一种片上波导损耗测量装置制造方法及图纸

本申请提供一种片上波导损耗测量装置。该片上波导损耗测量装置包括：形成于绝缘体上的硅(SOI)衬底的顶层硅中的光耦合器；形成于所述顶层硅中的沿直线方向延伸的直线型波导，所述直线型波导的光入射端与所述光耦合器的光出射端在横向上对置；形成于所述顶层硅中的环形谐振腔，所述环形谐振腔与所述直线型波导之间的最小距离为第一距离；位于所述直线型波导的靠近所述光耦合器一侧的偏振调节元件，所述偏振调节元件调节所述直线型波导中的光的偏振态；光电探测器，其形成于所述顶层硅上，探测所述直线型波导的光输出端所输出的光并生成电流；以及加热器，其形成于所述环形谐振腔的预定距离处。

A device for measuring on-chip waveguide loss

【技术实现步骤摘要】
一种片上波导损耗测量装置
本申请涉及半导体
，尤其涉及一种硅基片上波导损耗测量装置。
技术介绍
硅光子是一种基于硅和硅基衬底材料(如SiGe/Si、SOI等)，利用现有CMOS工艺进行光器件开发和集成的新一代技术，其结合了集成电路技术的超大规模、超高精度制造的特性和光子技术超高速率、超低功耗的优势。硅光子不仅在现阶段的光通信、光互连领域有迫切的应用需求，也是未来实现芯片内光互连和光计算机的潜在技术。尽管硅光芯片制造工艺与CMOS工艺兼容，硅光模块的封装测量成本却难以有效降低，这也使得硅光芯片的成本优势不能完全展现。硅波导的传输损耗是硅光晶圆的重要表征参数之一。现有技术中，通常采用截断法(cut-back)测量波导损耗。应该注意，上面对技术背景的介绍只是为了方便对本申请的技术方案进行清楚、完整的说明，并方便本领域技术人员的理解而阐述的。不能仅仅因为这些方案在本申请的
技术介绍
部分进行了阐述而认为上述技术方案为本领域技术人员所公知。
技术实现思路
本申请的专利技术人发现，采用现有的截断法(cut-back)测量波导损耗时，需要将光耦合进多段不同长度的波导，光纤/耦合器性能的不一致，耦合对准精度的不一致都会影响测量准确性。为了实现相对准确的测量，需要设计不同长度的波导结构，占用大量的芯片空间；此外，输出光需要通过耦合结构进入外接的探测器进行输出功率的测量，进一步提高了测量的误差与成本。本申请实施例提供一种片上波导损耗测量方法、片上波导损耗测量装置及其制造方法，该片上波导损耗测量装置中集成有直线型波导和环形谐振腔，直线型波导中的部分波长的光耦合进环形谐振腔，直线型波导中的其它波长的光被输出，并被光电探测器所探测，加热器调节环形谐振腔的温度，通过测量不同温度下直线型波导输出的光信号，可以计算出直线型波导的波导损耗，使用本申请的片上波导损耗测量装置，可以有效降低光纤与芯片对准精度要求，减小波导损耗测量结构面积，实现高效快速的波导损耗测量。根据本申请实施例的一个方面，提供一种片上波导损耗测量装置，包括：形成于绝缘体上的硅(SOI)衬底的顶层硅中的光耦合器；形成于所述顶层硅中的沿直线方向延伸的直线型波导，所述直线型波导的光入射端与所述光耦合器的光出射端在横向上对置；形成于所述顶层硅中的环形谐振腔，所述环形谐振腔与所述直线型波导之间的最小距离为第一距离；位于所述直线型波导的靠近所述光耦合器一侧的偏振调节元件，所述偏振调节元件调节所述直线型波导中的光的偏振态；光电探测器，其形成于所述顶层硅上，探测所述直线型波导的光输出端所输出的光并生成电流；以及加热器，其形成于所述环形谐振腔的预定距离处。根据本申请实施例的另一个方面，其中，所述片上波导损耗测量装置还包括：覆盖层，其覆盖所述光耦合器，所述直线型波导，所述环形谐振腔，所述偏振调节元件，所述光电探测器以及所述加热器。根据本申请实施例的另一个方面，其中，所述覆盖层具有开口，所述光耦合器位于所述开口下方。根据本申请实施例的另一个方面，其中，所述光耦合器为端面耦合器或光栅耦合器。根据本申请实施例的另一个方面，其中，所述光电探测器是锗(Ge)探测器或锗锡(GeSn)探测器。根据本申请实施例的另一个方面，提供一种片上波导损耗的测量方法，使用上述任一项所述的片上波导损耗测量装置对片上波导损耗进行测量，所述测量方法包括：向光耦合器照射光；调节加热器的偏置电压，测量不同偏置电压下所述光电探测器输出的光电流值；根据所述光电探测器输出的光电流值，计算片上波导的损耗。根据本申请实施例的另一个方面，提供一种片上波导损耗测量装置的制造方法，包括：在绝缘体上的硅(SOI)衬底的顶层硅中形成光耦合器；在所述顶层硅中形成直线型波导腔和环形谐振腔，其中，所述直线型波导的光入射端与所述光耦合器的光出射端在横向上对置，所述环形谐振腔与所述直线型波导之间的最小距离为第一距离；在所述直线型波导的靠近所述光耦合器一侧形成偏振调节元件；在所述顶层硅上形成光电探测器；以及在所述环形谐振腔的预定距离处形成加热器。根据本申请实施例的另一个方面，其中，所述制造方法还包括：形成覆盖层，所述覆盖层覆盖所述光耦合器，所述直线型波导，所述环形谐振腔，所述偏振调节元件，所述光电探测器以及所述加热器。根据本申请实施例的另一个方面，其中，所述方法还包括：在所述覆盖层中形成开口，所述光耦合器位于所述开口下方。本申请的有益效果在于：使用本申请的片上波导损耗测量装置来测量波导损耗，可以有效降低光纤与芯片对准精度要求，减小波导损耗测量结构面积，实现高效快速的波导损耗测量。参照后文的说明和附图，详细公开了本申请的特定实施方式，指明了本申请的原理可以被采用的方式。应该理解，本申请的实施方式在范围上并不因而受到限制。在所附权利要求的精神和条款的范围内，本申请的实施方式包括许多改变、修改和等同。针对一种实施方式描述和/或示出的特征可以以相同或类似的方式在一个或更多个其它实施方式中使用，与其它实施方式中的特征相组合，或替代其它实施方式中的特征。应该强调，术语“包括/包含”在本文使用时指特征、整件、步骤或组件的存在，但并不排除一个或更多个其它特征、整件、步骤或组件的存在或附加。附图说明所包括的附图用来提供对本申请实施例的进一步的理解，其构成了说明书的一部分，用于例示本申请的实施方式，并与文字描述一起来阐释本申请的原理。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。在附图中：图1是本申请实施例1的片上波导损耗测量装置在横向上的一个示意图；图2是本申请实施例1的片上波导损耗测量装置剖面在纵向上的一个示意图；图3是使用图1的片上波导损耗测量装置100计算波导损耗的方法的一个示意图；图4是光电探测器106输出的光电流的电流值随环形谐振腔的温度变化的一个示意图；图5是本实施例的片上波导损耗测量装置的制造方法的一个示意图。具体实施方式参照附图，通过下面的说明书，本申请的前述以及其它特征将变得明显。在说明书和附图中，具体公开了本申请的特定实施方式，其表明了其中可以采用本申请的原则的部分实施方式，应了解的是，本申请不限于所描述的实施方式，相反，本申请包括落入所附权利要求的范围内的全部修改、变型以及等同物。在本申请各实施例的说明中，为描述方便，将平行于衬底的表面的方向称为“横向”，将垂直于衬底的表面的方向称为“纵向”，其中，各部件的“厚度”是指该部件在“纵向”的尺寸，在“纵向”上，从衬底的埋氧层指向顶层硅的方向称为“上”方向，与“上”方向相反的为“下”方向。实施例1本申请实施例提供一种片上波导损耗测量装置。图1是本申请实施本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种片上波导损耗测量装置，其特征在于，所述片上波导损耗测量装置包括：/n形成于绝缘体上的硅(SOI)衬底的顶层硅中的光耦合器；/n形成于所述顶层硅中的沿直线方向延伸的直线型波导，所述直线型波导的光入射端与所述光耦合器的光出射端在横向上对置；/n形成于所述顶层硅中的环形谐振腔，所述环形谐振腔与所述直线型波导之间的最小距离为第一距离；/n位于所述直线型波导的靠近所述光耦合器一侧的偏振调节元件，所述偏振调节元件调节所述直线型波导中的光的偏振态；/n光电探测器，其形成于所述顶层硅上，探测所述直线型波导的光输出端所输出的光并生成电流；以及/n加热器，其形成于所述环形谐振腔的预定距离处。/n

【技术特征摘要】
1.一种片上波导损耗测量装置，其特征在于，所述片上波导损耗测量装置包括：
形成于绝缘体上的硅(SOI)衬底的顶层硅中的光耦合器；
形成于所述顶层硅中的沿直线方向延伸的直线型波导，所述直线型波导的光入射端与所述光耦合器的光出射端在横向上对置；
形成于所述顶层硅中的环形谐振腔，所述环形谐振腔与所述直线型波导之间的最小距离为第一距离；
位于所述直线型波导的靠近所述光耦合器一侧的偏振调节元件，所述偏振调节元件调节所述直线型波导中的光的偏振态；
光电探测器，其形成于所述顶层硅上，探测所述直线型波导的光输出端所输出的光并生成电流；以及
加热器，其形成于所述环形谐振腔的预定距离处。

【专利技术属性】
技术研发人员：汪巍，方青，涂芝娟，曾友宏，蔡艳，余明斌，
申请(专利权)人：上海新微技术研发中心有限公司，
类型：新型
国别省市：上海;31