001] 本发明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。
【背景技术】
[0002] 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。
[0003] 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。
【发明内容】
[0004] 本发明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。
[0005] 本发明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。
[0006] 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。
[0007] 本发明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；
[0008] -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；
[0009] -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
[0010] -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。
[0011] 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。
[0012] 综上所述，本发明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。
[0013] 为使能更进一步了解本发明的特征及技术内容，请参阅以下有关本发明的详细说 明与附图，但是此等说明与所附图式仅用来说明本发明，而非对本发明的权利范围作任何 的限制。
【专利附图】
【附图说明】
[0014] 图1是本发明实施例提供的堆叠光二极管结构的剖面图。
[0015] 图2是本发明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。
[0016] 图3是本发明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。 [0017] 图4是本发明实施例提供的光传感器的时序图。
[0018] 图5是本发明另一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。
[0019] 其中，附图标记说明如下：
[0020] 1，21，31:堆叠光二极管结构
[0021] 101:第一导电类型基板
[0022] 102:第二导电类型井区
[0023] 103:第一导电类型井区
[0024] 104:第一表面
[0025] 101a, 103a:重掺杂第一导电类型区域
[0026] 102a:重掺杂第二导电类型区域
[0027] 2,3:光传感器
[0028] 211，212, 311，312, 351，352:光二极管
[0029] II:第一光电流
[0030] 12:第二光电流
[0031] Ig:电流
[0032] 22, 32:第一充电平衡模拟/数字转换器
[0033] 23, 33:第二充电平衡模拟/数字转换器
[0034] 245, 345:控制电路
[0035] 221，321:第一电容
[0036] 231，331:第二电容
[0037] 222, 232, 322, 332:操作放大器
[0038] 223,233,323,333:电流源
[0039] S1，S2:开关
[0040] 241，341:第一多任务器
[0041] 242, 342:第二多任务器
[0042] 243,343:第一比较器
[0043] 244, 344:第二比较器
[0044] V1，V2，V3，V4:电压
[0045] GND:接地
[0046] IC1，IC2:电流
[0047] 35:暗式堆叠光二极管结构
[0048] X' ：暗式阳极端
[0049] X:阳极端
[0050] Y' ：暗式阴极端
[0051] Y:阴极端
【具体实施方式】
[0052] 〔堆叠光二极管结构及光传感器的实施例〕
[0053] 图1是本发明实施例提供的堆叠光二极管结构的剖面图。堆叠光二极管结构1包 括第一导电类型基板101、第二导电类型井区102与第一导电类型井区103。所述第一导电 类型可以是P型（p-type)或N型（n-type)，在此同时第二导电类型是N型或P型。例如： 当第一导电类型是P型且第二导电类型是N型时，第一导电类型基板101是P型基板，第二 导电类型井区102是N型井区（NWell)，且第一导电类型井区103是P型井区（PWell)。同 理，当第一一导电类型是N型且第二导电类型是P型时，第一导电类型基板101是N型基板， 第二导电类型井区102是P型井区，且第一导电类型井区103是N型井区。
[0054] 第一导电类型基板101具有第一表面104与接地端101a(图1中绘示两个接地端 101a)。第二导电类型井区102形成于第一导电类型基板101内且邻近第一表面104。第 一 PN接面J1介于第一导电类型井区103与第二导电类型井区102之间，且产生响应于入 射堆叠光二极管结构1的第一表面104的可见光的自由电子。第一导电类型井区103形成 于第二导电类型井区102内且邻近第一表面104。第二PN接面J2介于第二导电类型井区 102和第一导电类型基板101之间，且产生响应于入射堆叠光二极管结构1的第一表面104 的红外光的自由电子。由第一 PN接面J1产生的自由空穴可以在第一导电类型井区103的 端点103a被收集（图1中绘示两个端点103a)，藉此产生主要响应于可见光频谱的第一光 电流。依据光电效应而由第一 PN接面J1与第二PN接面J2产生的自由电子可以在第二导 电类型井区102的端点102a被收集，藉此产生响应于可见光频谱与红外光频谱的第二光电 流。
[0055] 以第一导电类型是P型，第二导电类型是N型作为例子来说明。接地端101a可以 包括至少一个形成在P型基板101的重掺杂P型区域，且所述重掺杂P型区域邻近P型基 板101的第一表面104。此时，N型井区102的端点102a是阴极端，其可以包括至少一个形 成在N型井区102的重掺杂N型区域，且所述重掺杂N型区域邻近P型基板101的第一表 面104。P型井区103的端点103a是阳极端，其可以包括至少一个形成在P型井区103的 重掺杂P型区域，且所述重掺杂P型区域邻近P型基板101的第一表面104。然而，本发明 并不因此限定，接地端l〇la、端点102a(阴极端）与端点103a(阳极端）可以是任何奥姆接 触端点（ohmic contact terminal),例如金属端点。本领域具有通常知识者可以知道实现 上述端点的方式，不再赘述。
[0056] 请参照图2,图2是本发明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。依据上述的堆叠光二极管结构，两个二极管是垂直的堆叠以产生两个光 电流，其中一个光电流主要响应于可见光，另一个光电流响应于可见光与红外光（尤其主 要是红外光），如图2所示。图2所示的负的光响应度是代表产生的光电流的极性方向相反 (即电流方向相反）。
[0057] 请参照图3,图3是本发明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。所述电路整合于堆叠光二极管结构，以将光电流转换为电压位准，然后转换至数 字编码（digital code)。光传感器2包括堆叠光二极管结构21、第一充电平衡模拟/数字 转换器（analog-to-digital 〇〇1^6竹61^0〇22、第二充电平衡模拟/数字转换器23与控 制电路245。堆叠光二极管结构21可以是图1的堆叠光二极管结构1，其中光二极管211代 表第一导电类型基板101、第二PN接面J2与第二导电类型井区102的组合，光二极管212 代表第二导电类型井区102、第一 PN接面J1与第一导电类型井区103的组合。第一导电类 型基板101的接地端l〇la是连接到接地GND。
[0058] 第一充电平衡模拟/数字转换器22具有第一电容221，且耦接第一导电类型井区 103的阳极端103a(即光二极管212的阳极）。第二充电平衡模拟/数字转换器23具有第 二电容231，且耦接第二导电类型井区102的阴极端102a(即光二极管211的阴极）。控制 电路245耦接第一充电平衡模拟/数字转换器22与第二充电平衡模拟/数字转换器23。
[0059] 第一充电平衡模拟/数字转换器22接收第一光电流11，且转换第一光电流11为 第一电压VI。更详细地说，第一光电流II将第一电容221放电至第一电压VI。第二充电平 衡模拟/数字转换器23接收第二光电流12,且转换第二光电流23为第二电压V2。更详细 地说，第二光电流12将第二电容231充电至第二电压。控制电路245接收第三电压（第一 比较信号）V3与第四电压（第二比较信号）V4,且控制第一充电平衡模拟/数字转换器22 来将第一电压VI由偏压VBIAS去积分（de-integrate)至低于所述偏压VBIAS的第一临界 电压（VBIAS-VTH)，VTH是预设临界电压。然后，控制电路245利用电流源223将第一电容 221积分（充电）直到第一电压VI等于偏压VBIAS，且估计第一电容221响应于第一光电流 II的充电时间T1。控制电路245且控制第二充电平衡模拟/数字转换器23来将第二电压 V2由偏压VBIAS积分（integrate)至大于所述偏压VBIAS的第二临界电压（VBIAS+VTH)， VTH是预设临界电压。然后，控制电路245利用电流源233将第二电容231放电直到第二电 压V2等于偏压VBIAS，且估计第二电容231响应于第二光电流12的充电时间T2。
[0060] 第二光电流12流入光二极管211和光二极管212,代表第二光电流12响应于可见 光和红外光。第一光电流II由光二极管212流出，代表第一光电流II主要响应于可见光。 第一光电流II是第二光电流12的一部分，第二光电流12减去流入光二极管211的接地电 流Ig之后可以得到第一光电流II。
[0061] 具体地，第一充电平衡模拟/数字转换器22更包括操作放大器222、电流源223、 第一多任务器241与第一比较器243。操作放大器222具有反向输入端、非反向输入端与输 出端。非反向输入端接收偏压VBIAS。电流源223耦接操作放大器222的反向输入端，且受 控于控制电路245以提供参考电流IREF来对第一电容221充电。第一电容221耦接于操 作放大器222的反向输入端与输出端之间，以建立反馈路径。第一多任务器241选择性地 提供偏压VBIAS或第一临界电压VBIAS-VTH以作为第一参考信号。第一比较器243比较第 一电压VI与第一参考信号并输出第一比较信号V3。
[0062] 第二充电平衡模拟/数字转换器23更包括操作放大器232、电流源233、第二多任 务器242与第二比较器244。操作放大器232具有反向输入端、非反向输入端与输出端。非 反向输入端接收偏压VBIAS。电流源233耦接操作放大器232的反向输入端，且受控于控 制电路245以提供参考电流IREF来对第二电容231放电。第二电容231耦接于操作放大 器232的反向输入端与输出端之间，以建立反馈路径。第二多任务器242选择性地提供偏 压VBIAS或第二临界电压VBIAS+VTH以作为第二参考信号。第二比较器244比较第二电压 V2与第二参考信号并输出第二比较信号V4。
[0063] 控制电路245可以是数字控制单元。控制电路245接收第一比较信号V3与第二 比较信号V4,且控制第一多任务器241与第二多任务器242,且控制第一充电平衡模拟/数 字转换器22与第二充电平衡模拟/数字转换器23的积分/去积分时间。
[0064] 电流源223的参考电流IREF代表最大的可测得的第二电流12,电流源223的参考 电流IREF的极性方向与（在操作放大器222的反向输入端的）第一光电流II相反。参考 电流IREF可以是多种电流位准，且可以被使用者程序化，藉此为调整光传感器的灵敏度准 位的一部分。电流源233的参考电流IREF代表最大可能的第二光电流12,电流源233的参 考电流IREF的极性方向与（在操作放大器232的反向输入端的）第一光电流12相反。第 二电容231可以被第二光电流12充电，且被电流源233 (具有参考电流IREF)放电，以操作 为充电平衡模拟/数字转换器。同样地，第一电容221可以被第一光电流II放电，且被电 流源223 (具有参考电流IREF)充电，以操作为充电平衡模拟/数字转换器。
[0065] 图4揭示积分输出的波形，包括第一电压VI与第二电压V2的波形。图4也揭示 比较器所输出的波型，包括第一比较信号V3与第二比较信号V4。所使用到的积分器代表操 作放大器222 (或232)所连接的第一电容221 (或第二电容231)所构成的反馈路径。
[0066] 第二电容231被第二光电流12充电，且由偏压VBIAS上升至第二临界电压 VBIAS+VTH，此时比较器的输出（比较信号V4)成为逻辑H(High)。数字的控制电路245检 测此逻辑H，且通过多任务器242将参考电压（即参考信号）由VBIAS+VTH切换为VBIAS。 此动作是确保第二比较器244输出的第二比较信号V4在整个放电周期中可以维持在逻辑 H。此时，电流源233可以被打开（0N)(通过开关S2)，且当第二电容231以电流I2-IREF放 电时（参考图4的放电时间T2)，数字控制电路245的计数器（图4未绘示）开始计数，直 到第二电压V2回到VBIAS。当第二电压V2回到偏压VBIAS时，第二比较器244输出的第二 比较信号V4回到逻辑L(Low)，参考电压切回至VBIAS+VTH，电流源233被关闭（通过开关 S2)，且计数器停止计数。下一次的充电与放电的周期可以再次重复，直到设定的积分时间 为止，其中计数器的计数值正比于第二光电流12。第二比较信号V4的逻辑Η与逻辑L (High 或Low)可以互换，或者改为仅在积分与去积分的过渡阶段（transition phase)时产生脉 冲，只要在参考电流源233导通（0N)时，控制电路245的计数器持续计数即可。
[0067] 由操作放大器222与第一电容221所构成的积分器以及第二比较器243以类似的 程序运作。因为第一光电流II与第二光电流12的极性相反，第一电容221 (的电压VI)可 以开始利用第一光电流II放电，由参考电压VBIAS放电至电压VBIAS-VTH，此时第一比较 器243输出的第一比较信号V3为逻辑H。数字控制电路245感测此逻辑H，且通过第一多 任务器241将参考电压（即参考信号）由VBIAS-VTH切换至VBIAS。此动作是确保第一比 较器243输出的第一比较信号V3在整个放电周期中可以维持在逻辑H。此时，电流源223 可以被打开（ON)(通过开关S1)，且当第一电容221以电流-I1+IREF放电时，数字控制电 路245的计数器（图4未绘示）开始计数，直到第一电压VI回到VBIAS。当第一电压VI回 到偏压VBIAS时，第一比较器243输出的第一比较信号V3回到逻辑L (Low)，参考电压切回 至VBIAS-VTH，电流源233被关闭（OFF)(通过开关S1)，且计数器停止计数。充电与放电的 周期可以再次重复，直到设定的积分时间为止，其中计数器的计数值正比于第一光电流II。 第一比较信号V3的逻辑Η与逻辑L (High或Low)可以互换，或者改为仅在积分与去积分的 过渡阶段（transition phase)时产生脉冲，只要在参考电流源223导通（ON)时，控制电路 245的计数器持续计数即可。
[0068]〔堆叠光二极管结构及光传感器的另一实施例〕
[0069] 如图5所示，图5是本发明另一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。暗式堆叠光二极管结构35被加入于图5中的电路中。光传感器3包括堆 叠光二极管结构31、暗式堆叠光二极管结构35、第一充电平衡模拟/数字转换器32、第二充 电平衡模拟/数字转换器33与控制电路345。堆叠光二极管结构31可以与图1所示的堆 叠光二极管结构1相同，此时光二极管311代表第一导电类型基板101、第二PN接面J2与 第二导电类型井区102的组合，光二极管312代表第二导电类型井区102、第一 PN接面J1 与第一导电类型井区103的组合。
[0070] 第一充电平衡模拟/数字转换器32具有第一电容321，且耦接第一导电类型井区 103的阳极端点103a(即光二极管312的阳极）。第二充电平衡模拟/数字转换器33具有 第二电容331，且耦接第二导电类型井区102的阴极端点102a(即光二极管311的阴极）。 控制电路345耦接第一充电平衡模拟/数字转换器32与第二充电平衡模拟/数字转换器 33。第一充电平衡模拟/数字转换器32、第二充电平衡模拟/数字转换器33与控制电路 345可以分别第一充电平衡模拟/数字转换器22、第二充电平衡模拟/数字转换器23与控 制电路245相同，不再赘述。
[0071] 暗式堆叠光二极管结构35可以被金属盖完全覆盖，以防止所有的光线（包括可见 光与红外光）入射，以便产生与堆叠光二极管结构31相同的暗电流（dark current)，藉此 在不论是高环境温度或低环境温度的情况下皆可达到较好的感测精准度。暗式堆叠光二极 管结构35的暗式阳极端X' f禹接于堆叠光二极管结构31的阳极端X，暗式堆叠光二极管结 构35的暗式阴极端Y'耦接于堆叠光二极管结构31的阴极端Y。
[0072]〔实施例的可能功效〕
[0073] 根据本发明实施例，上述的堆叠光二极管结构及光传感器省略了使用多个平行排 列的光二极管，藉此模拟人眼对于光的反应。如此，可减少光二极管的占用面积的一半，且 免除了传统的光传感器的二极管之间彼此需要匹配的关键需要。
[0074] 以上所述仅为本发明的实施例，其并非用以局限本发明的专利范围。
【权利要求】
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/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 一控制电路，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。
9. 根据权利要求8的光传感器，其特征在于，该第一充电平衡模拟/数字转换器还包 括： 一放大器，具有一反向输入端，一非反向输入端以及一输出端，该非反向输入端接收该 偏压； 一电流源，耦接该放大器的该反向输入端，受控于该控制电路以提供一参考电流来对 该第一电容放电，其中该参考电流是大于该第二光电流； 一第一多任务器，选择性地提供该偏压或该第一临界电压作为一第一参考信号； 一第一比较器，比较该第一电压以及该第一参考信号，且输出一第一比较信号； 其中，该第一电容是f禹接于该放大器的该反向输入端与该输出端之间； 其中，该控制电路接收该第一比较信号且控制该第一充电平衡模拟/数字转换器与该 第二充电平衡模拟/数字转换器的积分/去积分时间。
10. 根据权利要求8的光传感器，其特征在于，该第二充电平衡模拟/数字转换器还包 括： 一放大器，具有一反向输入端，一非反向输入端以及一输出端，该非反向输入端接收该 偏压； 一电流源，耦接该放大器的该反向输入端，受控于该控制电路以提供一参考电流来对 该第二电容充电，其中该参考电流是大于该第二光电流； 一第二多任务器，选择性地提供该偏压或该第二临界电压作为一第二参考信号； 一第二比较器，比较该第二电压以及该第二参考信号，且输出一第二比较信号； 其中，该第二电容是耦接于该放大器的该反向输入端与该输出端之间； 其中，该控制电路接收该第二比较信号且控制该第一充电平衡模拟/数字转换器与该 第二充电平衡模拟/数字转换器的积分/去积分时间。
11. 根据权利要求8的光传感器，其特征在于，该光传感器还包括： 一暗式堆叠光二极管结构，具有与该堆叠光二极管结构相同的结构，且更包括： 一金属盖，覆盖该暗式堆叠光二极管结构，以防止可见光与红外光入射该暗式堆叠光 二极管结构； 其中，该暗式堆叠光二极管结构的一暗式阳极端耦接该堆叠光二极管结构的该阳极 端，该暗式堆叠光二极管结构的一暗式阴极端耦接该堆叠光二极管结构的该阴极端。
12. 根据权利要求8的光传感器，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。
13.根据权利要求8的光传感器，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。
【文档编号】G01J1/46GK104064571SQ201310086187
【公开日】2014年9月24日 申请日期:2013年3月18日 优先权日:2013年3月18日
【发明者】蔡圣义, 刘约翰 申请人:光宝新加坡有限公司