JP7331732B2

JP7331732B2 - アバランシェフォトダイオードの評価方法

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Publication number: JP7331732B2
Application number: JP2020029135A
Authority: JP
Inventors: 崇史大月; 栄太郎石村; 晃一井上; 肇佐々木; 薫門岩
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2020-02-25
Filing date: 2020-02-25
Publication date: 2023-08-23
Anticipated expiration: 2040-02-25
Also published as: JP2021135077A

Description

本開示はアバランシェフォトダイオードの評価方法に関する。

入射光の吸収により発生した光電流を増倍するアバランシェフォトダイオードでは、受光面内の増倍率分布が均一であることが重要である。アバランシェフォトダイオード受光面内の増倍率に不均一さが生じ局所的に増倍が顕著なスポットがある場合、雑音発生の原因となり、受信感度の悪化を招く。増倍率の受光面内分布を求める方法としては、特許文献１にあるように、増倍効果のないフォトダイオードを基準に用いる方法がある。増倍率の受光面内分布を求める別の方法として、JOURNAL OF LIGHTWAVE TECHNOLOGY, 3686-3692,VOL. 25, NO. 12, DECEMBER 2007には、逆バイアスを印可したアバランシェフォトダイオードにプローブ光を集光し、受光面内を走査して流れる電流値をモニターする方法が開示されている。

特開２００８‐２４４２８６号公報

上記の方法では、増倍率の受光面内分布を求めるのに長い時間を要する。例えば、プローブ光を走査し、増倍率の受光面内分布データを取得する場合、１つのアバランシェフォトダイオードあたり２０～３０分もの時間を要していた。アバランシェフォトダイオードの増倍率の均一性を別の方法で評価する評価方法が求められていた。

本開示は、上述のような課題を解決するためになされたもので、アバランシェフォトダイオードの増倍率の均一性を評価することができるアバランシェフォトダイオードの評価方法を提供することを目的とする。

本開示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増倍が生じる逆バイアス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発熱画像を赤外線検出器で検出することにより前記アバランシェフォトダイオードの受光部の受光面内における温度分布を測定することと、前記温度分布から前記アバランシェフォトダイオードの受光部の受光面内における増倍率分布を算出することと、を備え、
前記増倍率分布の算出は、前記アバランシェフォトダイオードのうち増倍が発生しない位置である基準点と、増倍が生じる複数の点との温度差を求めることと、前記複数の点における増倍率を、前記温度差に比例した値とすることと、を備えたことを特徴とする。

本開示のその他の特徴は以下に明らかにする。

本開示によれば、アバランシェフォトダイオードの温度分布から増倍率分布を求めるので、アバランシェフォトダイオードの増倍率の不均一さを評価することができる。

実施の形態１に係るＡＰＤの評価方法のフローチャートである。図２Ａ、図２ＢはＡＰＤの温度分布の例を示す図である。評価対象とするＡＰＤの構造例を示す断面図である。実施の形態２に係るＡＰＤの評価方法のフローチャートである。実際に評価した増倍率分布が不均一なＡＰＤの発熱量分布を示す図である。実施の形態３に係るＡＰＤの評価方法のフローチャートである。図７Ａ、図７Ｂは、実施の形態３に係るＡＰＤの評価方法の適用例を示す図である。一般的なＡＰＤのＩ－Ｖ特性及び増倍率特性を示す図である。実施の形態４に係る評価系の例を示す図である。暗電流の面内分布が不均一なＡＰＤにおける発熱分布の例を示す図である。実施の形態５に係るＡＰＤの評価方法のフローチャートである。

実施の形態に係るアバランシェフォトダイオード（以下ＡＰＤということがある）の評価方法について図面を参照して説明する。同じ又は対応する構成要素には同じ符号を付し、説明の繰り返しを省略する場合がある。

実施の形態１．
図１は、実施の形態１に係るＡＰＤの評価方法のフローチャートである。まずステップＳ１にて、測定対象となるＡＰＤの暗電流を暗状態で測定し、降伏電圧を測定する。

次いで、ステップＳ２に処理を進める。ステップＳ２では、ステップＳ１で測定した降伏電圧から、ＡＰＤに印加する逆バイアス電圧を決定する。一例によれば、この逆バイアス電圧は、ＡＰＤの暗状態での降伏電圧の３０％以上の電圧である。別の例によれば、この逆バイアス電圧は、ＡＰＤの暗状態での降伏電圧の９０％以上の電圧である。この逆バイアス電圧はステップＳ１で測定した降伏電圧より小さくすることができる。

次いで、ステップＳ３に処理を進める。ステップＳ３では、ＡＰＤにステップＳ２で決定した逆バイアス電圧を印加させることで、電流を生じさせる。次いで、ステップＳ４では、ＡＰＤの温度分布を測定する。一例によれば、ステップＳ３、Ｓ４の測定は暗状態で行うことができる。この場合、暗電流によって発熱したＡＰＤの温度分布を測定する。

ステップＳ３、Ｓ４の処理は、例えば、特開2015-34817号公報に記載されたロックイン発熱解析装置を用いて、当該文献に記載された方法で行うことができる。すなわち、ロックイン制御ユニットの信号を受けたパルス発生ユニットが、ステージを通してＡＰＤにパルス状の逆バイアス電圧を印加する。このとき、ＡＰＤを接地電位に接続することができる。一例によれば、パルス状の逆バイアス電圧が連続的に印加されるパルス発生期間と、パルスが発生しない休止期間が周期的に繰り返される。そして、赤外線検出器でＡＰＤの発熱画像を検出する。ＡＰＤの温度を検出する赤外線検出器の検出信号の中から逆バイアス電圧のパルスに同期した信号を抽出することができる。逆バイアス電圧のパルスに同期した信号のみ抽出することは、実質的に当該パルスによる発熱だけを検出することを可能とする。こうして抽出された検出信号がＡＰＤの温度分布として取得される。

このように、特開2015-34817号公報に記載されたロックイン解析が可能な赤外線発熱解析装置に分析対象となるＡＰＤを投入し、逆バイアス電圧を印加し、暗電流を生じさせ、暗電流による発熱の分布を、ＡＰＤの温度分布とし得る。別の例によれば、別の方法によって、ＡＰＤの温度分布を取得することができる。

次いで、ステップＳ５に処理を進める。ステップＳ５では、ＡＰＤの温度分布を参照して、アバランシェフォトダイオードのうち増倍が発生しない位置である基準点を決定する。基準点は発熱のない位置とすることができる。

次いで、ステップＳ６に処理を進める。ステップＳ６では、基準点と、増倍が生じる複数の点との温度差を求める。例えば、ＡＰＤの受光面をカバーする複数の点における、基準点との温度差を求める。この温度差は、発熱量に対応するものである。つまり、温度差が大きいほど発熱量が大きい。この温度差は増倍率に比例するので、複数の点における増倍率を、温度差に比例した値とすることができる。つまり、前述の温度差からＡＰＤの増倍率の分布を求めることができる。

ＡＰＤの増倍率の面内分布が不均一な場合、増倍率が周囲に比べて高い箇所では発熱が大きくなる。ＡＰＤの温度分布を受光面上にマッピングすることで、増倍率の受光面内分布を評価することができる。図２は、上述の方法によって実際に得られたＡＰＤの温度分布の例である。図２Ａは、増倍が略均一なＡＰＤの温度分布を示す。図２Ｂは、増倍が不均一なＡＰＤの温度分布を示す。一例によれば、ステップＳ３においてＡＰＤに印加する逆バイアス電圧を、暗状態での降伏電圧の３０％以上の電圧としたり、暗状態での降伏電圧の９０％以上の電圧としたりすることで、ＡＰＤの発熱を促進し得る。この「降伏電圧の３０％以上の電圧」は増倍率を１倍以上とすることを意図するものである。逆バイアス電圧を暗状態での降伏電圧の９０％以上の電圧とすることで、増倍率が１０程度となり、十分なダイナミックレンジを持たせることができる。

このように実施の形態１に係るＡＰＤの評価方法は、ＡＰＤに増倍が生じる逆バイアス電圧を印加した状態でＡＰＤの温度分布を測定することと、当該温度分布からＡＰＤの増倍率分布を算出することとを備える。ＡＰＤの発熱のみによって素子面内の増倍率分布を評価することは、評価の迅速化に好適である。また、上述の評価方法を、スループット向上のため低分解能かつ短時間の評価を実施する検査工程に応用することで、増倍率が不均一となる箇所を特定することができる。更に、上述の評価を暗状態で行うことは、外部光源による寄与を最小限に抑えることを可能とする。

図３は、評価対象とするＡＰＤ１０の構造例を示す断面図である。ＩｎＰを材料とする基板１７は、赤外領域に対して光透過性を有する半導体基板である。この基板１７の上に、光電子増倍効果を持つ増倍層１５が例えばＡｌＩｎＡｓで形成されている。増倍層１５の上には、波長約１．３μmの赤外光を吸収する吸収層１４が例えばＩｎＧａＡｓで形成されている。吸収層１４の上に、赤外領域に対して光透過性を持つ窓層１３が例えばＩｎＰで形成されている。窓層１３の上に、保護膜１２を介してアノード電極１１が設けられている。カソード電極１８は基板１７の裏面に設けられている。増倍層１５の一部は発熱領域１６である。図１のステップＳ３、Ｓ４で得られるＡＰＤの温度分布には、増倍層１５における増倍率の面内分布が反映される。

実施の形態２．
実施の形態２に係るＡＰＤの評価方法は、取得された温度分布を増倍率の相対値として評価する手法に関する。例えば、実施の形態１で示されたＡＰＤの温度分布から増倍率分布を取得する分析において、測定対象となるＡＰＤの温度分布から相対的な増倍率分布を取得する手法に関する。

図４は、実施の形態２に係るＡＰＤの評価方法のフローチャートである。まず、ステップＳ１１にて、ＡＰＤのチップ外観画像を取得する。次いで、ステップＳ１２にて、当該外観画像の表面において、表面メッキ及びワイヤ実装などがなく、受光部周辺の増倍が生じない位置を、基準点と定める。つまり、基準点は、外観画像において表面メッキ及びワイヤがない受光部周辺の位置とする。

次いで、ステップＳ１３に処理を進める。ステップＳ１３では、増倍が生じるのに十分な逆バイアス電圧をＡＰＤに印加して、ＡＰＤ内の温度分布を取得する。この温度分布は、実施の形態１で説明した方法で取得することができる。この時、一例によれば、ＡＰＤには暗状態での降伏電圧の３０％以上の逆バイアス電圧を印加する。別の例によれば、暗状態での降伏電圧の９０％程度の逆バイアス電圧を印加することで、増倍率を１０程度とし、十分なダイナミックレンジを持たせることができる。

次いで、ステップＳ１４に処理を進める。ステップＳ１４では、ステップＳ１３で得られたＡＰＤの温度分布における、基準点の温度Ｔｏを決定する。

次いで、ステップＳ１５に処理を進める。ステップＳ１５では、ＡＰＤの受光面全体の温度分布Ｔｘを取得する。この処理は、例えばステップＳ１３の結果得られたデータの取得によって完了する。

次いで、ステップＳ１６に処理を進める。ステップＳ１６では、受光面全体の温度分布Ｔｘと基準点の温度Ｔｏの差分から、温度差ΔＴを算出する。

次いで、ステップＳ１７に処理を進める。ステップＳ１７では、温度差ΔＴをもとにして相対増倍率ΔＭの分布を算出する。
ＡＰＤの各測定点での単位時間当たりの温度上昇は次式で表される。
ΔＭ・Ｉ_ｄΦ・Ｖ_１・Ｒ_ｔｈ＝ΔＴ …式１
ここで、Ｉ_ｄΦは測定点を流れる増倍前の暗電流、Ｖ_１はＡＰＤに印加される逆バイアス電圧、Ｒ_ｔｈは測定点の熱抵抗である。測定点によらずＩ_ｄΦ、Ｒ_ｔｈが一定であると仮定すると、Ｖ_１を単一条件にして測定すればΔＭ∝ΔＴとなる。したがって、発熱量ΔＴから、相対増倍率ΔＭを算出することができる。ΔＭを用いて、ＡＰＤのチップ間評価をしたり、面内分布評価を実施したりすることができる。

図５は、実際に評価した増倍率分布が不均一なＡＰＤの発熱量分布である。図５における基準点（１）は、受光部周辺の構造上増倍が生じない箇所にある。受光面（２）の一部の増倍率が大きいことで、受光面（２）の一部の温度が高温になっている。

実施の形態２では、ＡＰＤの増倍率が発熱量に比例する特性を利用して、ＡＰＤ内の増倍が生じない箇所と受光部との温度差から、ＡＰＤの相対増倍率を算出する。この評価方法によれば、１つのＡＰＤチップに対しロックイン解析が可能な赤外線発熱解析を実施すればよいので、複数チップを用いる周知の評価方法よりも短時間で増倍率の面内分布を評価できる。

実施の形態３．
実施の形態３に係るＡＰＤの評価方法は、絶対値で表現されたＡＰＤの増倍率分布を求めるものである。

図６は、実施の形態３に係るＡＰＤの評価方法を示すフローチャートである。この評価方法では、同機種の第１ＡＰＤと第２ＡＰＤの測定を通じて、第２ＡＰＤについて、絶対値で表現された増倍率分布を求める。第１ＡＰＤは基準ＡＰＤと称し、第２ＡＰＤは測定対象ＡＰＤと称することがある。

まず、ステップＡ－Ｃによって、第１ＡＰＤの複数の点において、単位電流当たりの温度上昇率である第１温度上昇率と、増倍率とを取得し、増倍率を、第１温度上昇率で除算した校正係数を算出する。ステップＡ－Ｃの例を以下に説明する。

ステップＡでは、基準ＡＰＤについて、実施の形態２で説明した方法で発熱量と電流量を求め、単位電流当たりの温度上昇率である第１温度上昇率（ΔT/I）を算出する。電流は暗電流とし得る。例えば以下の処理が行われる。
・基準ＡＰＤに増倍が生じる逆バイアス電圧を印加した状態で得られる電流である第１電流の測定。
・基準ＡＰＤに同逆バイアス電圧を印加しつつ、無バイアス電圧状態に対する温度上昇量である第１温度上昇量を測定。
・第１電流と、第１温度上昇量から、第１温度上昇率を算出すること。

ステップＢでは、基準ＡＰＤについて増倍率を測定する。例えば、基準ＡＰＤに同逆バイアス電圧を印加しつつ、基準ＡＰＤに基準光を入射させて、基準ＡＰＤの増倍率を測定する。一例によれば、JOURNAL OF LIGHTWAVE TECHNOLOGY, 3686-3692,VOL. 25, NO. 12, DECEMBER 2007に記載されたプローブ光走査を行い、光電流と暗電流の比率から、増倍率の絶対値の面内分布Ｍのデータを取得する。

ステップＣでは、増倍率の面内分布Ｍを、第１温度上昇率ΔＴ／Ｉで除算し、校正係数ＭＩ／ΔＴを求める。

ステップＤによって、測定対象ＡＰＤのうち、前述の複数の点に対応する位置において、単位電流当たりの温度上昇率である第２温度上昇率を取得する。ステップＤの例を以下に説明する。

ステップＤでは、測定対象ＡＰＤについて発熱解析を実施し基準ＡＰＤと同様に単位電流当たりの温度上昇率（ΔT/I）を求める。電流は暗電流とし得る。例えば以下の処理が行われる。
・測定対象ＡＰＤに前述の逆バイアス電圧を印加した状態で得られる電流である第２電流の測定。
・暗状態で測定対象ＡＰＤに同逆バイアス電圧を印加しつつ、無バイアス電圧状態に対する温度上昇量である第２温度上昇量を測定すること。
・第２電流と、第２温度上昇量から、第２温度上昇率を算出すること。

ステップＥでは、第２温度上昇率と校正係数の積を求める。この積は、絶対値で表現された増倍率分布である。

ここで、基準ＡＰＤの増倍率絶対値をＭ_１、暗電流をＩ_ｄ１、発熱量をΔＴ_１とし、測定対象ＡＰＤの増倍率絶対値をＭ_２、暗電流をＩ_ｄ２、発熱量をΔＴ_２として、上述の式１に代入すると、以下の式２、３が得られる。
Ｍ_１・Ｉ_ｄ１・Ｖ_１・Ｒ_ｔｈ＝ΔＴ_１ …式２
Ｍ_２・Ｉ_ｄ２・Ｖ_１・Ｒ_ｔｈ＝ΔＴ_２ …式３

この時、Ｖ_１とＲ_ｔｈは、同一機種を同一条件で測定するときは定数となる。したがって式２、３を変形すると以下の式４が得られる。

また、Ｍ_１は、例えばJOURNAL OF LIGHTWAVE TECHNOLOGY, 3686-3692,VOL. 25, NO. 12, DECEMBER 2007に示された手法によって受光面上の各点ごとに既知のものである。したがって、式４の左辺も測定対象ＡＰＤ上の各点で定数となる。したがって式４は以下の式５に変形できる。

以上より基準ＡＰＤで校正係数MI/ΔTを算出すれば、測定対象ＡＰＤの増倍率分布は、校正係数と第２温度上昇率との積で算出できる。

図７は実施の形態３に係るＡＰＤの評価方法の適用例を示す図である。図７Ａは測定対象ＡＰＤの受光面の温度分布の例を示す図である。同図中、左上の図を拡大して右下に示した。図７Ａの受光面上の線に沿って複数の点で発熱量を取得し、第２温度上昇率を算出する。図７Ｂは、図７Ａの線に沿った位置で得られた発熱量と増倍率の分布を示す図である。基準ＡＰＤと測定対象ＡＰＤに逆バイアス電圧を印加する際は、暗状態で増倍率が１倍以上になるように降伏電圧の３０％以上の逆バイアス電圧を印加したり、降伏電圧の９０％程度の逆バイアス電圧を印加したりすることができる。

絶対値で表現された増倍率分布は、測定対象ＡＰＤの複数の点について求めることができる。複数の点は線状に設定し得る。別の例によれば、受光面の全体をカバーするように複数の点を設定し得る。温度上昇量の測定は、前述したロックイン発熱解析によってなし得る。一例によれば、前述の第１電流、第１温度上昇量、第２電流、第２温度上昇量は、暗状態で測定する。

このように、基準ＡＰＤに対してプローブ光走査を行い増倍率を求めることで、相対値評価を絶対値評価に変換することができる。

実施の形態４．
実施の形態４に係るアバランシェフォトダイオードの評価方法は、実施の形態１－３のいずれかに記載された評価方法におけるロックイン発熱解析を行う際に、ＡＰＤの受光面に均一な光を照射するものである。一例によれば、実施の形態１、２に記載の温度分布の測定では、ＡＰＤの受光面に均一な光を入射させることができる。別の例によれば、実施の形態３に記載の第１電流と第１温度上昇量の測定において第１ＡＰＤの受光面に均一な光を入射させ、第２電流と第２温度上昇量の測定において第２ＡＰＤの受光面に均一な光を入射させる。受光面への均一な光の入射は、ＡＰＤの電流量と発熱量を増大させる。したがって、例えば、暗電流量とそれに伴う発熱量が微小なＡＰＤにおいても上述の増倍率の評価が可能となる。

図８は一般的なＡＰＤのＩ－Ｖ特性及び増倍率特性の例を示す図である。ＡＰＤに暗状態で逆バイアス電圧を印加すると、図８に示すとおり暗電流が発生する。受光面に励起光を照射することで、増倍率特性に応じて例えば図８に示される光電流が発生する。数式によって表すと、式１における暗電流Ｉ_ｄΦが光電流Ｉ_ｐｈとの和に変換されるので、この時の発熱量ΔＴと相対増倍率ΔＭは以下の式６で表される。
ΔＭ・（Ｉ_ｐｈ＋Ｉ_ｄΦ）・Ｖ_１・Ｒ_ｔｈ＝ΔＴ …式６

この式６から、Ｉ_ｐｈを増大させることで、ΔＭ、Ｖ_１が一定であってもΔＴが増大することが分かる。

図９は、実施の形態４に係る評価系の例を示す図である。均一光源付きロックイン発熱解析装置２０から、ＡＰＤ受光面に対して均一な光２２を照射した状態で、ＡＰＤに増倍率が１倍以上になる逆バイアス電圧を印加する。仮にＡＰＤの増倍率の面内分布が不均一な場合、光電流とそれによる素子発熱分布が不均一になるので、局所的に発熱量の大きい箇所２４が発生する。この発熱箇所をロックイン発熱解析によって素子受光面上にマッピングすることで発熱による増倍率面内分布を評価する。この時、ＡＰＤに印加する逆バイアス電圧は、降伏電圧の３０％以上の電圧としたり、降伏電圧の９０％程度の電圧としたりすることができる。ＡＰＤに照射する均一光の波長は、例えば、ロックイン発熱解析装置２０の波長帯である３μmから５μmの帯域以外であり、かつＡＰＤの波長帯域程度にする。

暗電流量が少なく実施の形態１－３で示した評価方法が応用できないＡＰＤについて、実施の形態４に示した励起光を用いる方法を適用すると光電流による発熱量が増大するので、増倍率の評価が可能となる。ＡＰＤの受光面に均一な光を入射させ、ＡＰＤの上面又は下面から温度分布を測定することができる。

実施の形態５．
実施の形態５に係るアバランシェフォトダイオードの評価方法は、実施の形態１－３に示された評価方法において、異なる逆バイアス電圧を印加して、測定結果の比を取ることで、相対増倍率面内分布を評価する手法に関する。

図１０は、暗電流の面内分布が不均一なＡＰＤにおける発熱分布の例を示す図である。暗状態でＡＰＤに増倍が生じない程度の逆バイアス電圧を印加した場合、暗電流分布が不均一であれば、(Ａ)のように発熱量に面内不均一さが生じる。増倍が生じない程度の逆バイアス電圧は、例えばＡＰＤの降伏電圧の３０％未満の電圧である。

次に、この素子に対して暗状態で増倍が生じるのに十分な逆バイアス電圧を印加しながら発熱分布を取得すると、(Ａ)の発熱量が増倍率に応じて増大する。（Ｂ）は増倍された発熱分布の例である。増倍が生じるのに十分な逆バイアス電圧の例は、ＡＰＤの降伏電圧の３０％以上の電圧である。発熱量の比(Ｃ)を取得することで、相対的な増倍率分布を取得することができる。

図１１は、実施の形態５の評価方法の一例を示すフローチャートである。まず、ステップＳ２１にて、ＡＰＤチップの外観画像を取得する。次いで、ステップＳ２２にてＡＰＤに降伏電圧の３０％未満の逆バイアス電圧を印加し、ステップＳ２３にて受光面内の発熱分布を取得する。

次いで、ステップＳ２４にて、ＡＰＤに降伏電圧の３０％以上の逆バイアス電圧を印加し、ステップＳ２５にて受光面内の発熱分布を取得する。

次いで、ステップＳ２６では、ステップＳ２３とＳ２５で取得された温度分布、暗電流、印加バイアスの比を受光面内で計算することで、受光面内増倍率分布の相対値を取得する。数式で表すと、増倍が生じる程度の逆バイアス電圧条件での相対増倍率、暗電流、バイアス電圧と発熱量をΔＭ、Ｉ、Ｖ、ΔＴ、増倍が生じない程度の逆バイアス電圧条件での相対増倍率、暗電流、バイアス電圧と発熱量をΔＭ´、Ｉ´、Ｖ´、ΔＴ´とすると、式１より、以下の式７、８が得られる。
ΔＭ・Ｉ・Ｖ・Ｒ_ｔｈ＝ΔＴ …式７
ΔＭ´・Ｉ´・Ｖ´・Ｒ_ｔｈ＝ΔＴ´ …式８

これらの辺々を除算すると、同一素子であるのでＲ_ｔｈは同一となり、以下の式９が得られる。

降伏電圧の３０％程度のリーチスルー電圧付近のバイアス条件では、ΔＭ´＝１と置くことが出来るので、式９は以下の式１０となる。

したがって、温度分布、暗電流、印加バイアスの比を取得することで、暗電流分布が不均一な素子の相対増倍率を評価できる。

この評価方法は以下の処理を含む。
・ＡＰＤに、増倍が生じない逆バイアス電圧である第１逆バイアス電圧を印加した状態で、暗状態のＡＰＤチップの第１温度分布、第１暗電流量及び第１印加バイアスを測定すること。
・当該ＡＰＤに、増倍が生じる逆バイアス電圧である第２逆バイアス電圧を印加した状態で、暗状態のＡＰＤの第２温度分布、第２暗電流量及び第２印加バイアスを測定すること。
・第２温度分布を第１温度分布で除算した値と、第１暗電流量と第１印加バイアスの積を第２暗電流量と第２印加バイアスの積で除算した値と、の積求めること。
前述のとおり、第１逆バイアス電圧は、ＡＰＤの降伏電圧の３０％未満とすることができる。また、第２逆バイアス電圧は、ＡＰＤの降伏電圧の３０％以上とすることができる。

このような評価方法によれば、温度分布の発生原因が暗電流分布か増倍率分布かの切り分けが可能となり、暗電流分布の不均一さが許容されるレベルのＡＰＤの評価も可能となる。例えば、逆バイアス電圧印加時の温度分布が不均一なＡＰＤについて、その原因が結晶欠陥等による暗電流分布によるものか否かの判断が可能となる。

１０ＡＰＤ、１５増倍層、２０ロックイン発熱解析装置、２２均一な光

Claims

アバランシェフォトダイオードに増倍が生じる逆バイアス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発熱画像を赤外線検出器で検出することにより前記アバランシェフォトダイオードの受光部の受光面内における温度分布を測定することと、
前記温度分布から前記アバランシェフォトダイオードの受光部の受光面内における増倍率分布を算出することと、を備え、
前記増倍率分布の算出は、
前記アバランシェフォトダイオードのうち増倍が発生しない位置である基準点と、増倍が生じる複数の点との温度差を求めることと、
前記複数の点における増倍率を、前記温度差に比例した値とすることと、を備えたアバランシェフォトダイオードの評価方法。
前記基準点は、前記アバランシェフォトダイオードの外観画像を取得して、前記外観画像において表面メッキ及びワイヤがなく受光部周辺の位置とする請求項１に記載のアバランシェフォトダイオードの評価方法。
前記逆バイアス電圧は前記アバランシェフォトダイオードの暗状態での降伏電圧の３０％以上かつ前記降伏電圧より小さい電圧としたことを特徴とする請求項１又は２に記載のアバランシェフォトダイオードの評価方法。
前記逆バイアス電圧は前記アバランシェフォトダイオードの暗状態での降伏電圧の９０％以上かつ前記降伏電圧より小さい電圧としたことを特徴とする請求項１又は２に記載のアバランシェフォトダイオードの評価方法。
前記逆バイアス電圧はパルス状に印加することを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載のアバランシェフォトダイオードの評価方法。
前記温度分布の測定では、前記アバランシェフォトダイオードの温度を検出する前記赤外線検出器の検出信号の中から前記逆バイアス電圧のパルスに同期した信号を利用する請求項５に記載のアバランシェフォトダイオードの評価方法。
前記温度分布の測定では、前記アバランシェフォトダイオードの受光面に均一な光を入射させる請求項１から６のいずれか１項に記載のアバランシェフォトダイオードの評価方法。
第１アバランシェフォトダイオードの発熱画像を赤外線検出器で検出することにより、前記第１アバランシェフォトダイオードの増倍が生じる３つ以上の点において、前記第１アバランシェフォトダイオードに暗電流として流れる電流についての単位電流当たりの温度上昇率である第１温度上昇率を取得し、前記第１アバランシェフォトダイオードに増倍が生じる逆バイアス電圧を印加した状態で前記第１アバランシェフォトダイオードに暗電流として流れる第１電流を測定し、前記逆バイアス電圧を印加しつつ前記第１アバランシェフォトダイオードに基準光を入射させて前記第１アバランシェフォトダイオードに流れる光電流を測定し、前記光電流と前記第１電流の比率から増倍率を取得し、前記増倍率を、前記第１温度上昇率で除算した校正係数を算出することと、
前記第１アバランシェフォトダイオードと同機種の第２アバランシェフォトダイオードの発熱画像を赤外線検出器で検出することにより、前記第２アバランシェフォトダイオードのうち、前記３つ以上の点に対応する位置において、前記第２アバランシェフォトダイオードに暗電流として流れる電流についての単位電流当たりの温度上昇率である第２温度上昇率を取得することと、
前記第２温度上昇率と前記校正係数の積を求めることにより前記第２アバランシェフォトダイオードの受光部の受光面内における増倍率分布を求めることと、を備えたアバランシェフォトダイオードの評価方法。
前記校正係数の算出は、
前記第１アバランシェフォトダイオードに前記逆バイアス電圧を印加しつつ、無バイアス電圧状態に対する第１温度上昇量を、前記第１アバランシェフォトダイオードの発熱画像を赤外線検出器で検出することにより測定することと、
前記第１電流と、前記第１温度上昇量から、前記第１温度上昇率を求めることと、を含み、
前記第２温度上昇率の算出は、
前記第２アバランシェフォトダイオードに前記逆バイアス電圧を印加した状態で前記第２アバランシェフォトダイオードに暗電流として流れる第２電流を測定することと、
暗状態で前記第２アバランシェフォトダイオードに前記逆バイアス電圧を印加しつつ、無バイアス電圧状態に対する第２温度上昇量を、前記第２アバランシェフォトダイオードの発熱画像を赤外線検出器で検出することにより測定することと、
前記第２電流と、前記第２温度上昇量から、前記第２温度上昇率を求めることと、を含む、請求項８に記載のアバランシェフォトダイオードの評価方法。
前記３つ以上の点は直線状に設定された請求項８又は９に記載のアバランシェフォトダイオードの評価方法。
前記逆バイアス電圧は降伏電圧の３０％以上かつ前記降伏電圧より小さい電圧である請求項９に記載のアバランシェフォトダイオードの評価方法。
前記第１電流と、前記第１温度上昇量と、前記第２電流と、前記第２温度上昇量は、暗状態で測定した請求項９に記載のアバランシェフォトダイオードの評価方法。
第１アバランシェフォトダイオードの発熱画像を赤外線検出器で検出することにより、前記第１アバランシェフォトダイオードの増倍が生じる３つ以上の点において、前記第１アバランシェフォトダイオードに流れる電流についての単位電流当たりの温度上昇率である第１温度上昇率を取得し、前記第１アバランシェフォトダイオードに増倍が生じる逆バイアス電圧を印加した状態で前記第１アバランシェフォトダイオードに流れる第１電流を測定し、前記逆バイアス電圧を印加しつつ前記第１アバランシェフォトダイオードに基準光を入射させて前記第１アバランシェフォトダイオードに流れる光電流を測定し、前記光電流と前記第１電流の比率から増倍率を取得し、前記増倍率を、前記第１温度上昇率で除算した校正係数を算出することと、
前記第１アバランシェフォトダイオードと同機種の第２アバランシェフォトダイオードの発熱画像を赤外線検出器で検出することにより、前記第２アバランシェフォトダイオードのうち、前記３つ以上の点に対応する位置において、前記第２アバランシェフォトダイオードに流れる電流についての単位電流当たりの温度上昇率である第２温度上昇率を取得することと、
前記第２温度上昇率と前記校正係数の積を求めることにより前記第２アバランシェフォトダイオードの受光部の受光面内における増倍率分布を求めることと、を備え、
前記校正係数の算出は、
前記第１アバランシェフォトダイオードに前記逆バイアス電圧を印加しつつ、無バイアス電圧状態に対する第１温度上昇量を、前記第１アバランシェフォトダイオードの発熱画像を赤外線検出器で検出することにより測定することと、
前記第１電流と、前記第１温度上昇量から、前記第１温度上昇率を求めることと、を含み、
前記第２温度上昇率の算出は、
前記第２アバランシェフォトダイオードに前記逆バイアス電圧を印加した状態で前記第２アバランシェフォトダイオードに流れる第２電流を測定することと、
前記第２アバランシェフォトダイオードに前記逆バイアス電圧を印加しつつ、無バイアス電圧状態に対する第２温度上昇量を、前記第２アバランシェフォトダイオードの発熱画像を赤外線検出器で検出することにより測定することと、
前記第２電流と、前記第２温度上昇量から、前記第２温度上昇率を求めることと、を含み、
前記第１電流と前記第１温度上昇量の測定では、前記第１アバランシェフォトダイオードの受光面に均一な光を入射させ、
前記第２電流と前記第２温度上昇量の測定では、前記第２アバランシェフォトダイオードの受光面に均一な光を入射させる、アバランシェフォトダイオードの評価方法。
アバランシェフォトダイオードに、増倍が生じない逆バイアス電圧である第１逆バイアス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発熱画像を赤外線検出器で検出することにより暗状態の前記アバランシェフォトダイオードの第１発熱量を測定し、第１暗電流量を測定することと、
前記アバランシェフォトダイオードに、増倍が生じる逆バイアス電圧である第２逆バイアス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発熱画像を赤外線検出器で検出することにより暗状態の前記アバランシェフォトダイオードの第２発熱量を測定し、第２暗電流量を測定することと、
前記第２発熱量を前記第１発熱量で除算した値と、前記第１暗電流量と前記第１逆バイアス電圧の積を前記第２暗電流量と前記第２逆バイアス電圧の積で除算した値と、の積を、増倍が生じる逆バイアス電圧条件での相対増倍率として求めること、を備えたアバランシェフォトダイオードの評価方法。
前記第１逆バイアス電圧は、前記アバランシェフォトダイオードの降伏電圧の３０％未満であり、
前記第２逆バイアス電圧は、前記アバランシェフォトダイオードの降伏電圧の３０％以上かつ前記降伏電圧より小さい請求項１４に記載のアバランシェフォトダイオードの評価方法。