CN110988646A - 基于光栅耦合的硅基光电子芯片晶圆级在线测试装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于光栅耦合的硅基光电子芯片晶圆级在线测试装置，涉及硅光子与光电子集成领域。该装置用于实现片上器件的晶圆级在线测试与偏振相关损耗测试，该装置包括至少一组测试结构，每组测试结构包括TE偏振光栅、TM偏振光栅、级联TE偏振光栅与TM偏振光栅的偏振旋转合束器、与偏振旋转合束器相连的第一端面耦合器和形成于划片槽中分别与所述第一端面耦合器、片上器件的第二端面耦合器相连的偏振无关模式转换器。本发明能实现片上器件晶圆级在线测试与偏振相关损耗测试，有效降低硅基光电子芯片的测试成本。
Description
技术领域
本发明涉及硅光子与光电子集成领域，具体是涉及一种基于光栅耦合的硅基光电子芯片晶圆级在线测试装置。
背景技术
在光电子集成芯片与器件中，光电子芯片基本是通过端面耦合的方法互连封装。端面耦合器具有偏振不敏感、耦合损耗低、易于封装等优势，但存在耦合容差小、无法晶圆级在线测试的缺点。
光栅具有耦合容差大的优势，同时可以利用光纤直接与光栅进行非接触的垂直耦合，有利于实现晶圆级测试。但光栅具有对偏振敏感且不易封装的缺点，难以实现片上器件的晶圆级在线测试与偏振相关损耗测试。
在实现本发明的过程中，发明人发现现有技术中至少存在如下问题：为了实现片上器件的晶圆级在线测试与偏振相关损耗测试，需要将数量繁多的硅光电子芯片从晶圆上一一划下来再进行测试，同时测试的设备价格昂贵，耗费大量的测试时间和人力，测试成本很高。
发明内容
本发明的目的是为了克服上述背景技术的不足，提供一种基于光栅耦合的硅基光电子芯片晶圆级在线测试装置，能够实现片上器件的晶圆级在线测试与偏振相关损耗测试，有效降低硅基光电子芯片的测试成本。
第一方面，提供一种基于光栅耦合的硅基光电子芯片晶圆级在线测试装置，用于实现片上器件晶圆级在线测试与偏振相关损耗测试，该装置包括至少一组测试结构，每组测试结构包括TE偏振光栅、TM偏振光栅、级联TE偏振光栅与TM偏振光栅的偏振旋转合束器、与偏振旋转合束器相连的第一端面耦合器和形成于划片槽中分别与所述第一端面耦合器、片上器件的第二端面耦合器相连的偏振无关模式转换器。
根据第一方面，在第一方面的第一种可能的实现方式中，所述TE偏振光栅、TM偏振光栅用于测试光纤或光纤阵列与芯片的垂直耦合。
根据第一方面，在第一方面的第二种可能的实现方式中，所述TE偏振光栅、TM偏振光栅的光栅结构为平面光栅、弧形光栅、楔形光栅或闪耀光栅。
根据第一方面，在第一方面的第三种可能的实现方式中，所述TE偏振光栅、TM偏振光栅的光栅周期与刻蚀深度为均匀变化光栅或非均匀变化光栅。
根据第一方面，在第一方面的第四种可能的实现方式中，所述TE偏振光栅、TM偏振光栅的材料为硅、氮化硅、多晶硅、二氧化硅或聚合物。
根据第一方面，在第一方面的第五种可能的实现方式中，所述偏振旋转合束器用于TM与TE偏振的旋转合束，材料为硅、氮化硅、多晶硅、二氧化硅或聚合物。
根据第一方面，在第一方面的第六种可能的实现方式中，所述第一端面耦合器为倒锥形耦合器、悬臂梁耦合器、三叉戟耦合器或亚波长光栅耦合器。
根据第一方面，在第一方面的第七种可能的实现方式中，所述第一端面耦合器的材料为硅、氮化硅、多晶硅、二氧化硅或聚合物。
根据第一方面，在第一方面的第八种可能的实现方式中，所述偏振无关模式转换器为锥形渐变结构或亚波长光栅结构。
根据第一方面，在第一方面的第九种可能的实现方式中，所述偏振无关模式转换器的材料为硅、氮化硅、多晶硅、二氧化硅或聚合物。
与现有技术相比，本发明的优点如下：
本发明基于硅基光电子集成芯片晶圆级在线测试的需求，将光栅、端面耦合器以及偏振无关模式转换器组合成基于光栅耦合的硅基光电子芯片晶圆级在线测试装置，实现端面耦合器与光纤的低损耗与大容差耦合，最终可实现片上光电子器件的晶圆级在线测试。该装置的结构简单，易于实现，能够实现片上器件的晶圆级在线测试与偏振相关损耗测试，有效降低硅基光电子芯片的测试成本。
附图说明
图1是本发明实施例中基于光栅耦合的硅基光电子芯片晶圆级在线测试装置包括一组测试结构的结构示意图。
图2是本发明实施例中基于光栅耦合的硅基光电子芯片晶圆级在线测试装置包括两组测试结构的结构示意图。
图3是本发明实施例中在线测试硅基光电子芯片的结构示意图。
附图标记：1-TE偏振光栅，2-TM偏振光栅，3-偏振旋转合束器，4-第一端面耦合器，5-偏振无关模式转换器，6-第二端面耦合器。
具体实施方式
现在将详细参照本发明的具体实施例，在附图中例示了本发明的例子。尽管将结合具体实施例描述本发明，但将理解，不是想要将本发明限于所述的实施例。相反，想要覆盖由所附权利要求限定的在本发明的精神和范围内包括的变更、修改和等价物。应注意，这里描述的方法步骤都可以由任何功能块或功能布置来实现，且任何功能块或功能布置可被实现为物理实体或逻辑实体、或者两者的组合。
为了使本领域技术人员更好地理解本发明，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。
注意：接下来要介绍的示例仅是一个具体的例子，而不作为限制本发明的实施例必须为如下具体的步骤、数值、条件、数据、顺序等等。本领域技术人员可以通过阅读本说明书来运用本发明的构思来构造本说明书中未提到的更多实施例。
为了实现片上实际器件的在线测试与偏振相关损耗测试，降低硅基光电子芯片的测试成本，本发明实施例提供一种基于光栅耦合的硅基光电子芯片晶圆级在线测试装置，用于实现片上器件的晶圆级在线测试与偏振相关损耗测试，参见图1和图2所示，该装置包括至少一组测试结构，图1中示出的是一组测试结构，图2和图3中示出的是两组测试结构，每组测试结构包括TE偏振光栅1、TM偏振光栅2、偏振旋转合束器3、第一端面耦合器4、偏振无关模式转换器5，偏振旋转合束器3级联TE偏振光栅1与TM偏振光栅2，偏振旋转合束器3与第一端面耦合器4相连，偏振无关模式转换器5形成于划片槽中，偏振无关模式转换器5的一端与第一端面耦合器4相连，参见图2和图3所示，进行在线测试硅基光电子芯片时，偏振无关模式转换器5的另一端与片上器件的第二端面耦合器6相连。
优选的，TE偏振光栅1、TM偏振光栅2用于测试光纤或光纤阵列与芯片的垂直耦合。TE偏振光栅1、TM偏振光栅2的光栅结构可以为平面光栅、弧形光栅、楔形光栅或闪耀光栅。TE偏振光栅1、TM偏振光栅2的光栅周期与刻蚀深度可以为均匀变化光栅或非均匀变化光栅。TE偏振光栅1、TM偏振光栅2的材料可以为硅、氮化硅、多晶硅、二氧化硅或聚合物。
优选的，偏振旋转合束器3用于TM与TE偏振的旋转合束，材料可以为硅、氮化硅、多晶硅、二氧化硅或聚合物。
优选的，第一端面耦合器4可以为倒锥形耦合器、悬臂梁耦合器、三叉戟耦合器或亚波长光栅耦合器。第一端面耦合器4的材料可以为硅、氮化硅、多晶硅、二氧化硅或聚合物。
优选的，偏振无关模式转换器5为锥形渐变结构或亚波长光栅结构。偏振无关模式转换器5的材料为硅、氮化硅、多晶硅、二氧化硅或聚合物。
本发明实施例基于硅基光电子集成芯片晶圆级在线测试的需求，将光栅、端面耦合器以及偏振无关模式转换器组合成基于光栅耦合的硅基光电子芯片晶圆级在线测试装置，实现端面耦合器与光纤的低损耗与大容差耦合，最终可实现片上光电子器件的晶圆级在线测试。本发明实施例可用于实现真实器件的晶圆级测试，还可用于测试实际器件的偏振相关损耗与不同偏振的特性。在线测试不需要将硅光电子芯片从晶圆上一一划下来进行测试，避免了使用价格昂贵的测试设备，减少了测试时间和人力，因此能够有效降低硅基光电子芯片的测试成本。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
Claims (10)
1.一种基于光栅耦合的硅基光电子芯片晶圆级在线测试装置，用于实现片上器件的晶圆级在线测试与偏振相关损耗测试，其特征在于，该装置包括至少一组测试结构，每组测试结构包括TE偏振光栅(1)、TM偏振光栅(2)、级联TE偏振光栅(1)与TM偏振光栅(2)的偏振旋转合束器(3)、与偏振旋转合束器(3)相连的第一端面耦合器(4)和形成于划片槽中分别与所述第一端面耦合器(4)、片上器件的第二端面耦合器(6)相连的偏振无关模式转换器(5)。
2.如权利要求1所述的装置，其特征在于：所述TE偏振光栅(1)、TM偏振光栅(2)用于测试光纤或光纤阵列与芯片的垂直耦合。
3.如权利要求1所述的装置，其特征在于：所述TE偏振光栅(1)、TM偏振光栅(2)的光栅结构为平面光栅、弧形光栅、楔形光栅或闪耀光栅。
4.如权利要求1所述的装置，其特征在于：所述TE偏振光栅(1)、TM偏振光栅(2)的光栅周期与刻蚀深度为均匀变化光栅或非均匀变化光栅。
5.如权利要求1所述的装置，其特征在于：所述TE偏振光栅(1)、TM偏振光栅(2)的材料为硅、氮化硅、多晶硅、二氧化硅或聚合物。
6.如权利要求1所述的装置，其特征在于：所述偏振旋转合束器(3)用于TM与TE偏振的旋转合束，材料为硅、氮化硅、多晶硅、二氧化硅或聚合物。
7.如权利要求1所述的装置，其特征在于：所述第一端面耦合器(4)为倒锥形耦合器、悬臂梁耦合器、三叉戟耦合器或亚波长光栅耦合器。
8.如权利要求1所述的装置，其特征在于：所述第一端面耦合器(4)的材料为硅、氮化硅、多晶硅、二氧化硅或聚合物。
9.如权利要求1所述的装置，其特征在于：所述偏振无关模式转换器(5)为锥形渐变结构或亚波长光栅结构。
10.如权利要求1所述的装置，其特征在于：所述偏振无关模式转换器(5)的材料为硅、氮化硅、多晶硅、二氧化硅或聚合物。
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| GR01 | Patent grant | ||
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