[发明专利]一种光纤与光波导耦合的方法、结构和晶圆测试方法

说明书

本申请公开了一种光纤与光波导耦合的方法、结构和晶圆测试方法，该方法包括：在晶圆的块Block中制作所需要的波导；在波导的一端刻蚀出槽，其中，所述槽用于在于所述波导成第一预定角度的方向上插入光纤；将待插入所述槽的光纤的端面切割为第二预定角度，并在切割面涂上一层抗反射膜；将切割之后的光纤插入到所述槽中，其中，通过所述光纤的光被所述抗反射膜发射后进入所述波导。通过本申请解决了现有技术中的单模光纤和硅光波导之间的耦合方式在光芯片测试中所存在的问题，从而提高了光纤与硅光波导的耦合效率，降低对准精度及容差。

技术领域

本申请涉及到光芯片领域，具体而言，涉及一种光纤与光波导耦合的方法、结构和晶圆测试方法。

背景技术

光子集成电路最早由美国贝尔实验室的Miller博士于1969年提出，通过先进的光刻技术将激光器、调制器、探测器等有源器件集成在同一衬底上，并将光波导、隔离器、耦合器和滤波器等无源器件连接构成微型光学系统，实现光学信息处理系统的集成化和微小化，降低芯片的制造成本。光通讯发展到今天，光电集成器件种类繁多，其集成化要求将不同功能的分立光元件通过一定的技术集成在同一芯片上，实现更复杂的功能。

爆发式地网络流量增长，给光通讯骨干网络带来了巨大的压力，但是当前基于InP和GaAs半导体材料制成的光芯片成本居高不下，制约了光通信线路对流量爆发的承载，以硅未半导体材料的硅基光电技术应运而生，在过去几十年间得到了极大的发展。以硅为主体的集成电路相比其他光子平台拥有诸多优点，。硅光子工艺能较好的与CMOS工艺兼容，能够利用已经发展几十年的微处理器的生产经验来实现硅光子器件的低成本大规模集成。其次硅光子可以实现三维集成，利用成熟的硅工艺可以在不同层内集成高性能硅光子器件。此外，波长1.1～1.6μm的光在硅基光波导中传播很少衰减，几乎不产生热量，同时又可以轻松获得大的带宽。因此需重点发展硅芯片光学信号传输技术。

单模光纤和硅光波导之间的耦合效率正是硅光集成的关键。而基于SOI波导的尺寸约450nm，而单模光纤纤芯直径大约8～10μm，二者之间存在相当大的模式不匹配。单模光纤与波导直接耦合，大多数光从端面溢出，耦合损耗非常大。光纤与硅光波导常见的耦合方法有两种，图1a和图1b分别为端面耦合和垂直耦合，如图1所示。端面耦合具有耦合效率高、带宽大等优点。光栅耦合则能够实现晶圆级测试，设计灵活，对准容差及精度要求都相对较低。

光芯片测试中如果使用手动耦合平台，测试的结构非常有限，效率又低。如果硅光芯片大规模生产，则必须采用高速、有效、可靠的测试方案。常用的SOI硅光芯片耦合方案分两种，端面耦合和光栅耦合，光栅耦合器比较灵活，可以位于芯片上任一位置，对准精度及容差较大，是晶圆级测试首选。但耦合效率因光栅结构的对称性低于50％。相比而言，虽然端面耦合中光纤、硅光波导端面需后处理，对准精度要求较高，但其可在超大带宽下实现超低耦合损耗和偏振相关损耗。从对准角度看，光栅耦合方式光纤不仅要在水平方向与光栅保持一定的间距，在垂直方向也要保证一定的高度，这就需要设计特殊的夹具来保证垂直耦合的精度，也在高度方向大大增加了器件的尺寸。

发明内容

本申请实施例提供了一种光纤与光波导耦合的方法、结构和晶圆测试方法，以至少解决现有技术中的单模光纤和硅光波导之间的耦合方式在光芯片测试中所存在的问题。

根据本申请的一个方面，提供了一种光纤与光波导耦合的方法，包括：在晶圆的块Block中制作所需要的波导；在波导的一端刻蚀出槽，其中，所述槽用于在于所述波导成第一预定角度的方向上插入光纤；将待插入所述槽的光纤的端面切割为第二预定角度，并在切割面涂上一层抗反射膜；将切割之后的光纤插入到所述槽中，其中，通过所述光纤的光被所述抗反射膜发射后进入所述波导。

进一步地，所述光纤为光纤阵列。

进一步地，将切割之后的所述光纤阵列插入到所述槽中包括：将所述光纤阵列固定在带有V型槽的底板上，其中，每根光纤防止在一个V型槽中；将盖板倒扣到固定有所述光纤阵列的底板上；将被夹持在所述底板和所述盖板中间的所述光纤阵列连同所述底板和所述盖板一起插入到所述槽中。