(57)【要約】【課題】信号光を入力できない状態のアバランシェフォトダイオードの電圧と増倍率との関係が評価できるようにする。【解決手段】第１ステップＳ１０１で、アバランシェフォトダイオードに電圧を印加した状態でアバランシェフォトダイオードから出力される電流の直流成分である出力電流および交流成分である雑音電流を、３つ以上の温度条件で各々測定する。次に、第２ステップＳ１０２で、第１ステップで測定した温度条件毎の電圧と出力電流との関係、および電圧と雑音電流との関係を各々求める。【選択図】  図１
2019091836.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
アバランシェフォトダイオードに電圧を印加した状態で前記アバランシェフォトダイオードから出力される電流の直流成分である出力電流および交流成分である雑音電流を、３つ以上の温度条件で各々測定する第１ステップと、
前記第１ステップで測定した温度条件毎の電圧と出力電流との関係、および電圧と雑音電流との関係を各々求める第２ステップと、
前記第２ステップで求めた温度条件毎の電圧と出力電流との関係より、前記アバランシェフォトダイオードにおけるトンネルリーク電流Ｉdt，側面リーク電流Ｉds，増倍率の影響を受けない場合の増倍リーク電流Ｉdm0，および増倍率Ｍと、出力電流Ｉとの関係を示す以下の式（Ａ）のＭＩdm0の値を求める第３ステップと、
前記第２ステップで求めた温度条件毎の電圧と雑音電流との関係より、Ｉdt，Ｉds，およびＭＩdm0と、雑音電流ｉnとの関係を示す以下の式（Ｂ）のＩdm0Ｍ2（ｋＭ＋１−ｋ）の値を求める第４ステップと、
前記第３ステップで決定したＭＩdm0の値を用いた式（Ａ）および前記第３ステップで決定したＩdm0Ｍ2（ｋＭ＋１−ｋ）の値を用いた式（Ｂ）より、Ｍ、Ｉdm0、Ｉdt，Ｉdsを求める第５ステップと、
式（Ａ）および式（Ｂ）より、前記アバランシェフォトダイオードの増倍率と電圧との関係を評価する第６ステップと
を備えることを特徴とするアバランシェフォトダイオードの評価方法。
【数１】
2019091836.tif 000010
【請求項２】
各々の素子径Φが異なる３つ以上のアバランシェフォトダイオードに電圧を印加した状態で前記アバランシェフォトダイオードの各々から出力される電流の直流成分である出力電流および交流成分である雑音電流を、３つ以上の温度条件で各々測定する第１ステップと、
前記第１ステップで測定した温度条件毎の電圧と出力電流との関係、および電圧と雑音電流との関係を素子径毎に各々求める第２ステップと、
前記第２ステップで求めた温度条件毎の電圧と出力電流との関係より、素子径Φが１μｍの前記アバランシェフォトダイオードにおけるトンネルリーク電流Ｉdt1，側面リーク電流Ｉds1，増倍率の影響を受けない場合の増倍リーク電流Ｉdm1，および増倍率Ｍと、出力電流Ｉとの関係を示す以下の式（Ｃ）のＭＩdm1の値を求める第３ステップと、
前記第２ステップで求めた素子径毎の温度条件毎の電圧と雑音電流との関係より、Ｉdt1，Ｉds1，およびＭＩdm1と、雑音電流ｉnとの関係を示す以下の式（Ｄ）のＩdm1Ｍ2（ｋＭ＋１−ｋ）の値を求める第４ステップと、
前記第３ステップで決定したＭＩdm1の値を用いた式（Ｃ）および前記第３ステップで決定したＩdm1Ｍ2（ｋＭ＋１−ｋ）の値を用いた式（Ｄ）より、Ｍ、Ｉdm1、Ｉdt1，Ｉds1を求める第５ステップと、
式（Ｃ）および式（Ｄ）より、前記アバランシェフォトダイオードの増倍率と電圧との関係を評価する第６ステップと
を備えることを特徴とするアバランシェフォトダイオードの評価方法。
【数２】
2019091836.tif 000011
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アバランシェフォトダイオードにおける増倍率と電圧との関係を評価するアバランシェフォトダイオードの評価方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
アバランシェフォトダイオード（ＡＰＤ）は、アバランシェ増幅による信号利得（増倍）を持つため、高感度の受光素子として光通信システムで用いられる。ＡＰＤの増倍率は、印加電圧の上昇に伴って増加する物性パラメータであり、受信感度に影響を与えることから、ＡＰＤの増倍率と電圧の関係を知ることが重要である。
【０００３】
このような半導体装置は、複数の素子を１つの半導体ウエハ上に作製し、この後、素子ごとに切り分けて光レシーバへと実装する。このため、チップに切り出す前に、半導体ウエハ上(オンウエハ)で増倍率の印加電圧依存性を測定することができれば、光レシーバへと実装される前に各素子を一括に評価できるため、スループットの向上と各素子の特性の効率的なスクリーニングが実現できる。
【０００４】
ところで、ＡＰＤへの信号光の入力にあたっては、素子の上面または下面から入力することが多い。この構造は、垂直入射型と呼ばれる。一方、ＡＰＤをより高速高感度に動作させる目的で、素子の側面から信号光を入力する構造も提案されている。この構造は、導波路型と呼ばれている。
【０００５】
ＡＰＤの増倍率と電圧の関係を評価する方法としては、ＡＰＤに信号光を入力し、電流電圧特性を測定する方法が広く知られている。各電圧における光電流を、入力光強度と、増倍の無い場合の受光感度（Ｒｅｓ）で割ることで、ＡＰＤの増倍率を求めることができる。しかしこの方法では、各素子における増倍の無い場合のＲｅｓが既知である必要がある。実際のＡＰＤでは、光入力端における反射防止膜の膜厚や組成の揺らぎ等によって、増倍の無い場合のＲｅｓを正確に知ることは難しい。
【０００６】
また、ＡＰＤの増倍率と電圧の関係を評価するその他の方法として、非特許文献1の方法が報告されている。この方法では、ＡＰＤの増倍率を測定する際にＲｅｓの情報を必要としないため、測定により得られるＲｅｓのばらつきによって、増倍率の評価に誤差が生じることを防ぐことができる。
【０００７】
非特許文献１では、まず、信号光を入力した状態のＡＰＤに直流電圧を印加し、出力電流の直流成分（出力電流；Ｉ）と交流成分（雑音電流；ｉn）を測定する。Ｉと増倍率（Ｍ）には、「Ｉ＝ＭＩ0・・・（１）」で示される関係が成り立つ。
【０００８】
ここで、Ｉ0は増倍が無い場合の出力電流である。また、ｉnとＭには、以下の式（２）の関係が成り立つ。
【０００９】
【数１】
2019091836.tif 000003
【００１０】
式（２）において、ｑは１電子あたりの電荷量、Ｂは測定周波数帯域幅、ｋはイオン化率比である。式（１）、（２）からＭを消去することで、以下の式（３）を得ることができる。
【００１１】
【数２】
2019091836.tif 000004
【００１２】
式（３）の右辺はＩの１次関数で表せることから、Ｉとｉnを測定し、式（３）にフィッティングすることで未知数であるＩ0とｋとを決定することができる。Ｉ0を得ることができれば、式（１）よりＭを求めることができる。
【００１３】
上述したように、様々な電圧におけるＩとｉnを測定することで、各電圧におけるＭを求めることができ、ＡＰＤの電圧と増倍率の関係を得ることができる。
【００１４】
非特許文献１に開示されているＡＰＤの電圧と増倍率の関係の評価方法は、出力電流は全て光入力による電流であり、かつ増倍の影響を受けることを前提としている。しかしながら、実際のＡＰＤでは、光入力の無い場合でも生じる電流（リーク電流）が存在する。リーク電流には、増倍の影響を受ける増倍リーク電流、および増倍の影響を受けないトンネルリーク電流、側面リーク電流がある。
【００１５】
式（１）と式（２）にこれらの電流成分を考慮して表現すると、以下の式（４）、式（５）のようになる（非特許文献２，非特許文献３参照）。
【００１６】
Ｉ＝Ｍ（Ｉp0＋Ｉdm0）＋Ｉdt＋Ｉds・・・（４）
【００１７】
【数３】
2019091836.tif 000005
【００１８】
式（４）、式（５）において、Ｉp0は、増倍がない場合の光電流、Ｉdm0は増倍がない場合（増倍率が１の場合）の増倍リーク電流、Ｉdtはトンネルリーク電流、Ｉdsは側面リーク電流を表す。ＭＩdm0とＩdtは、素子を構成する半導体結晶のバルク領域を流れるリーク電流であり、電圧の増加に伴い増加する。一方で、Ｉdsは素子側面を流れる電流であるが、電圧に対する依存性が小さく、高電圧下でのリーク電流への影響は小さい。このため、ＡＰＤの動作領域である高電圧下におけるリーク電流は、主にＭＩdm0とＩdtである（非特許文献４，非特許文献５参照）。
【００１９】
信号光を入力することを前提とした従来技術では、信号光が入力されている場合のＩと、信号光が入力されていない場合のＩを差し引くことで、ＩとＭの関係からリーク電流の影響を排除することができた。結果、一定のリーク電流が生じていても、ＡＰＤの電圧と増倍率の関係を、正確に評価することができた。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【００２０】
【非特許文献１】W. R. Clark et al., "Determination of Quantum Efficiency in In0.53Ga0.47As-InP-Based APDs", Journal of Lightwave Technology, vol. 32, no. 24, pp. 4780-4784, 2014.
【非特許文献２】Y. Zhao et al., "InGaAs-InP avalanche photodiodes with dark current limited by generation-recombination", Optics Express, vol. 19, no. 9, pp. 8546-8556, 2011.
【非特許文献３】H. KANBE et al., "Dark Current Noise Characteristics and Their Temperature Dependence in Germanium Avalanche Photodiodes", IEEE Journal of Quantum Electronics, vol. QE-17, no. 8, pp. 1534-1539, 1981.
【非特許文献４】M. Nada et al., "Triple-mesa Avalanche Photodiode With Inverted P-Down Structure for Reliability and Stability", Journal of Lightwave Technology, vol. 32, no. 8, pp. 1543-1548, 2014.
【非特許文献５】J. Xie et al., "An InGaAs/AlAsSb Avalanche Photodiode With a Small Temperature Coefficient of Breakdown", IEEE Photonics Journal, vol. 5, no. 4, 6800706, 2013.
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２１】
従来技術では、任意の電圧におけるＩとｉnを、信号光を入力する場合と信号光を入力しない場合でそれぞれ測定することで、ＡＰＤの電圧と増倍率の関係を評価することができた。
【００２２】
しかしながら、素子側面から信号光を入力する構造である導波路ＡＰＤでは、ウエハ状態では信号光を入力しながらＡＰＤの電圧と増倍率の関係を評価することができない。信号光を入力できない場合、非特許文献１のように、リーク電流およびリーク雑音電流を差し引くことができず、Ｍに比例するＩの成分を求めることができない。このため、式（１），式（２）の近似を成立させることができない。
【００２３】
本発明は、以上のような問題点を解消するためになされたものであり、信号光を入力できない状態のアバランシェフォトダイオードの電圧と増倍率との関係が評価できるようにすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２４】
本発明に係るアバランシェフォトダイオードの評価方法は、アバランシェフォトダイオードに電圧を印加した状態でアバランシェフォトダイオードから出力される電流の直流成分である出力電流および交流成分である雑音電流を、３つ以上の温度条件で各々測定する第１ステップと、第１ステップで測定した温度条件毎の電圧と出力電流との関係、および電圧と雑音電流との関係を各々求める第２ステップと、第２ステップで求めた温度条件毎の電圧と出力電流との関係より、アバランシェフォトダイオードにおけるトンネルリーク電流Ｉdt，側面リーク電流Ｉds，増倍率の影響を受けない場合の増倍リーク電流Ｉdm0，および増倍率Ｍと、出力電流Ｉとの関係を示す以下の式（Ａ）のＭＩdm0の値を求める第３ステップと、第２ステップで求めた温度条件毎の電圧と雑音電流との関係より、Ｉdt，Ｉds，およびＭＩdm0と、雑音電流ｉnとの関係を示す以下の式（Ｂ）のＩdm0Ｍ2（ｋＭ＋１−ｋ）の値を求める第４ステップと、第３ステップで決定したＭＩdm0の値を用いた式（Ａ）および第３ステップで決定したＩdm0Ｍ2（ｋＭ＋１−ｋ）の値を用いた式（Ｂ）より、Ｍ、Ｉdm0、Ｉdt，Ｉdsを求める第５ステップと、式（Ａ）および式（Ｂ）より、アバランシェフォトダイオードの増倍率と電圧との関係を評価する第６ステップとを備える。
【００２５】
【数４】
2019091836.tif 000006
【００２６】
また、本発明に係るアバランシェフォトダイオードの評価方法は、各々の素子径Φが異なる３つ以上のアバランシェフォトダイオードに電圧を印加した状態でアバランシェフォトダイオードの各々から出力される電流の直流成分である出力電流および交流成分である雑音電流を、３つ以上の温度条件で各々測定する第１ステップと、第１ステップで測定した温度条件毎の電圧と出力電流との関係、および電圧と雑音電流との関係を素子径毎に各々求める第２ステップと、第２ステップで求めた温度条件毎の電圧と出力電流との関係より、素子径Φが１μｍのアバランシェフォトダイオードにおけるトンネルリーク電流Ｉdt1，側面リーク電流Ｉds1，増倍率の影響を受けない場合の増倍リーク電流Ｉdm1，および増倍率Ｍと、出力電流Ｉとの関係を示す以下の式（Ｃ）のＭＩdm1の値を求める第３ステップと、第２ステップで求めた素子径毎の温度条件毎の電圧と雑音電流との関係より、Ｉdt1，Ｉds1，およびＭＩdm1と、雑音電流ｉnとの関係を示す以下の式（Ｄ）のＩdm1Ｍ2（ｋＭ＋１−ｋ）の値を求める第４ステップと、第３ステップで決定したＭＩdm1の値を用いた式（Ｃ）および第３ステップで決定したＩdm1Ｍ2（ｋＭ＋１−ｋ）の値を用いた式（Ｄ）より、Ｍ、Ｉdm1、Ｉdt1，Ｉds1を求める第５ステップと、式（Ｃ）および式（Ｄ）より、アバランシェフォトダイオードの増倍率と電圧との関係を評価する第６ステップとを備える。
【００２７】
【数５】
2019091836.tif 000007
【発明の効果】
【００２８】
以上説明したことにより、本発明によれば、信号光を入力できない状態のアバランシェフォトダイオードの電圧と増倍率との関係が評価できるという優れた効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】図１は、本発明の実施の形態におけるアバランシェフォトダイオードの評価方法を説明するためのフローチャートである。
【図２】図２は、本発明の実施の形態におけるアバランシェフォトダイオードの評価方法を実施するための評価装置の構成例を示す構成図である。
【図３】図３は、４つの温度（Ｔ1，Ｔ2，Ｔ3，Ｔ4）で測定したＩの電圧依存性についてプロットした特性図である。
【図４】図４は、４つの温度（Ｔ1，Ｔ2，Ｔ3，Ｔ4）で測定したｉn（ｉn2／２ｑＢ）の電圧依存性についてプロットした特性図である。
【図５】図５は、４つの温度（Ｔ1，Ｔ2，Ｔ3，Ｔ4）で測定したＩの電圧依存性についてのプロットにおいて横軸を、各測定温度におけるブレークダウン電圧で規格化した特性図である。
【図６】図６は、４つの温度（Ｔ1，Ｔ2，Ｔ3，Ｔ4）で測定したｉn（ｉn2／２ｑＢ）の電圧依存性についてのプロットにおいて横軸を、各測定温度におけるブレークダウン電圧で規格化した特性図である。
【図７】図７は、図５の中よりＶ／ＶB＝０．９におけるＩの温度依存性について取り出してプロットした結果示す特性図である。
【図８】図８は、図６の中よりＶ／ＶB＝０．９におけるｉn2／２ｑＢの温度依存性について取り出してプロットした結果を示す特性図である。
【図９】図９は、図６においてＴ4におけるＭＩdm0を求めた結果を点線で示す特性図である。
【図１０】図１０は、図７においてＴ4におけるＩdm0Ｍ2（ｋＭ＋１−ｋ）を求めた結果を点線で示す特性図である。
【図１１】図１１は、リーク電流の素子径依存性の概念を示す特性図である。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
以下、本発明の実施の形態について説明する。
【００３１】
［実施の形態１］
はじめに、本発明の実施の形態１におけるアバランシェフォトダイオードの評価方法について、図１を参照して説明する。
【００３２】
まず、第１ステップＳ１０１で、アバランシェフォトダイオードに電圧を印加した状態でアバランシェフォトダイオードから出力される電流の直流成分である出力電流および交流成分である雑音電流を、３つ以上の温度条件で各々測定する。
【００３３】
次に、第２ステップＳ１０２で、第１ステップで測定した温度条件毎の電圧と出力電流との関係、および電圧と雑音電流との関係を各々求める。
【００３４】
次に、第３ステップＳ１０３で、第２ステップで求めた温度条件毎の電圧と出力電流との関係より、アバランシェフォトダイオードにおけるトンネルリーク電流Ｉdt，側面リーク電流Ｉds，増倍率の影響を受けない場合の増倍リーク電流Ｉdm0，および増倍率Ｍと、出力電流Ｉとの関係を示す以下の式（６）のＭＩdm0の値を求める。
【００３５】
Ｉ＝ＭＩdm0＋Ｉdt＋Ｉds・・・（６）
【００３６】
次に、第４ステップＳ１０４で、第２ステップで求めた温度条件毎の電圧と雑音電流との関係より、Ｉdt，Ｉds，およびＭＩdm0と、雑音電流ｉnとの関係を示す以下の式（７）のＩdm0Ｍ2（ｋＭ＋１−ｋ）の値を求める。
【００３７】
【数６】
2019091836.tif 000008
【００３８】
上記式において、Ｉdm0は半導体中で熱励起される少数キャリアに依存する電流であり、ｅｘｐ（−Ｅa／ｋＴ）に比例する。ここで、ｋはボルツマン定数、Ｅaは活性化エネルギーである。また、ＡＰＤの増倍率は低温ほど増加する。また、Ｉdtの温度依存性は、ＡＰＤを構成する半導体材料のバンドギャップの温度変化によって生じるものの、Ｉdm0と比較して小さい。
【００３９】
次に、第５ステップＳ１０５で、第３ステップで決定したＭＩdm0の値を用いた式（６）および第３ステップで決定したＩdm0Ｍ2（ｋＭ＋１−ｋ）の値を用いた式（７）より、Ｍ、Ｉdm0、Ｉdt，Ｉdsを求める。
【００４０】
次に、第６ステップＳ１０６で、各値を求めて決定した式（６）および式（７）より、アバランシェフォトダイオードの増倍率と電圧との関係を評価する。
【００４１】
上述した測定は、例えば、図２に示す評価装置を用いて測定を実施する。この評価装置は、まず、評価素子であるＡＰＤ１０１から出力される直流信号と高周波信号を分離するバイアスティー１０２と、直流信号を検出する電流電圧計１０３と、ＡＰＤ１０１に電圧を印加する直流電源１０４とを備える。また、この評価装置は、高周波信号を検出する高周波検出器１０５と、ＡＰＤ１０１が形成されているウエハを搭載するステージ１０６を備える。ステージ１０６は、温度調節機能を備えている。例えば、高周波検出器１０５は、スペクトラムアナライザーである。この評価装置を用いた測定では、測定系の１／ｆ雑音が測定結果に与える影響および、雑音電流の回路での伝搬損失を抑えるため、測定周波数は１ｋ〜１００ＭＨｚとすればよい。
【００４２】
この評価装置を用い、まず任意の印加電圧において、電流電圧計１０３により、Ｉを測定する。更に、高周波検出器１０５により、雑音電流ｉnを測定する。印加する電圧を変更し、上述同様の測定を繰り返すことで、ある温度での電圧とＩの関係、および電圧とｉnの関係を得ることができる。次に、ステージ１０６の温度条件を変更し、同様の測定を行う。これらを繰り返すことで、複数の温度における電圧とＩの関係および電圧のｉnの関係を得ることができる。
【００４３】
以下、より詳細に説明する。式（４）と式（５）は、ＡＰＤに信号光を入力しない場合には、以下に示す式（６）と式（７）のように表すことができる。従来の方法を用いてＭを求めるためには、ＩとｉnからＭＩdm0およびＩdm0Ｍ2（ｋＭ＋１−ｋ）を分離することが必要である。ＡＰＤの動作領域である高電圧下におけるリーク電流の電流成分は、主にＭＩdm0とＩdtである。このため、Ｉの式とｉnの式において、ＭＩdm0およびＩdm0Ｍ2（ｋＭ＋１−ｋ）をＩdtと分離することで、前述のように任意の電圧においてＭ，Ｉdm0、Ｉdtの各成分を求めることができる。
【００４４】
実施の形態１では、Ｉおよびｉnの温度依存性を測定することにより、式（６），式（７）より、ＭＩdm0およびＩdm0Ｍ2（ｋＭ＋１−ｋ）を分離する。
【００４５】
以下、測定を４つの温度（Ｔ1，Ｔ2，Ｔ3，Ｔ4）で実施した場合を例に説明する。まず、図３，図４に示すように、４つの温度（Ｔ1，Ｔ2，Ｔ3，Ｔ4）で測定したＩおよびｉn（ｉn2／２ｑＢ）の電圧依存性についてプロットする。図４においては、ｉnを、電流の次元を表すｉn2／２ｑＢとしてプロットしている。また、各測定温度におけるブレークダウン電圧は、ＶB1，ＶB2，ＶB3，ＶB4とする。
【００４６】
次に、図５および図６に示すように、図３および図４における横軸を、各測定温度におけるブレークダウン電圧で規格化する。ある規格化印加電圧における増倍率は、測定温度に依らず等しい。
【００４７】
次に、図７に示すように、図５の中よりＶ／ＶB＝０．９におけるＩの温度依存性について取り出してプロットする。この中で、ＭＩdm0の方がＩdtよりも大きくなる十分高温な２点（Ｔ1，Ｔ2）を用い、増倍リーク電流の成分を反映した１／Ｔの指数関数の外挿線を決定する。この外挿線において、温度Ｔ4（例えば２５０Ｋ）における増倍リーク電流の成分ＭＩdm0（図７中の白丸）を求める。
【００４８】
上記の手順を、異なる規格化電圧のＩに対して繰り返すことで、電圧とＭＩdm0の関係を決定する。外挿線を決定する測定温度としては、例えば３５０Ｋ以上の温度で測定すればよい。
【００４９】
次に、図８に示すように、図６の中よりＶ／ＶB＝０．９におけるｉn2／２ｑＢの温度依存性について取り出してプロットする。図７と同様の手順で、十分高温な２点（Ｔ1，Ｔ2）を用いて外挿線を決定し、温度Ｔ4（例えば２５０Ｋ）における増倍雑音電流の成分Ｉdm0Ｍ2（ｋＭ＋１−ｋ）［図８中の○］を求める。
【００５０】
図９，図１０は、図７，図８で説明した手順で求めた、Ｔ4におけるＭＩdm0およびＩdm0Ｍ2（ｋＭ＋１−ｋ）を求めた結果を点線で示す。
【００５１】
以上の手順により、ＩとｉnからＭＩdm0およびＩdm0Ｍ2（ｋＭ＋１−ｋ）を分離することができ、前述のように任意の電圧においてＭ，Ｉdm0、Ｉdtの各成分を求めることができる。この結果、導波路ＡＰＤなどのような、ウエハ状態では信号光が入力できないようなＡＰＤについても増倍率と電圧の関係を評価することができる。実施の形態１では、４つの温度での測定を行う例を示したが、十分高温な２つの温度および、Ｍを求めたい任意の温度、すなわち、少なくとも３つの温度での測定を行えばよい。
【００５２】
［実施の形態２］
以下、本発明の実施の形態２について説明する。実施の形態２では、実施の形態１と同様に図２に示す測定系を用いる。また、実施の形態２と同様に、測定周波数は１ｋ〜１００ＭＨｚとしている。実施の形態２では、素子面積（または周囲長）の異なる２つ以上のＡＰＤを用意し、図１のフローチャートを用いて説明した実施の形態１と同様の方法で電圧とＩの関係、および電圧とｉnの関係を得る。
【００５３】
従って、実施の形態２では、まず、第１ステップで、各々の素子径Φが異なる３つ以上のアバランシェフォトダイオードに電圧を印加した状態でアバランシェフォトダイオードの各々から出力される電流の直流成分である出力電流および交流成分である雑音電流を、３つ以上の温度条件で各々測定する。
【００５４】
次に、第２ステップで、第１ステップで測定した温度条件毎の電圧と出力電流との関係、および電圧と雑音電流との関係を素子径毎に各々求める。
【００５５】
次に、第３ステップで、第２ステップで求めた温度条件毎の電圧と出力電流との関係より、素子径Φが１μｍのアバランシェフォトダイオードにおけるトンネルリーク電流Ｉdt1，側面リーク電流Ｉds1，増倍率の影響を受けない場合の増倍リーク電流Ｉdm1，および増倍率Ｍと、出力電流Ｉとの関係を示す以下の式（８）のＭＩdm1の値を求める。
【００５６】
Ｉ＝ＭＩdm1Φ2＋Ｉdt1Φ2＋Ｉds1Φ・・・（８）
【００５７】
次に、第４ステップで、第２ステップで求めた素子径毎の温度条件毎の電圧と雑音電流との関係より、Ｉdt1，Ｉds1，およびＭＩdm1と、雑音電流ｉnとの関係を示す以下の式（９）のＩdm1Ｍ2（ｋＭ＋１−ｋ）の値を求める。
【００５８】
【数７】
2019091836.tif 000009
【００５９】
なお、前述したように、Φは素子径を表し、ＭＩdm1はΦ＝１μｍの時のＭＩdm0を表す。また、Ｉdt1は、Φ＝１μｍの時のＩdtを表す。また、Ｉds1はΦ＝１μｍの時のＩdsを表す。
【００６０】
次に、第５ステップで、第３ステップで決定したＭＩdm1の値を用いた式（８）および第３ステップで決定したＩdm1Ｍ2（ｋＭ＋１−ｋ）の値を用いた式（９）より、Ｍ、Ｉdm1、Ｉdt1，Ｉds1を求める。この後、第６ステップで、式（８）および式（９）より、アバランシェフォトダイオードの増倍率と電圧との関係を評価する。
【００６１】
以下、実施の形態２について、より詳細に説明する。ＡＰＤのリーク電流には、式（６），式（７）で表されるように、バルク領域を流れる電流（ＭＩdm0，Ｉdt）と素子側面を流れる電流（Ｉds）が存在する。バルク領域を流れるＭＩdm0およびＩdtは、電流量が素子の面積に比例するが、側面を流れるＩdsは電流が素子の周囲長に比例し、円形のＡＰＤにおけるＩとｉnは、前述した式（８），式（９）のように表される。
【００６２】
一般的に、ＡＰＤでは帯域の向上のために小型の素子が用いられる。このような素子では、大型の素子と比較してリーク電流は低減するものの、ＭＩdm0およびＩdtと比べてＩdsが相対的に増加し、高電圧下においてもＩdsのリーク電流への影響を無視できない場合が存在する。また、素子の物理的構造や構成する材料によってはＩdsが大きく、同様にＩdsのリーク電流への影響を無視できない場合が存在する。
【００６３】
このため、実施の形態１の評価方法を用いてより正確に増倍率を求めるためには、Ｉdsを適切に差し引く必要があり、実施の形態２ではその方法を説明する。実施の形態２では、３種類の異なるΦのＡＰＤにおいて評価する例を示す。
【００６４】
図１１は、リーク電流の素子径依存性の概念図を示しており、縦軸はＩ／Φとしている。円形のＡＰＤの場合、バルク領域を流れるリーク電流は素子径の２乗に比例し、側面電流は素子径の１乗に比例するため、図１１の各プロットをΦの１次関数でフィッティングすることができる。ここで、切片の値はＩds1を示すため、Ｉds1を求めることができる。
【００６５】
以上のように求めたＩds1をＩおよびｉn2／２ｑＢから差し引き、実施の形態１と同様の評価を用いてＩとｉnからＭＩdm1およびＩdm1Ｍ2（ｋＭ＋１−ｋ）を分離することで、前述のように任意の電圧においてＭ，Ｉdm1、Ｉdt1の各成分を求めることができる。
【００６６】
この結果、導波路ＡＰＤ等のような、ウエハ状態では信号光が入力できないようなＡＰＤについても増倍率と電圧の関係を評価することができる。
【００６７】
以上に説明したように、本発明によれば、アバランシェフォトダイオードから出力される電流の直流成分である出力電流および交流成分である雑音電流を３つ以上の温度条件で各々測定するようにしたので、信号光を入力できない状態のアバランシェフォトダイオードの電圧と増倍率との関係が評価できるようになる。
【００６８】
なお、本発明は以上に説明した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想内で、当分野において通常の知識を有する者により、多くの変形および組み合わせが実施可能であることは明白である。
【符号の説明】
【００６９】
１０１…ＡＰＤ、１０２…バイアスティー、１０３…電流電圧計、１０４…直流電源、１０５…高周波検出器、１０６…ステージ。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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