JP7143948B2 - 光検査回路および光検査方法 - Google Patents
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Description
本発明は、光回路の検査を行うための光検査回路および光検査方法に関する。
シリコンフォトニクス技術は、将来の光デバイスの低コスト化に向けた基盤技術として期待されている。しかし、真に低コスト化を実現するためには、光モジュール組み立て・検査コストの低減が求められる。特に、検査コストの削減のためには、多数のチップを短時間で測定可能なウエハレベル検査が必要になる。
光デバイスのウエハレベル検査技術に関する提案はいくつかあるが（非特許文献１，２，３）、光変調器のようなアクティブデバイスに適用可能な技術は少ない。これは光変調器が、電気信号を光信号に変換するデバイスであり、一般的に求められる応答速度が１０ギガヘルツ以上と高速であることに起因する。
Y. Maeda et al., "Novel fiber alignment method for on-wafer testing of silicon photonic devices with PN junction embedded grating couplers", 2018 IEEE 15th International Conference on Group IV Photonics, 18162636, pp. 81-82, 2018.
T. Miura et al., "Novel quick and precise method for evaluating optical characteristics", 2018 IEEE 15th International Conference on Group IV Photonics, 18162651, pp. 95-96, 2018.
H. Fukuda et al., "Estimation of Optical Modulator Efficiency From Electrical Characteristics", 2018 IEEE 15th International Conference on Group IV Photonics, 18162656, pp. 11-12, 2018.
前述したように、光変調器のようなアクティブデバイスのウエハレベル検査では、求められる応答速度が１０ギガヘルツ以上と高速であるため、高速電気信号を損失無く伝送する線路が要求される。高速電気信号を損失無く伝送する線路をウエハレベル検査に適用するためには、高周波特性に優れたプローブカードが必要になる。しかしながら、この種のプローブカードや、プローブカードとウエハ上の検査対象のデバイスとを接続する高周波ケーブルは、高価である。加えて、再現性の高い検査のためには、プローブカードと高周波ケーブルの取りまわしに細心の注意を払う必要があり、検査が容易に実施できず、量産工程では受け入れにくい。
本発明は、以上のような問題点を解消するためになされたものであり、光変調器などの光回路のウエハレベルの検査が、より容易に、より安価に実施できるようにすることを目的とする。
本発明に係る光検査回路は、基板の上に形成された光導波路から構成され、光導波路は半導体からなるコアを有する光変調器と、半導体からなるコアを有する光導波路から構成されて、光変調器に光学的接続する第１光導波路と、半導体からなるコアを有する光導波路から構成されて、光変調器に光学的接続する第２光導波路と、光変調器の近傍の基板の上に形成されたフォトダイオードと、光変調器とフォトダイオードとを電気的に接続する配線と、半導体からなるコアを有する光導波路から構成されて、フォトダイオードに光学的接続する第３光導波路とを備える。
上記光検査回路一構成例において、光変調器が複数形成され、配線は、複数の光変調器の各々と、フォトダイオードとを接続する。
上記光検査回路一構成例において、フォトダイオードが複数形成され、配線は、光変調器と、複数のフォトダイオードの各々とを接続する。
上記光検査回路一構成例において、入力される信号光を、第１光導波路と第３光導波路とに分配する光分配器をさらに備える。
上記光検査回路一構成例において、半導体は、シリコンであり、フォトダイオードは、ゲルマニウムフォトダイオードである。
本発明に係る光検査方法は、基板の上に形成された光導波路から構成され、光導波路は半導体からなるコアを有する光変調器に、連続光を入射する第１ステップと、光変調器の近傍の基板の上に形成されて光変調器と電気的に接続するフォトダイオードに、変調した信号光を入射する第２ステップと、光変調器より出力される変調光を評価する第３ステップとを備える。
以上説明したように、本発明によれば、光変調器が形成されている基板の上にフォトダイオードを形成し、これらを配線により電気的に接続したので、光変調器などの光回路のウエハレベルの検査が、より容易に、より安価に実施できる。
以下、本発明の実施の形態に係る光検査回路について図１を参照して説明する。この光検査回路は、基板１０１の上に形成された光変調器１０２と、光変調器１０２の近傍の基板１０１の上に形成されたフォトダイオード１０３とを備える。
光変調器１０２は、光導波路から構成され、光導波路は半導体からなるコアを有する。光変調器１０２は、例えばシリコンをコアとするリブ型光導波路に形成されたｐｎ接合を備えるキャリア引き抜き型位相シフタと、マルチモード干渉計とを組み合わせたマッハツェンダ光変調器から構成することができる。この光変調器は、広く知られたリソグラフィ技術、イオン注入技術、薄膜堆積技術、結晶成長技術、およびエッチング技術など、公知の半導体装置の製造技術により製造可能である。
フォトダイオード１０３は、例えば、半導体（例えばシリコン）からなるコアの上に選択的に形成されたゲルマニウムの層と、この層の両側方、上下に形成されたｐｎ接合とから構成されたゲルマニウムフォトダイオードである。フォトダイオード１０３は、広く知られたリソグラフィ技術、イオン注入技術、薄膜堆積技術、結晶成長技術、およびエッチング技術など、公知の半導体装置の製造技術により製造可能である。
また、光変調器１０２には、半導体からなるコアを有する光導波路から構成された第１光導波路１０４が、入力導波路として光学的に接続している。また、光変調器１０２には、半導体からなるコアを有する光導波路から構成された第２光導波路１０５が、出力導波路として光学的に接続している。また、フォトダイオード１０３には、半導体からなるコアを有する光導波路から構成された第３光導波路１０６が、入力導波路として光学的に接続している。
また、光変調器１０２とフォトダイオード１０３とは、配線１０７により電気的に接続している。フォトダイオード１０３で光電変換されて出力される電気信号が、配線１０７により電送され、光変調器１０２に入力される。光変調器１０２では、配線１０７を介して入力された電気信号により、第１光導波路１０４を介して入力された連続光を変調し、第２光導波路１０５に出力する。
例えば、配線１０７は、信号線１７１，接地線１７２，１７３から構成された高周波線路である。信号線１７１は、光変調器１０２の電極パッド１２１と、フォトダイオード１０３の電極パッド１３１とを接続する。接地線１７２は、光変調器１０２の電極パッド１２２と、フォトダイオード１０３の電極パッド１３２とを接続する。接地線１７３は、光変調器１０２の電極パッド１２３と、フォトダイオード１０３の電極パッド１３３とを接続する。
また、第３光導波路１０６には、光ファイバ１０９を介して光変調器１１０が光学的に接続している。光変調器１１０は、光源１１１から出射された連続光を変調し、光ファイバ１０９に出力する。光源１１１は、例えば、半導体レーザから構成されている。
また、第１光導波路１０４には、光ファイバ１１２が光学的に接続され、光ファイバ１１２には、光源１１３から出射された連続光が入力される。光源１１３は、例えば、半導体レーザから構成されている。
この光検査回路では、まず、光源１１１から出射されて光変調器１１０で変調された変調光（信号光）は、光ファイバ１０９，第３光導波路１０６を介してフォトダイオード１０３で受光される。フォトダイオード１０３で受光された変調光は、変調電気信号に光電変換されて、配線１０７を介して光変調器１０２に出力される。
また、光源１１３から出射された連続光は、光ファイバ１１２、第１光導波路１０４を介して光変調器１０２に入力される。光変調器１０２に入力した連続光は、入力される変調電気信号で駆動される光変調器１０２で変調され、第２光導波路１０５から出力され、光ファイバ１１４により取り出される。
以下、本発明の実施の形態に係る光検査方法について、図２を参照して説明する。まず、第１ステップＳ１０１で、光変調器１０２に、第１光導波路１０４を介し、光源１１３から出射された連続光を入射する。次に、第２ステップＳ１０２で、フォトダイオード１０３に、光変調器１１０で変調された変調光を入射する。前述したように、変調光が入射されたフォトダイオード１０３から、変調電気信号が光変調器１０２に出力される。光変調器１０２では、フォトダイオード１０３より受け付けた変調電気信号で、入力された連続光を変調して出力する。
この後、第３ステップＳ１０３で、光変調器１０２より出力される変調光を評価する。光変調器１０２より出力されて光ファイバ１１４で取り出された変調光を、光変調器１１０から出力される（フォトダイオード１０３に入力される）変調光と比較するなどの評価により、ウエハレベルでの光変調器１０２の検査が実施できる。
以上に説明したように、本実施の形態によれば、高周波特性に優れたプローブカードや、ウエハ外のプローブカードとウエハ上のデバイスとを接続するための高周波ケーブルを必要とせず、ウエハレベルでの光変調器１０２の検査が実施できる。
例えば、フォトダイオード１０３に入力された光のパワーに対し、フォトダイオード１０３が出力する電気信号の電圧を測定すると、図３に示すように変化する。図３に示されているように、フォトダイオード１０３に１ｍＷ程度の光が入力すると、０．１５Ｖ程度の電圧を発生する。
一方、光変調器１０２に対して入力（印加）された電気信号の電圧と、光変調器１０２から出力される光との関係を測定した結果を図４に示す。図４に示されているように、光変調器１０２に０．２Ｖ程度の電圧の電気信号が印加されると、出力される光では、０．５ｄＢ程度の変化があることがわかる。
次に、光変調器１０２に配線１０７で接続されたフォトダイオード１０３に、ピークパワーで１ｍＷの光パルス（変調光）を入力し、この結果として光変調器１０２から出力された変調光の光出力波形を図５に示す。図３，図４の結果から予測されるように、０．５ｄＢ程度の光変調信号を出力しており、本実施の形態に係る光検査回路により、光変調器１０２の特性検査が可能であることが示されている。
次に、本発明の実施の形態に係る他の光検査回路について、図６を参照して説明する。この光検査回路は、基板１０１の上に形成された光変調器１０２と、光変調器１０２の近傍の基板１０１の上に形成されたフォトダイオード１０３とを備える。また、光変調器１０２には、第１光導波路１０４および第２光導波路１０５が光学的に接続している。また、フォトダイオード１０３には、第３光導波路１０６が、光学的に接続している。また、光変調器１０２とフォトダイオード１０３とは、配線１０７により電気的に接続している。これらの構成は、図１を用いて説明した光検査回路と同様である。
この光検査回路は、さらに、入力される信号光を、第１光導波路１０４と第３光導波路１０６とに分配する光分配器１１５を備える。また、光変調器１０２から出力される光より所定の波長の光を取り出す波長フィルタ１１６を備える。光分配器１１５、波長フィルタ１１６は、基板１０１の上に形成されている。また、光分配器１１５、波長フィルタ１１６は、半導体からなるコアを有する光導波路から構成されている。
光分配器１１５は、入力される光パワーを、複数の光導波路へ分配するものであり、例えば、Ｙ分岐回路から構成することができる。また、光分配器１１５は、マルチモード干渉計から構成することもできる。また、光分配器１１５は、方向性結合器から構成することもできる。波長フィルタ１１６は、波長依存性のある２出力光回路から構成することができる。波長フィルタ１１６は、例えば、アレイ回折格子、非対称マッハツェンダ干渉計、方向性結合器などから構成することができる。
この光検査回路では、光分配器１１５に、連続光と変調光とを合波して入力する。光分配器１１５では、合波された連続光と変調光とが分配される。従って、光変調器１０２およびフォトダイオード１０３の両者に、合波された連続光と変調光とが入力される。この構成では、合波された光の中の変調光によりフォトダイオード１０３で生成される変調電気信号を用い、光変調器１０２が、入力される光を変調する。光変調器１０２には、合波された連続光と変調光とが入力され、このうち、連続光が変調対象となり、変調光はノイズとなる。この、ノイズとなる光を波長フィルタ１１６で除去する。この光検査回路は、入力用光導波路を１つに削減できるという優れた効果を持つ。
次に、本発明の実施の形態に係る他の光検査回路について、図７を参照して説明する。この光検査回路は、基板１０１の上に形成された複数の光変調器１０２ａ，１０２ｂ，１０２ｃと、光変調器１０２ａ，１０２ｂ，１０２ｃの近傍の基板１０１の上に形成されたフォトダイオード１０３とを備える。
光変調器１０２ａには、第１光導波路１０４ａおよび第２光導波路１０５ａが光学的に接続している。光変調器１０２ｂには、第１光導波路１０４ｂおよび第２光導波路１０５ｂが光学的に接続している。光変調器１０２ｃには、第１光導波路１０４ｃおよび第２光導波路１０５ｃが光学的に接続している。また、フォトダイオード１０３には、第３光導波路１０６が光学的に接続している。
また、光変調器１０２ａ，１０２ｂ，１０２ｃの各々とフォトダイオード１０３とは、配線１０７ａにより電気的に接続している。配線１０７ａは、例えば、ワイヤボンディングにより形成できる。また、配線１０７ａは、基板１０１の表層に形成した公知の多層配線構造により構成することもできる。
この光検査回路は、１つのフォトダイオード１０３から生成された変調電気信号で、複数の光変調器１０２ａ，１０２ｂ，１０２ｃを検査できるという優れた効果を持つ。
次に、本発明の実施の形態に係る他の光検査回路について、図８を参照して説明する。 この光検査回路は、基板１０１の上に形成された光変調器１０２と、光変調器１０２の近傍の基板１０１の上に形成された、複数のフォトダイオード１０３ａ，１０３ｂ，１０３ｃとを備える。
また、光変調器１０２には、第１光導波路１０４および第２光導波路１０５が光学的に接続している。また、フォトダイオード１０３ａには、第３光導波路１０６ａが、光学的に接続している。また、フォトダイオード１０３ｂには、第３光導波路１０６ｂが、光学的に接続している。また、フォトダイオード１０３ｃには、第３光導波路１０６ｃが、光学的に接続している。
また、光変調器１０２とフォトダイオード１０３とは、配線１０７ｂにより電気的に接続している。複数のフォトダイオード１０３ａ，１０３ｂ，１０３ｃは、配線１０７ｂにより、光変調器１０２に直列接続している。配線１０７ｂは、例えば、ワイヤボンディングにより形成できる。また、配線１０７ｂは、基板１０１の表層に形成した公知の多層配線構造により構成することもできる。この光検査回路によれば、複数のフォトダイオード１０３ａ，１０３ｂ，１０３ｃを用いることで、より大きな電圧の変調電気信号が生成でき、光変調器１０２の変調特性の中で、大電圧を必要とする特性の検査が可能になるという優れた効果を持つ。
以上に説明したように、本発明によれば、光変調器が形成されている基板の上にフォトダイオードを形成し、これらを配線により電気的に接続したので、光変調器などの光回路のウエハレベルの検査が、より容易に、より安価に実施できるようになる。
なお、本発明は以上に説明した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想内で、当分野において通常の知識を有する者により、多くの変形および組み合わせが実施可能であることは明白である。
１０１…基板、１０２…光変調器、１０３…フォトダイオード、１０４…第１光導波路、１０５…第２光導波路、１０６…第３光導波路、１０７…配線、１０９…光ファイバ、１１０…光変調器、１１１…光源、１１２…光ファイバ、１１３…光源、１１４…光ファイバ、１２１，１２２，１２３…電極パッド、１３１，１３２，１３３…電極パッド、１７１…信号線、１７２，１７３…接地線。
Claims (6)
- 基板の上に形成された光導波路から構成され、前記光導波路は半導体からなるコアを有する光変調器と、
前記半導体からなるコアを有する光導波路から構成されて、前記光変調器に光学的接続する第１光導波路と、
前記半導体からなるコアを有する光導波路から構成されて、前記光変調器に光学的接続する第２光導波路と、
前記光変調器の近傍の前記基板の上に形成されたフォトダイオードと、
前記光変調器と前記フォトダイオードとを電気的に接続する配線と、
前記半導体からなるコアを有する光導波路から構成されて、前記フォトダイオードに光学的接続する第３光導波路と
を備え、
前記第３光導波路を介して前記フォトダイオードで受光された変調光が、前記フォトダイオードにより変調電気信号に光電変換され、前記配線を介して前記光変調器に出力され、
前記第１光導波路を介して前記光変調器に入力した連続光が、前記光変調器で変調されて前記第２光導波路から出力されて評価される光検査回路。 - 請求項１記載の光検査回路において、
前記光変調器が複数形成され、
前記配線は、前記複数の光変調器の各々と、前記フォトダイオードとを接続する
ことを特徴とする光検査回路。 - 請求項１または２記載の光検査回路において、
前記フォトダイオードが複数形成され、
前記配線は、前記光変調器と、前記複数のフォトダイオードの各々とを接続する
ことを特徴とする光検査回路。 - 請求項１～３のいずれか１項に記載の光検査回路において、
入力される信号光を、前記第１光導波路と前記第３光導波路とに分配する光分配器をさらに備えることを特徴とする光検査回路。 - 請求項１～４のいずれか１項に記載の光検査回路において、
前記半導体は、シリコンであり、
前記フォトダイオードは、ゲルマニウムフォトダイオードである
ことを特徴とする光検査回路。 - 基板の上に形成された光導波路から構成され、前記光導波路は半導体からなるコアを有する光変調器に、連続光を入射する第１ステップと、
前記光変調器の近傍の前記基板の上に形成されて前記光変調器と電気的に接続するフォトダイオードに、変調した信号光を入射する第２ステップと、
変調した信号光を入射した前記フォトダイオードにより変調電気信号に光電変換されて配線を介して受け付けた変調電気信号で、入力した前記連続光を変調した前記光変調器より出力される変調光を評価する第３ステップと
を備える光検査方法。
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