[发明专利]一种片上波导损耗测量方法、测量装置及其制造方法

说明书

本申请提供一种片上波导损耗测量方法、测量装置及其制造方法。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。

技术领域

本申请涉及半导体技术领域，尤其涉及一种硅基片上波导损耗测量方法、测量装置及其制造方法。

背景技术

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背景技术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。

发明内容

本申请的发明人发现，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。