KR102355831B1 - 자가-테스트 기능성을 가진 수직 입사 광검출기 - Google Patents

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그레고리 알란 휘시
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쥬니퍼 네트워크스, 인크.
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Abstract

광학적으로 통합된 NIPD(normal incidence photodetector)들 및 NIPD들에 광학적으로 커플링된 연관된 평면내 도파관 구조체들은 평면내 및 수직-입사 방향 둘 모두를 허용하도록 구성될 수 있다. 광-생성 능력들을 가진 광자 회로들, 이를테면 집적 광학 트랜시버들에서, 평면내 광을 검출하기 위한 NIPD들의 능력은 자가-테스트 기능성을 제공하기 위해 일부 실시예들에 따라 사용된다.

Description

자가-테스트 기능성을 가진 수직 입사 광검출기{NORMAL INCIDENCE PHOTODETECTOR WITH SELF-TEST FUNCTIONALITY}
본 개시내용은 일반적으로 광자 집적 회로(PIC)들, 및 특히 본 개시내용에 활용되는 광학 트랜시버들 및 광검출기들에 관한 것이다.
반도체-기반 집적 포토닉스(photonics)에서, 수직 입사 광검출기(normal incidence photodetector)(NIPD)는 웨이퍼 평면에 수직으로 검출기 상에 입사하는 광을 측정하는 반면, 도파관-기반 광검출기(waveguide-based photodetector)(WGPD)는 웨이퍼 표면 상에 제조된 평면 내 도파관들에 의해 검출기로 라우팅된 광을 캡처한다. 예컨대 광섬유로부터 오는 외부 광학 신호들을 검출하기 위해, 외부 광은, 전자의 경우, NIPD에 직접 커플링되는 반면, 후자의 경우, 온-칩(on-chip) 도파관에 커플링되고, 온-칩 도파관은 차례로 WGPD에 커플링된다.
예컨대 광학 통신 네트워크들에 사용된 통합된 광학 트랜시버들은 송신기의 온-칩 광 소스로부터 WGPD들 내로 광을 라우팅함으로써 수신기 내의 하나 이상의 WGPD의 동작을 테스팅하게 하는 자가-테스트 기능성을 제공하고, 이는 테스팅을 위한 외부 광학 신호를 제공할 필요를 제거한다. 유리하게, 자가-테스팅은 테스트 시간 및 테스트 비용을 크게 감소시킬뿐 아니라, 제조능력을 개선할 수 있다. 그러나, 정상 동작 동안, 광이 외부 소스들로부터 수신될 때, WGPD들은, 먼저 도파관에 커플링하는 어려움들로 인해, NIPD들보다 더 높은 삽입 손실들을 겪는다. 반대로, 기존 NIPD들은, 자신들을 온-칩 도파관들에 광학적으로 커플링하기가 어렵기 때문에, 자가-테스팅에 적합하지 않다. 부가적으로, NIPD들과 도파관들 사이의 재료들 및 제조 방법들은 상이하다. 따라서, 광검출기 타입들을 선택할 때, PIC 설계자들은 한편으로 낮은 삽입 손실들과 다른 한편으로 자가-테스트 기능성 사이의 선택을 제시받지만, 둘 모두를 동시에 달성할 수 없었다.
다양한 예시적인 실시예들은 첨부 도면들과 함께 본원에 설명된다.
도 1a는 다양한 실시예들에 따른 균일한 접촉부를 가진 예시적인 NIPD의 개략 단면도이고, 도 1b는 도 1a의 균일한 접촉부의 평면도이다.
도 1c는 다양한 실시예들에 따른 링 접촉부를 갖는 예시적인 NIPD의 개략 단면도이고, 도 1d는 도 1c의 링 접촉부의 평면도이다.
도 2는 다양한 실시예들에 따른 NIPD에 커플링하기 위한 예시적인 펼쳐진(flared-out) 도파관 구조체의 개략적인 평면도이다.
도 3은 다양한 실시예들에 따른 NIPD에 커플링하기 위한 예시적인 랩-어라운드(wrap-around) 도파관 구조체의 개략적인 평면도이다.
도 4a-도 4d는 다양한 실시예들에 따른 랩-어라운드 도파관을 가진 NIPD 구조체의 다양한 층 구조체들의 개략적인 단면도들이다.
도 5는 다양한 실시예들에 따른 예시적인 광학 트랜시버의 광학 컴포넌트들의 개략도이다.
도 6은 다양한 실시예들에 따른 광학 트랜시버를 교정 및 테스팅하기 위한 예시적인 방법을 예시하는 흐름도이다.
도 7은 일부 실시예들에 따른 광학 트랜시버의 예시적인 구현의 사시도이다.
정상 동작 동안, 종래의 NIPD들과 연관된 낮은 삽입 손실들을 유지하면서, 자가-테스트들이 수행되게 하는 평면내 및 수직-입사 검출 둘 모두를 허용하도록 구성된 NIPD 구조체들이 본원에 개시된다. 또한, 그런 NIPD 구조체들을 통합한 광학 트랜시버들뿐 아니라, 제조 과정에서 트랜시버들을 교정 및 테스팅하는 방법들이 설명된다. 다양한 실시예들에 따라, NIPD들은 III-V 재료들(즉, III족 및 V족 엘리먼트들의 조합으로 만들어진 화합물 반도체들)을 실리콘 포토닉스와 통합하는 이종 재료 플랫폼으로 구현되어, 표준 실리콘 제조 공장들에서 대량의 제조를 가능하게 한다. 이에 따른 NIPD는 패터닝된 반도체(예컨대, 실리콘-기반) 웨이퍼에 고속 전기 연결부들이 본딩된, 예컨대 III-V 재료로 만들어진 p-i-n "메사(mesa)")(편평한 테이블형 구조체)를 포함할 수 있고, 웨이퍼의 반도체(예컨대, 실리콘) 디바이스 층에 형성된 도파관은 광을 p-i-n 메사에 커플링한다. (기술 분야에서 이해된 바와 같이, p-i-n 구조체는 p-타입 진성, 및 n-타입 반도체 층들을 포함하는 층진 구조체이다). 일 실시예에서, 도파관은 도파관으로부터 p-i-n 메사로 수직 커플링을 위해 p-i-n 메사 아래에 균일한 스트립(strip)을 형성하기 위해 펼쳐진다. 다른 실시예에서, 도파관은, (메사 아래 층에 있음에도 불구하고) 실질적으로 p-i-n 메사의 에지를 따라 형성된 부분을 포함한다는 면에서, p-i-n 메사를 "랩-어라운드한다". ("실질적으로"라는 용어는, 이 맥락에서, 도파관의 랩-어라운드 부분이 p-i-n 메사와 동일하거나 약간 작거나 더 큰 치수들을 가질 수 있음을 표시하며, 이는 랩-어라운드 부분을 p-i-n 메사의 에지 바로 아래 또는 약간 내측 또는 외측에 배치하는 것에 대응한다). 광은 랩-어라운드 부분으로부터 p-i-n 메사에 수직으로 직접 그리고/또는 먼저 측방향으로 p-i-n 메사 아래의 반도체 구조체에, 이어서 반도체 구조체로부터 p-i-n 메사에 커플링된다.
다음에서, 다양한 예시적인 실시예들은 첨부 도면들을 참조하여 설명된다.
도 1a-도 1d는 다양한 실시예들에 따른 NIPD들(100, 102)(축척대로 도시되지 않음)의 2 개의 예시적인 구조체를 개략적으로 예시한다. 도 1a 및 도 1c의 개략적인 측 단면도들에 도시된 바와 같이, NIPD들은 아래에 있는 기판, 또는 웨이퍼(104)로부터 돌출하는 층진 메사들을 형성한다. 메사, 및 이들의 구성 층들은 디스크들과 같은 형상(예컨대, 표시된 바와 같이, 상이한 층들에 대해 가능한 상이한 직경들을 가진 평면도가 원형)이지만, 다른 평면도 형상들(예컨대, 타원형들 또는 정사각형들)도 또한 가능하다. 아래의 다양한 도면들 및 첨부된 설명이 "p-i-n 디스크들"을 묘사 및 참조하지만, 이들이 예시적인 실시예들이고, 디스크들이 일반적으로 상이한 형상의 p-i-n 구조체들에 의해 대체될 수 있다는 것이 이해되어야 한다.
NIPD들(100, 102) 및 기판(104)의 다양한 층들에 적합한 재료 선택들은 일반적으로 통상의 기술자들에게 잘-알려져 있다.
일부 실시예들에서, 기판(104)은 반도체 디바이스 층에 형성된 도파관들 및 다른 광자 구조체들에 광학 모드들을 수직으로 한정하는 역할을 하는 절연 언더클래딩(undercladding)(별도로 도시되지 않음)의 위에 반도체 디바이스 층을 포함하는 절연체 상의 반도체(semiconductor-on-insulator)(SOI) 기판이다. 차례로, 언더클래딩은 더 두꺼운 기판 층 또는 "핸들(handle)"(별도로 도시되지 않음) 상에 형성될 수 있다. 예컨대, SOI 기판은 실리콘 핸들, 산화물(예컨대, 실리콘 이산화물) 클래딩, 및 실리콘 디바이스 층을 포함할 수 있지만, 다른 재료 조합들이 사용될 수 있다. 예컨대, 실리콘 질화물 또는 도핑된 실리콘 이산화물이 실리콘 대신, 반도체 디바이스 층을 위해 사용될 수 있고; 알루미늄 산화물은 언더클래딩(및 유사하게, p-i-n 메사를 커버하는 임의의 오버클래딩(overcladding))을 위해 실리콘 이산화물 대신 사용될 수 있고; 그리고 핸들은 실리콘 대신 다이아몬드의 층을 가지거나 전체가 다이아몬드로 만들어질 수 있다.
NIPD들(100, 102)은 일반적으로 반도체 디바이스 층 위에 형성된다. 기능적으로, NIPD들(100, 102)은 p-타입 및 n-타입 반도체 구역들 사이에 진성 구역을 가진 p-i-n(또는 "PIN") 다이오드들이다. 이에 따라, 진성 구역은 활성, 즉 동작 범위(예컨대, 가시 영역 및/또는 적외선 영역의 일부) 내에서 전자기 방사선에 대해 흡수성이다. 더 상세하게, NIPD들(100, 102)은 예컨대, n-타입 층(110)(선택적으로 분리된 n-타입 클래딩 층 및 접촉 층을 포함함), 활성 층(112), p-타입 클래딩 층(114) 및 p-타입 접촉 층(116/118)을 포함하는 층들의 스택들로 구성될 수 있다. n-타입 층(들)(110) 및 p-타입 접촉 층(116/118)은 전기 전도도, 접촉 금속들 및 광학 흡수(예컨대, 약 10 nm 내지 약 5 ㎛)에 따라 두께가 변화할 수 있지만, 활성 층은 충분한 광(예컨대, 약 100 nm 내지 약 2 ㎛)을 흡수하도록 선택될 수 있고, p-타입 클래딩 층은 또한 변화할 수 있다(예컨대, 약 10 nm 내지 약 5 ㎛). 층들(110-116/118)은 집합적으로 p-i-n 메사(또는, 이 예시적인 실시예에서, p-i-n 디스크)를 형성한다. 일부 실시예들에서, 단일 p-타입 층만이 p-타입 클래딩 층(114) 및 p-타입 접촉 층 둘 모두의 기능성을 제공하는 데 사용되고; 그런 p-타입 층은 p-타입 접촉 층(116 또는 118) 같이 형상화될 수 있다. NIPD들(100, 102)은 또한 본드의 접착력을 개선하고 선택된 특정 재료들과 무관하게 본딩 프로세스를 행하게 함으로써 이종 통합을 가능하게 하기 위해 p-i-n 디스크들과 아래에 있는 기판(104) 사이에 본딩 층들(도시되지 않음)을 포함할 수 있다.
p-i-n 디스크(층들(110-118))는 III-V족 재료들, 이를테면, 예컨대, 특히 GaAs(gallium arsenide), AlAs(aluminum arsenide), InGaAs(indium gallium arsenide) 또는 InP(indium phosphide)로 만들어질 수 있다. 예컨대, 일부 실시예들에서, 활성 층은 InGaAs로 만들어지고, n-타입 및 p-타입 층들은 InP 또는 AlInGaAs(예컨대 실리콘(Si), 베릴륨(Be), 또는 아연(Zn)으로 도핑됨)로 만들어진다. 대안적으로, p-i-n 디스크는 IV족 재료들, (예컨대, 붕소 및 비소를 사용하여) 예컨대 적합하게 도핑된 게르마늄(Ge) 또는 SiGe으로 만들어질 수 있다. 활성 층(112)은 벌크(bulk) 반도체 층일 수 있거나, 또는 대안적으로 양자 웰(well)들, 양자점들 또는 양자 대시(dash)들로 구성될 수 있다.
NIPD들(100, 102)의 p-i-n 디스크들에 대한 전기 연결부들은 p-타입 접촉 층(116/118) 위에 배치된 접촉 금속 층(120/122) 및 n-타입 층(110) 위의 원주 접촉 금속 링(124)에 의해 제공된다. 이들 접촉부들에 사용되는 공통 금속들은 금(Au), 백금(Pt) 및 티타늄(Ti)을 포함하지만, Al 및 Zn을 포함하는 많은 대안적인 접촉 금속들이 이용가능하다.
NIPD들(100, 102)은 일반적으로 기판(104)을 통해 (도 1a-도 1d에 도시된 배향들을 참조하여) 하단 조명을 위해 구성된다. 즉, 사용 시, 광은 웨이퍼 평면 및 NIPD(100, 102)의 층들에 일반적으로 수직 방향으로 기판(104)의 하단 표면 상에 입사하고, 상단 접촉 금속 층(120/122)에서 반사될 때까지 기판(104)(따라서, 관심있는 파장 범위, 예컨대 약 1 ㎛ 내지 약 2 ㎛의 근-IR 영역, 또는 2 ㎛를 넘어 연장되는 근-IR 영역 내지 중간-영역 내의 광에 투명성을 위해 선택된 재료로 만들어짐) 및 NIPD(100, 102)의 n-타입, 활성 및 p-타입 층들을 통해 전파된다. 주로 활성 층(112)에서, 광은 광전 효과를 통해 흡수 및 전자-홀 쌍들로 변환되고, 이는 접촉 금속들(120/122 및 124) 사이에서 측정될 수 있는 광전류를 생성한다. 예시된 실시예에서, 재료들의 순서는, 광이 먼저 n-타입 층(들)(110)을 통과하도록 선택된다. 이 순서는, n-타입 재료들이 일반적으로 더 낮은 광학 흡수를 가지기 때문에 유리하다. 그러나, 원칙적으로, 층 구조체는 또한 (활성 층 위 및 아래 층들 사이에 도펀트들을 스위칭함으로써) 하단 상에 얇은 p-타입 클래딩 층 및 상단에 배치된 n-타입 층으로 반전될 수 있고; 이 경우, 상부 접촉 층(층(116/118)에 대응함)은 생략될 수 있다.
도 1a-도 1b 및 도 1c-도 1d에 도시된 NIPD들(100, 102)은 p-타입 접촉 층의 개별 형상들이 각각 상이하고, 이들 각각은 단점들 및 장점들 둘 모두를 제공한다. 도 1a 및 도 1b의 NIPD(100)는 도 1b에 도시된 평면도에서, 원형 디스크 형태를 취하는 균일한 p-타입 접촉 층(116)(이후 또한 "균일한 접촉부"(116))을 가진다. 대조적으로, 도 1c 및 도 1d의 NIPD(102)의 p-타입 접촉 층(118)은 클래딩 층(114)의 상단 표면의 원주를 따라 아래에 있는 p-타입 클래딩 층(114)과 인터페이싱하는 환형 또는 링(이후 또한 도 1d의 평면도에 도시된 "링 접촉부")을 형성한다. 균일한 접촉부(116)는 더 큰 접촉 영역 및 결과적으로 더 낮은 전기 저항을 가지며, 이것은 NIPD(100)의 대역폭이 증가되는 이익을 제공하고, 이는 달리 링 접촉부(118)를 가진 유사한 NIPD보다 더 높은 속도로 동작하는 것을 허용한다. 다른 한편, 링 접촉부(118)는, 링 접촉부(118) 내부의 중심 구역의 광이 먼저 p-타입 접촉 층을 통해 지나가기보다 오히려 p-타입 클래딩 층(114)과 금속 층(122) 사이의 인터페이스에서 다시 바로 반사되기 때문에, 활성 층(112)으로 반사된 광의 광학 손실들을 감소시킨다. 차례로, 더 낮은 광학 손실들은 광검출기의 반응도를 개선시킨다. 따라서, NIPD 구조체들(100, 102) 사이의 선택은 한편으로 대역폭/속도 및 다른 한편으로 응답도 사이의 절충을 제시하고; 이런 구조체는 일반적으로 특정 애플리케이션에 의해 부과된 기준들에 의존한다. 상단 금속 층(122)의 접촉 금속의 중심 구역이 제거되어, 링-형상 금속 접촉부만을 남기는 경우, 균일한 접촉부(116)를 가진 NIPD(102)와 달리 링 접촉부(118)를 가진 NIPD(102)가 또한 상단 조명과 함께 사용될 수 있다는 것을 주목하라.
다양한 실시예들에 따라, NIPD들(100, 102)은 자가-테스트 기능성을 가능하게 하기 위해 NIPD들(100, 102)에 기판과 평면 내에서 이동하는 광을 커플링하는 것을 허용하는 기판(104) 내에서 패터닝된 도파관 구조체들로 강화된다. 도 2 및 도 3은 이 목적을 위해 이용될 수 있는 2 개의 예시적인 도파관 구조체의 개략적인 평면도들이다. 구조체들은 NIPD들(100, 102)의 평면내 응답도를 최대화하고 자가-테스트들 동안 광학 반사를 최소화하는 관점으로 설계될 수 있다. 후자는 비트 오류율에 영향을 줄 수 있고, 그러므로 자가-테스트의 품질 및 유용성에 영향을 준다.
도 2는 다양한 실시예들에 따른 NIPD(202)(이를테면 NIPD(100 또는 102))에 커플링하기 위한 예시적인 펼쳐진 도파관 구조체(200)의 개략적인 평면도이다. 도파관 구조체(200)는 NIPD(202)의 직경(206)보다 실질적으로 더 작은 폭을 가진 도파관 부분(204)으로부터 NIPD(202)의 직경(206)과 폭이 유사한(또는 NIPD(202)의 직경(206)을 초과하는) 스트립 부분(208)(또는 간단히 "스트립(strip)")으로 넓어진다. 이 논의의 목적들을 위해, 직경(206)은 층진 p-i-n 디스크에서의 활성 구역의 가장 큰 직경, 예컨대 도 1a 및 도 1c에 도시된 실시예들에서 n-타입 층(110)의 직경을 나타낸다. NIPD(202)는 예컨대 5 ㎛ 내지 50 ㎛의 직경(206)을 가질 수 있다. 더 좁은 도파관 부분(204)은 일반적으로 예컨대 5 ㎛ 미만의 단일-모드 라우팅에 적합한 폭을 가지며; 다양한 실시예들에 따라, 도파관 부분(204)의 폭은 그 폭이 NIPD(202)의 직경보다 "실질적으로 더 작은" 것으로 여겨지는 NIPD(202)의 직경의 절반 미만이다. NIPD(202) 아래에 배치된 스트립 부분(208)은, 더 좁은 스트립 부분(208)이 또한 가능하지만, 도 2에 도시된 바와 같이, 폭이 NIPD(202)를 완전히 포함할 수 있다. 다양한 실시예들에서, 스트립 부분(208)은 NIPD 직경의 50% 내지 200%의 폭을 가진다. 스트립(208)은 NIPD(202)를 넘어 여러 NIPD 직경들(206)을 연장한 다음 종료될 수 있다. 선택적으로, 스트립(208)은 종료 전에 테이퍼링(taper)할 수 있거나, 종료 표면에서 거칠어지거나, 그렇지 않으면 종료 단부에서 반사들을 회피 또는 감소시키도록 구조화될 수 있다.
펼쳐진 부분(210)에서, 도파관 구조체(200)의 폭은 도 2에 도시된 바와 같이, 도파관 부분(204)의 더 좁은 폭으로부터 스트립 부분(208)의 더 큰 폭으로 선형으로 증가할 수 있다. 대안적으로, 펼쳐진 부분(210)은 더 좁은 도파관 부분(204)과 스트립 부분(208) 사이에 더 부드러운 전이를 제공하는 약간의 곡률을 가질 수 있다. NIPD 구조체의 자가-테스트 모드 동안, 도파관 부분(204) 아래로 전파되는 광학 모드는 펼쳐진 부분(210)에서 팽창하고 스트립 부분(208)에서 측방향으로만 약하게 안내되거나 안내되지 않는다. NIPD(202) 아래 구역에서, 광은 스트립(208)으로부터 NIPD(202)로 흡수되고, 이는 NIPD(202)의 광학 성능이 측정되게 한다. 스트립(208)이 NIPD(202) 아래에 균일한 실리콘 층을 형성하기 때문에, 스트립(208)의 존재는 NIPD(202)의 수직-입사 흡수에 아무런 영향을 주지 않고, 이는 정상 동작 동안 NIPD의 높은 수직-입사 성능이 유지되도록 보장한다.
펼쳐진 도파관 구조체(200)는 도파관 구조체(200)의 양측들에 좁은 채널들(212)을 형성하여, 그 사이에 도파관 구조체(200)를 정의함으로써 SOI 기판의 실리콘 디바이스 층에 생성될 수 있다. 채널들(212) 및 도파관 구조체(200) 외측 및 둘레 구역들(214)은 (도시된 바와 같이) 고체 실리콘 층이 남겨질 수 있거나, 또는 관련 기술분야에서 통상적인 바와 같이, 실리콘 디바이스 층에 걸쳐 실리콘 밀도의 더 큰 균일도를 달성하기 위해 몇몇 규칙적 충전 패턴(fill pattern)(예컨대, 격자 배열의 실리콘 포스트(post)들)에 따라 구조화될 수 있다. 채널들을 형성하기 위한 실리콘 디바이스 층의 패터닝 및 선택적으로 충전 패턴은 표준 포토리소그래픽 및 에칭 기법들을 사용하여 달성될 수 있다.
도파관 폭들이 NIPD들의 직경보다 보통 실질적으로 더 작기 때문에, 펼쳐진 도파관 구조체(200)가 많은 PIC 설계들에 사용될 수 있지만, 일부 PIC들에서, NIPD에 커플링하기 위한 신호를 운반하는 도파관이 NIPD의 직경보다 큰(예컨대, 적어도 절반) 정도의 폭을 가질 수 있고; 그런 경우, 아래에 있는 도파관으로부터 NIPD로의 커플링은 원칙적으로 위에 설명된 바와 동일하게 작동하지만, 중재된 펼쳐진 도파관 부분은 필요하지 않다는 것이 주목된다.
도 3은 다양한 실시예들에 따라 NIPD(302)(이를테면 NIPD(100 또는 102))에 커플링하기 위한 예시적인 랩-어라운드 도파관 구조체(300)의 개략적인 평면도이다. 도파관 구조체(300)는 평면도에서, 광을 직접적으로 또는 간접적으로 p-i-n 디스크에 커플링하기 위해 NIPD(302)의 p-i-n 디스크의 원주의 적어도 일부를 중심으로 원호로 만곡한다. 예컨대, 도 4a-도 4d의 단면도들을 참조하여 아래에 더 상세히 설명된 바와 같이, (평면도에서) p-i-n 디스크의 하단 층(예컨대, n-타입 층(110))의 에지를 따라 아래에 형성된 도파관 구조체(300)의 곡선형 또는 랩-어라운드 부분은 광을, p-i-n 디스크 아래에 있는 기판의 반도체 디바이스 층에 형성된 디스크에 측방향으로 커플링하거나(이어서 광을 p-i-n 디스크에 수직으로 커플링함), 또는 p-i-n 디스크에 직접적으로 수직으로 커플링할 수 있다. 도파관 구조체(300)는 아래에 형성된 p-i-n 디스크 또는 반도체 디스크에 최적 커플링을 제공하도록 설계된 도파관 폭 및 모달 인덱스(modal index)를 가질 수 있고, 재반사들을 최소화하기 위해 종료 전에 더 좁은 폭으로 테이퍼링할 수 있다. 도 2의 펼쳐진 도파관 구조체(200)와 같이 랩-어라운드 도파관 구조체(300)는 도파관 구조체(300)의 양측들에 좁은 채널들(304)을 형성함으로써 SOI 기판의 실리콘 디바이스 층에 생성될 수 있다.
도 4a-도 4d는 다양한 실시예들에 따라, 핸들(400), 절연체(예컨대, 매립된 산화물) 층(402) 및 반도체 디바이스 층(404)을 포함하는 SOI 기판에 형성된 NIPD(302) 및 연관된 랩-어라운드 도파관 구조체(300)의 다양한 층 구조체들의 개략적인 단면도들이다. 도 4a-도 4d의 다음 설명 동안 참조의 용이함을 위해, 디바이스 층(404)은 실리콘으로 만들어지는 것으로 여겨지지만; 다른 적합한 반도체 재료들은 또한 사용될 수 있다. 묘사된 예에서, 도 1a의 p-i-n 구조체는 본딩 층(406)(그러나, 이는 선택적임)에 의해 실리콘 디바이스 층(404)으로부터 분리되고, 상단 클래딩(408)에 의해 커버되는 것으로 도시된다. n-타입 층(110) 위의 접촉 금속(124)에 전기 연결을 제공하는 금속 비아(via)(410)가 또한 도시된다.
도 4a는, 실리콘 디바이스 층(404)이 p-i-n 디스크의 n-타입 층(110)의 실질적으로 에지를 따라(그리고 아래에) 도파관(422)을 형성하기 위해 부분적으로 에칭되어, p-i-n 디스크 아래의 실리콘 디바이스 층(404)에 고체 실리콘 디스크(424)를 남기는 예시적인 층 구조체(420)를 도시한다. 광학 모드(426)는 곡선형 도파관(422)을 실리콘 디스크(424)로, 이어서 실리콘 디스크(424)로부터 p-i-n 디스크에까지(예컨대, n-타입 층(110)을 통해 활성 층(112)에) 커플링한다. 도시된 바와 같이, 실리콘 디바이스 층(404)은 또한 충전 패턴(428)을 형성하기 위해 NIPD를 둘러싸는 구역에서 에칭될 수 있다.
도 4b는, 실리콘 디바이스 층(404)이 p-i-n 디스크 아래의 구역에서 매립된 산화물(402)까지 완전히 에칭되는 약간 변화된 층 구조체들(430)을 도시한다. (이 경우에, 랩-어라운드 도파관(432)의 내부 벽은 암묵적으로 형성되는 반면, 외부 벽은 실리콘 디바이스 층(404)에 에칭된 채널에 의해 정의된다). 랩-어라운드 도파관(432)은, 이 실시예에서, (예컨대, 도시된 바와 같이, 활성 층(112)의 에지 아래에 위치되도록) 약간 내향으로 이동되고, 광학 모드(434)는 도파관(432)으로부터 p-i-n 디스크 내로 수직으로 직접 커플링된다. 도 4c는, p-i-n 디스크 아래의 구역의 실리콘이 단지 부분적으로만 에칭되어, 균일한 두께의 실리콘 디스크(442)를 남기는 층 구조체(440)를 제공하고, 그렇지 않으면 도 4b의 구조체와 유사하다. 유리하게, p-i-n 디스크 아래의 실리콘 디바이스 층(404)을 부분적으로 또는 완전히 에칭하는 것은, (도 4a의 구조체(420)와 비교할 때) 기판에 대한 p-i-n 디스크의 더 낮은 본딩 품질이라는 희생을 치르더라도, 4b 및 도 4c에 도시된 바와 같이, 아래로부터 디스크에 커플링되는 광의 광학 손실들을 낮춘다.
도 4d는 (도 4a의 구조체(420)의 경우와 같이) p-i-n 디스크 아래에 전체-두께 실리콘 디스크를 보유하고 (도 4b의 구조체(430)에 대한 경우와 같이) 실리콘을 제거하거나 또는 (도 4c의 구조체(440)에 대한 경우와 같이) 두께를 적어도 감소시키는 것 사이를 중재하고, 이에 의해 이익들 및 손해들을 밸런싱하는 예시적인 층 구조체(450)를 도시한다. 이 층 구조체(450)에서, 충전 패턴(452)은 우수한(그러나 최적이 아닌) 본딩과 낮은(그러나 최적이 아닌) 광학 손실들 사이의 절충을 위해 p-i-n 디스크 아래의 실리콘에 생성된다. p-i-n 디스크 아래의 에칭된 실리콘 충전 패턴은 또한 산란을 통해 NIPD 활성 층(112)에서 더 균일한 광 세기를 생성할 수 있고, 개선된 캐리어 추출 및 대역폭을 초래할 수 있다. 실리콘이 제거된 충전 패턴의 구역들은 클래딩 재료(예컨대, 절연체 층(402)에 사용된 것과 동일함)로 충전된다.
본원에 설명된 NIPD들(202, 302) 및 연관된 도파관 구조체들(200, 300)은 다양한 광학 통신 애플리케이션들 및 파장 영역들에 사용될 수 있다. 아래에 더 상세히 설명된 일 예시적인 애플리케이션은 통합된 광학 트랜시버이다. NIPD들(202, 302)이 사용될 수 있는 다른 영역들은 감지, 이미징, 또는 라이더(lidar) 애플리케이션들을 포함한다. 예컨대, NIPD들의 큰 어레이를 포함하는 적외선 카메라에서, 설명된 NIPD 실시예들로 인에이블된 자가-테스트 기능성은 기능적 화소 및 손상된 화소를 식별하는 데 사용될 수 있다. 이런 자가-테스트는 또한 코히어런트 적외선 이미징(즉, 위상 배열 검출기)에 유리할 수 있고, 여기서 국부 발진기(즉, 레이저)는 각각의 NIPD 이전의 인입 신호와 혼합된다.
이제 광학-트랜시버 애플리케이션들을 참조하면, 도 5는 다양한 실시예들에 따른 예시적인 광학 트랜시버(500)의 다양한 광학 컴포넌트들의 개념도를 도시한다. 단일 기판 또는 다이 상에 집적될 수 있는 광학 컴포넌트들은 하나 이상의 송신기(502), 광학 스위치(504) 및/또는 파장 멀티플렉서(505), 송신기 출력 포트(506), 수신기들(508)로 역할을 하는 하나 이상의 NIPD 및 선택적으로 수신기들(508)과 연관된 전력 분할기(510)를 포함한다. 상이한 개별 파장들에서 동작하는 다수의 송신기(502)는 상이한 신호 채널들을 제공하는 역할을 하고, 다수의 개별 수신기(508)는 자신의 NIPD 층들의 재료 선택들 및 두께들을 통해 개별 파장들에 최적화 또는 맞춤화될 수 있다. 묘사된 예에서, 광학 트랜시버(500)는 2 개의 송신기(502) 및 2 개의 개별 수신기(508)를 포함한다. 그러나, 광학 트랜시버(500)가 2 개 이상의 송신기(502) 및 수신기(508)를 포함할 수 있고, 실제로 종종 포함하는 것이 이해되어야 한다.
송신기들(502)은 레이저 및 위상 및/또는 진폭 변조 형태로 레이저에 의해 생성된 광 상에 전자 신호를 부여하는 연관된 전자-광학 변조기에 의해 각각 구현될 수 있다. 예컨대 AWG(arrayed waveguide grating)로서 구현된 멀티플렉서(505)는 다수의 송신기(502)로부터의 신호들을 멀티플렉서(505)의 출력에서 단일 도파관으로 운반되는 멀티플렉싱된 신호로 결합할 수 있다. 멀티플렉서(505)는 (통상적으로 전자) 제어 신호에 응답하여, 트랜시버(500)의 정상 동작 모드 동안 송신기 출력 포트(506)에, 또는 "루프-백" 또는 자가-테스트 모드 동안 수신기(들)(508)에 중 어느 하나에 멀티플렉싱된 광학 신호를 선택적으로 지향시키는 광학 스위치(504)로도 쓰일 수 있다. 제어 신호는 예컨대, 광학 트랜시버의 제어 프로세서에 의해, 또는 프로브-헤드 스택(probe-head stack)을 통해 인터페이싱하는 웨이퍼 테스트 툴에서의 웨이퍼-레벨 테스팅 동안, 웨이퍼-레벨 테스트 프로그램에 쓰여진 제어 프로그램에 의해 제공될 수 있다. 자가-테스트 모드를 인에이블하거나 디스에이블하는 광학 스위칭 기능성은 예컨대, 멀티플렉서 내의 신호들의 광학 경로-길이들을 변화시켜, 멀티플렉서(505)를 각각 송신기 출력 포트(506) 및 수신기(들)(508)에 광학적으로 연결하는 2 개의 출력 중 하나 또는 다른 하나에 신호들을 포커싱하는 멀티플렉서 내의 히터 또는 다른 활성 튜닝 엘리먼트에 의해 제공될 수 있다. 단일 송신기(502)만을 갖는 실시예들에서, 예컨대 마하-젠더(Mach-Zehnder) 변조기에 의해 구현된 더 간단한 광학 스위치(504)는 멀티플렉서(505)를 대신할 수 있다. 그런 광학 스위치(504)는 또한, 스위치(504)로서 멀티플렉서(505)를 사용하는 것에 대한 대안으로, 다수의 송신기(502)를 가진 실시예들에서 멀티플렉서(504)의 출력에 개별 컴포넌트로서 사용될 수 있다. 멀티플렉서(505)에 의해 출력된 신호는 먼저 전력 분할기(510)로 전송될 수 있고, 전력 분할기(510)는 예컨대 묘사된 바와 같이 2 개의 수신기(508)에 대해 1x2 비율로 다수의 수신기(508) 사이에서 신호를 분할한다. 수신기들(508)은 송신기들(502) 중 단지 하나(수신기(508)가 그 파장만을 테스트하도록 설계된 파장의 신호를 생성하는 송신기(502), 또는 차례로 모든 파장을 테스트할 각각의 송신기)만을 턴 온함으로써 한번에 하나씩 테스트될 수 있다.
일부 실시예들에 따라, 광학 트랜시버(500)의 다양한 컴포넌트들은 이종 실리콘/III-V 통합을 사용하는 단일 PIC의 부분으로 생성된다. 일반적으로, 집적된 광학 트랜시버를 제조하는 것은 층-퇴적, 본딩 및 감산 패터닝 또는 부가 패터닝 단계들의 시퀀스를 포함한다. 이에 따른 디바이스 구조체들을 생성하기 위한 이들 단계들을 수행하기 위한 몇몇 기법들은 통상의 기술자들에게 알려져 있다. 실리콘, III-V, 클래딩 또는 금속 접촉 층들의 퇴적은 예컨대 다른 기법들 중에서, 화학 기상 증착, 스퍼터링 또는 화학 또는 분자 빔 에피택시에 의해 달성될 수 있다. 퇴적된 층들은 디바이스 구조체들을 포토리소그래픽적으로 정의하고, 그 다음 감산 프로세스들, 이를테면 습식 또는 건식 에칭, 또는 가산 프로세스들 이를테면 리프트-오프(lift-off) 또는 전기 도금에 의해 정의된 구조체들을 제조함으로써 물리적으로 패터닝될 수 있다. 다양한 실시예들에서, p-i-n 구조체가 형성될 III-V 스택은 별도로 생성되고 이어서 패터닝된 SOI 기판(디바이스 층에 이미 형성된 도파관들 및 다른 광학 구조체들을 가짐)에 본딩된다. 이어서, III-V 스택은 p-i-n 메사(예컨대, 디스크)의 다양한 층들을 형성하기 위해 패터닝되고, 접촉 금속들은 n-타입 및 p-타입 층들에 전기 연결부들을 수립하도록 생성될 수 있다. 일부 실시예들에서, 상단 클래딩은 III-V 구조체를 밀봉하기 위해 (예컨대, n-타입 층 상에 접촉 금속 링의 형성 이후) 퇴적된다. 상단 클래딩은 연관된 접촉 금속을 형성하기 위해 p-타입 층을 노출시키고 그리고/또는 n-타입 층의 접촉 금속 링에 연결을 위한 비아들을 형성하기 위해 패터닝 및 에칭될 수 있다. 다수의 PIC는 일반적으로 단일 웨이퍼 상에 동시에 생성되고, 이어서 단일 웨이퍼는 단일 PIC에 각각 대응하는 개별 칩들(또는 다이들)로 다이싱될 수 있다.
완전한 트랜시버 패키지를 어셈블리하기 위해, PIC 다이는 PIC에 대한 전기 및/또는 광학 연결들을 제공하는 어셈블리-레벨 기판에 플립-칩-본딩(flip-chip-bond)될 수 있고; 어셈블리-레벨 기판은 또한 트랜시버 PIC 및 동일한 패키지에 사용된 임의의 부가적인 광자 및/또는 전자 모듈들(이를테면 예컨대, 도 7에 묘사된 제어 ASIC(706), 마이크로제어기(708) 또는 칩셋(710))에 대한 공통 기판으로 역할을 할 수 있다. 어셈블리는 값비싸고, 그러므로 PIC들은 일반적으로 웨이퍼 제조의 완료 시 테스트되고, 높은 품질을 가진 PIC들만을 통과시키는 것은 웨이퍼-레벨로부터 어셈블리-레벨 제조로 방출된다. 광학 트랜시버의 개별 컴포넌트들은 송신기 레이저로부터 시작하여 NIPD에서 종료되게 순차적으로 테스트될 수 있다. 웨이퍼-레벨 테스팅 동안, NIPD는 일반적으로 (광전류와 전류를 유발하는 검출기에 입사하는 세기 사이의 비율의 측면에서 측정된) 흡수-기반 광학 응답도에 대해서만 테스트된다. 어셈블리 시, 테스트 시퀀스는 반복될 수 있지만, 광학 송신기를 변조시키기 위한 전기 데이터 소스가 그 지점에서 연결되기 때문에, 고속 데이터 패킷들은 광학 송신기에 인가될 수 있고, 자가-테스트 모드에서, NIPD에 의해 수신된 대응하는 데이터는 자신의 대역폭, 패킷 손실, 및/또는 비트 오류율(BER) 측면에서 NIPD를 또한 특징화하는 데 사용될 수 있다. 부가적인 웨이퍼-레벨 테스팅은 대역폭, 패킷 손실 및/또는 BER을 포함할 수 있지만, 이것은 표준 웨이퍼-레벨 테스트 시스템들에서 종종 이용가능하지 않은 평가이다.
도 6은 다양한 실시예들에 따른, 멀티플렉서(505)를 포함하는 광학 트랜시버(500)에 대한 예시적인 테스트 흐름(600)을 예시하는 흐름도이다. 이 테스트 흐름의 제1 부분(동작들(602-612)에 대응함)은 웨이퍼-레벨 동안 및 어셈블리 레벨 테스팅 동안 둘 모두에 사용될 수 있고, 추가 동작들(614-616)은 어셈블리-레벨 테스트 동안 부가된다. 테스트 흐름(600)은 온-칩 송신기 레이저의 파장을 교정하는 것(동작 602)에서 시작하고 이어서 송신기 레이저 출력 전력의 자가-테스트(동작 604), 송신기 변조기 출력 전력의 자가-테스트(동작 606), 및 멀티플렉서 출력 전력의 자가-테스트(동작 608)로 진행한다. NIPD를 테스트하기 위해, 멀티플렉서(또는 별개의 광학 스위치)는 자가-테스트 모드가 멀티플렉서 출력을 NIPD에 라우팅할 수 있게 하고(동작 610), 여기서 평면내 광은 예컨대, 위에서 설명된 바와 같이, 펼쳐진 또는 랩-어라운드 도파관(200, 300)에 의해 NIPD에 커플링된다. NIPD의 전기 연결부들에서 생성된 결과적인 광전류는 NIPD의 응답도를 결정하기 위해 측정된다(동작 612). 주어진 멀티플렉서 전력(또는 광학 경로에서 다른 이전 컴포넌트들의 출력 전력)에 대해, 통과한 NIPD 성능에 대응하는 최소 측정된 광전류가 수립될 수 있다. 웨이퍼-레벨 테스팅 동안 응답도 자가-테스트를 통과할 때, 광학 트랜시버는 어셈블리로 방출된다. 어셈블리-레벨 테스팅 동안, NIPD의 품질은 추가로 송신기 레이저에 의해 생성된 광 상에 고속 변조 신호를 부여하고(동작 614), 여전히 자가-테스트 모드인 동안, NIPD의 대역폭, 패킷 손실 및/또는 비트 오류율(BER)을 측정(동작 616)하는 것을 특징으로 할 수 있다. 측정된 광전류에 기반하여 NIPD의 이들 및 다른 성능 메트릭들을 평가하는 방식들은 통상의 기술자들에게 잘-알려져 있다.
유리하게, 본원에 설명된 NIPD 구조체들에 의해 인에이블된 자가-테스트는 표준, 대량 제조 장비를 사용하여 NIPD들을 포함하는 광학 트랜시버를 테스팅하는 것을 허용하고, 이는 차례로 신속하고, 저비용의 제품 테스팅을 가능하게 한다.
위에서 논의된 디바이스들, 시스템들 및 방법들은 제조 및 정렬을 위한 웨이퍼-레벨 프로세스들에 의존한다. 대부분 또는 모든 광학 엘리먼트들은 반도체 제조, 이를테면 포토리소그래피 및 에칭을 위해 개발된 성숙된 프로세스들을 통해 형성된다. 예컨대, 현재 포토리소그래피 기법들은 300 mm-직경 실리콘 웨이퍼에 대해 45 nm까지의 피처 크기(feature size)들을 일상적으로 제공할 수 있다.
컴포넌트들이 이산적으로 제조되고 서로 정렬되는 보다 종래의 광학 시스템들과 비교하면, 웨이퍼-레벨 접근법은 상당한 확장성 이익을 제공한다. 포토리소그래피 기계에 대해 시간을 확보하거나 버는 것은 비교적 비쌀 수 있지만, 규모의 경제에 의해 비용이 쉽게 회수될 수 있다. 단일 웨이퍼는 수천 개의 부품들을 생산할 수 있다. 게다가, 부품들 자체는 리소그래픽 프로세스를 통해 서로 정렬되는 컴포넌트들을 포함할 수 있고, 이는 컴포넌트들의 비싸고 지루한 수동 정렬을 회피시킬 수 있다. 게다가, 광학 시스템은 주문형 집적 회로(ASIC)로 패키징되어, 다른 순수하게 전기 ASIC들과 함께 스위칭 시스템들에 통합될 수 있다. ASIC로서의 패키징의 편리성과 함께, 광학 시스템은 이산 컴포넌트들로 형성된 유사한 시스템들보다 더 신뢰성있는 단일-칩 및 고체-상태 디바이스들로 ASIC의 신뢰성을 달성할 수 있다.
도 7은 일부 실시예들에 따른, 광학 트랜시버(700)의 예시적인 구현을 도시한다. 광학 트랜시버(700)는 광학 신호들(예컨대, 데이터가 인코딩된 광학 빔들)을 전송 및 수신할 수 있다. 광학 트랜시버(700)는 데이터 센터 서버들, 광학 이더넷 및 다른 애플리케이션들에 사용하기에 적합하다. 예컨대, 클라우드 데이터 센터 네트워크에서, 광학 트랜시버(700)는 스파인(spine)-스파인 광학 상호연결들, 스파인-리프(leaf) 광학 상호연결들, 및 리프-ToR(top of rack) 광학 상호연결들에 사용될 수 있다. 광학 트랜시버(700)는 또한 다른 적합한 애플리케이션들에 사용될 수 있다.
광학 트랜시버(700)는 광 생성, 광 검출, 광 변조, 광 복조, 광 증폭, 광 감소, 다중-파장 광을 개별 파장들의 광으로 분리, 개별 파장들의 광을 다중-파장 광으로 결합, 전기 도메인과 광학 도메인 사이에서 신호들을 변환 및 다른 적합한 광학 기능들의 임의의 조합을 수행할 수 있는 광자 집적 회로(PIC)(702)를 포함할 수 있다.
도파관들은 광자 집적 회로(702) 안팎으로 광을 전송할 수 있고, 광자 집적 회로(702) 내의 엘리먼트로부터 엘리먼트로 광을 전송할 수 있다. 도파관들은 비교적 낮은 굴절률을 가진 클래딩 재료, 이를테면 실리콘 이산화물에 의해 둘러싸인 비교적 높은 굴절률을 가진 코어 재료, 이를테면 실리콘을 포함할 수 있다. 실리콘 및 실리콘 이산화물 둘 모두는 적외선 파장들, 이를테면 1.2 미크론 내지 3.0 미크론에서 투명하다. 일부 예들에서, 도파관들은 이를테면 매립된 산화물 층 상에 실리콘 층을 가진 기판을 제공하고, 실리콘 층에 트렌치들을 에칭하고, 부가적인 산화물 재료로 트렌치들을 충전하고, 그리고 충전된 트렌치들의 부가적인 산화물 재료를 도파관 위의 원하는 클래딩 두께로 연마함으로써 기판 상의 층들에 형성될 수 있다. 일부 예들에서, 도파관들은 도파관에서의 전파 방향에 직교하는 2 차원으로 광빔을 한정할 수 있고, 전파 방향을 따라 일정한 단면을 유지할 수 있는 리브(rib) 도파관들로 형상화될 수 있다. 일부 예들에서, 리브 도파관들은 평행한 상단 및 하단 표면들(예컨대, 도파관들이 형성된 기판들을 향하고 그로부터 멀어지는 표면들), 및 각진 측 표면들을 가진 사다리꼴 단면을 가질 수 있다. 일부 예들에서, 각도는, 도파관이 직사각형 단면을 가지도록, 90 도일 수 있다. 다른 예들에서, 각도들은 리소그래픽 노출 또는 에칭 프로세스의 제한들로 인해, 90 도에 가까운, 이를테면 80 내지 90 도일 수 있다.
일부 도파관들이 광자 집적 회로의 위치로부터 위치로 광을 전송하도록 의도되는 반면, 다른 도파관들은 도파관들을 통과하는 광에 대한 이득 또는 손실을 의도적으로 부여할 수 있다. 예컨대, 도파관은 활성 부분을 포함할 수 있고, 활성 부분에서, 비활성 실리콘 재료는 광학적으로 활성 재료, 이를테면 InP로 대체될 수 있다.
일부 도파관들은 실리콘 코어 및 실리콘 이산화물 클래딩과 상이한 재료로 형성될 수 있다. 예컨대, 도파관들 중 하나 이상은 광학적으로 비활성인 실리콘 코어의 일부를 활성 재료, 이를테면 InP로 대체할 수 있다. 활성 재료를 전기적으로 바이어싱함으로써, 활성 재료를 통과한 광은 선택적으로 증폭 또는 흡수될 수 있다. 일반적으로, InP는, 덜 투명하고, 더 비싸고, 실리콘보다 더 깨지기 쉽기 때문에, 광학적으로 활성 재료가 필요한 경우에만 사용될 수 있다. 활성 재료는 또한 반도체 산업에서의 공통 기법들을 사용하여 웨이퍼 레벨에서 도파관에 배치될 수 있다.
일부 예들에서, 하나의 도파관으로부터 다른 도파관으로 광을 커플링하는 것이 바람직할 수 있다. 예컨대, 비활성 도파관으로부터 활성 부분을 포함하는 별개의 활성 도파관으로, 이어서 다시 비활성 도파관으로 광을 커플링하는 것이 바람직할 수 있다. 이들 경우들에 대해, 비활성 도파관 위의 별개의 층에 활성 도파관을 위치시키는 것이 편리할 수 있다. 도파관들 사이의 커플링은 도파관들 중 하나 또는 둘 모두의 폭을 적합하게 테이퍼링함으로써 달성될 수 있다. 그런 구성은, 전극들이 활성 재료와 동일한 층에 위치될 수 있도록, 활성 부분의 대향 측들 상에 전극들을 위치시키기에 편리할 수 있다.
일부 예들에서, 활성 재료는 규정된 시간들에서 광을 감쇠시키기 위해 활성 재료를 전기적으로 바이어싱할 수 있는 전자-흡수 변조기를 형성하기 위해 감쇠 재료로서 사용될 수 있다. 전자-흡수 변조기는 광 빔에 느리게-변화하는 감쇠를 부여할 수 있고, 그리고/또는 데이터 신호를 광 빔 상에 부여할 수 있다. 대안적으로, 활성 재료가 활성 도파관에서 광에 이득을 부여하는 데 사용될 때, 비활성 도파관들은 레이저 공동을 형성하기 위해 활성 도파관의 양측(on either side of)에 반사기들을 포함할 수 있다. 일부 예들에서, 그런 레이저 공동은 능동적으로 냉각될 필요가 없고, 이는 전력 요건들을 감소시키고 광자 집적 회로의 전체 설계를 단순화할 수 있다. 일부 예들에서, 출력 광은 레이저 공동으로부터 수직 커플러를 통해 (예컨대, 레이저가 형성된 기판을 향해 또는 기판으로부터 멀어지는 방향으로) 커플링될 수 있다. 그런 수직 커플링은, 레이저 광이 나오는 활성 면을 레이저가 가질 필요가 없다는 점에서 유리할 수 있다. 활성 면들이 열-유도 고장이 발생할 수 있으므로, 활성 면을 생략하는 것은 레이저의 신뢰성 및 수명을 개선시키는 것을 도울 수 있다.
일부 예들에서, 도파관들은 하나 이상의 규정된 파장에서 광을 송신하고, 규정된 파장 또는 파장들과 상이한 파장들에서 광을 감쇠시킬 수 있는 스펙트럼 필터들을 형성하는 데 사용될 수 있다. 예컨대, 페브리-페로(Fabry-Perot) 필터는 도파관의 섹션으로 형성될 수 있고, 섹션은 도파관의 2 개의 반사기에 의해 경계가 지어진다. 페브리-페로 필터는, 반사기들 사이의 왕복 광학 경로 길이가 정수개의 파장들과 동일한 그 파장들에서 투과성이고, 투과 파장들에서 멀리 떨어진 파장들에 대해 감쇠한다. 다른 예로서, 링 공진기는 제1 도파관에 인접하여 형성될 수 있다. 링 공진기 둘레의 왕복 광학 경로 길이는 정수개의 파장들과 동일하고, 제1 도파관에서 광은 링 공진기에 커플링될 수 있고, 링 공진기로부터 링 공진기에 인접한 제2 도파관으로 커플링될 수 있다. 그런 링 공진기는 피크 파장들을 나타내고, 피크 파장들에서 링 공진기로 및 링 공진기 밖으로 커플링이 향상되고, 이들 피크 파장들로부터 멀어진 커플링이 최소가 된다.
비록 이들 스펙트럼 필터들이 수동 방식으로 기능할 수 있지만, 이들 스펙트럼 필터들은 통상적으로, 이들이 능동적으로 제어될 수 있다면 더 유용하다. 예컨대, 페브리-페로 반사기들 사이, 또는 링 공진기 내의 도파관의 일부는 온도의 함수로서 굴절률을 변화시킬 수 있는 광학적으로 활성 재료를 포함할 수 있다. 광학적으로 활성 재료에 인접하게 위치된 히터는 활성 재료의 온도를 제어할 수 있고, 그러므로 스펙트럼 필터 내에서 광학 경로 길이를 제어할 수 있고, 그러므로 스펙트럼 필터가 투과성인 파장(또는 파장들)을 제어할 수 있다. 일부 예들에서, 활성 재료는 비활성 도파관 위의 별개의 층에 위치될 수 있다. 도파관들 사이의 커플링은 도파관들 중 하나 또는 둘 모두의 폭을 적합하게 테이퍼링함으로써 달성될 수 있다. 그런 구성은, 히터가 활성 재료와 동일한 층에 위치될 수 있도록, 활성 재료에 인접하게 히터를 위치시키기에 편리할 수 있다.
마하-젠더 간섭계는 변화하는 굴절률 재료, 이를테면 효율적인 빔 감쇠기 또는 변조기를 형성하기 위하여 가열된 도파관 또는 InP-기반 위상 변조기를 사용할 수 있다. 마하-젠더 간섭계는 입사 빔을 2 개의 빔으로 분할하고, 빔들 중 하나의 광학 경로 길이를 변화시키고, 이어서 출력 빔을 생성하기 위해 2 개의 빔을 간섭할 수 있다. 마하-젠더 간섭계는, 2 개의 아암 사이의 광학 경로 차이가 정수개의 파장들과 동일한 그 파장들에서 투과성이고, 투과 파장들 사이의 파장들에서는 감쇠(가변 정도로)한다. 마하-젠더 간섭계들은, 완전한 투과에서 완전한 감쇠로 선회하는 데 요구되는 광학 경로 차이가 파장의 절반이기 때문에, 효율적인 감쇠기들 또는 변조기들로서 기능할 수 있다.
어레이 도파관 격자, 링 공진기 및/또는 마하-젠더 간섭계 중 하나 이상은 멀티플렉서를 형성하기 위해 결합될 수 있고, 멀티플렉서는 상이한 파장들의 2 개 이상의 입력 빔을 다수의 파장을 가진 단일 출력 빔으로 결합할 수 있다. 유사하게, 이들 엘리먼트들은 또한 디멀티플렉서를 형성하기 위해 결합될 수 있고, 디멀티플렉서는 다수의 파장을 가진 단일 입력 빔을 상이한 파장들의 2 개 이상의 출력 빔으로 분리할 수 있다. 멀티플렉서 및 디멀티플렉서는 데이터 신호(예컨대, 특정 데이터 속도로 변조됨)를 가진 광, 또는 데이터 신호가 없는 비교적 느리게-변화하는 광으로 동작할 수 있다.
광자 집적 회로(702)는 도파관의 감지된 광 레벨에 대한 응답으로 전기 신호를 생성할 수 있는 예컨대 본원에 설명되고 도 1a-도 4d에 묘사된 바와 같이 구성된 하나 이상의 광검출기를 포함할 수 있다. 전기 신호는 광자 집적 회로(702) 상에, 광학 트랜시버(700) 상에, 광자 집적 회로(702)로부터 떨어져, 또는 광학 트랜시버(700)로부터 떨어져 위치된 프로세서에 의해 프로세싱될 수 있다.
광자 집적 회로(702)는 광을 수직으로(예컨대, 광자 집적 회로(702)가 형성된 기판을 향해 또는 기판으로부터 멀어지게) 광자 집적 회로(702) 안팎으로 커플링할 수 있는 하나 이상의 섬유 커플러를 선택적으로 포함할 수 있다. 일부 예들에서, 광섬유 커플러는 비교적 정밀한 기계적 하우징, 이를테면 광학 인터페이스 플랫폼(704)을 포함할 수 있어서, 기계적 하우징은, 섬유가 하우징에 부착될 때 섬유의 위치 및 방향을 결정할 수 있다. 그런 정밀한 하우징은 (섬유의 위치 및/또는 방향이 커플링 효율성을 최적화하기 위해 능동적으로 조정되는 능동 커플링과 반대로) 섬유에 수동 커플링을 허용할 수 있다. 일부 예들에서, 광학 인터페이스 플랫폼(704)은, 비록 다른 값들이 또한 사용될 수 있지만, 동시에 8 개의 섬유들까지 부착 또는 분리할 수 있는 수정가능한 섬유 인터페이스를 포함할 수 있다. 일부 예들에서, 광은 광자 집적 회로와 섬유들 내의 광의 2 개의 직교 편광 사이에 커플링될 수 있다. 출력 커플러에서, 칩 상에서 2 개의 빔은 단일 섬유 상으로 편광-멀티플렉싱될 수 있다.
광자 집적 회로(702)는 다수의 디바이스를 형성하기 위해 위에 설명된 광학 컴포넌트들을 배열할 수 있다.
예컨대, 광자 집적 회로(702)는 LAN-WDM(local area network wavelength division multiplexer) 또는 CWDM(coarse wavelength division multiplexer)으로 구성될 수 있다. 광자 집적 회로(702)는 제1 파장의 제1 광을 방출하기 위한 제1 레이저, 제1 데이터 신호를 제1 광에 부여하기 위한 제1 변조기, 제2 파장의 제2 광을 방출하기 위한 제2 레이저, 제2 데이터 신호를 제2 광에 부여하기 위한 제2 변조기, 변조된 제1 및 제2 광들을 출력 광으로 결합하기 위한 멀티플렉서, 및 출력 광을 광자 집적 회로(702)로부터 광 섬유로 커플링하기 위한 제1 커플러를 포함할 수 있다. 광자 집적 회로(702)는 필요에 따라 부가적인 파장들에서 부가적인 레이저들 및 변조기들을 포함할 수 있다. 표준화된 데이터 속도들이 시간에 따라 증가함에 따라, 변조기들은 더 빠른 속도들로 동작될 수 있어서, 동일한 플랫폼은 광자 집적 회로(702)의 연속 생성들에 사용될 수 있다. 유사하게, 채널 카운트들(예컨대, 출력 광에 존재하는 파장들의 수)이 시간에 따라 증가함에 따라, 부가적인 파장들에서 부가적인 레이저들 및 변조기들의 수는 필요에 따라 증가될 수 있다.
다른 예로서, 광자 집적 회로(702)는 병렬 단일 모드로 동작하도록 구성될 수 있다. 광자 집적 회로(702)는 제1 파장의 제1 광을 방출하기 위한 제1 레이저, 제1 데이터 신호를 제1 광에 부여하기 위한 제1 변조기, 변조된 제1 광을 광자 집적 회로(702)로부터 제1 광 섬유로 커플링하기 위한 제1 커플러, 제2 파장의 제2 광을 방출하기 위한 제2 레이저, 제2 데이터 신호를 제2 광에 부여하기 위한 제2 변조기, 및 변조된 제2 광을 광자 집적 회로(702)로부터 제2 광 섬유로 커플링하기 위한 제2 커플러를 포함할 수 있다. 광자 집적 회로(702)는 필요에 따라 부가적인 파장들에서 부가적인 레이저들, 변조기들 및 커플러들을 포함할 수 있다.
광학 트랜시버(700)는 광자 집적 회로(702)를 제어할 수 있는 제어 ASIC(706)를 포함할 수 있다. 제어 ASIC(706)는 전기 및 광학 신호들 둘 모두를 선택적으로 수용할 수 있다.
광학 트랜시버(700)는 어느 칩들이 서로 통신하는지를 제어할 수 있는 마이크로제어기(708)를 포함할 수 있다. 일부 예들에서, 마이크로제어기(708)는 동기식, 멀티-마스터형, 멀티-슬레이브형, 패킷 교환형, 단일-종단형, 직렬 컴퓨터 버스인 I-제곱-C 관리 인터페이스를 포함할 수 있다. 다른 인터페이스들은 또한 사용될 수 있다.
광학 트랜시버(700)는 데이터 채널들의 수 및 데이터 속도에 대응할 수 있는 칩셋(710)을 포함할 수 있다. 일부 예들에서, 칩셋(710)은 통합 리타이머(retimer)들을 가질 수 있다.
광학 트랜시버(700)는 광학 트랜시버(700)의 모든 엘리먼트들을 기계적으로 지원하는 기판(712)을 포함할 수 있다. 일부 예들에서, 기판(712)은 표준화된 크기 및 구성, 이를테면 14 mm x 14 mm 볼 그리드 어레이 구성을 따를 수 있다. 다른 구성들은 또한 사용될 수 있다.
자가-테스트 기능성을 가진 NIPD들의 상이한 양상들 및 특징들뿐 아니라, 이들이 사용될 수 있는 광학 트랜시버들을 설명하였으므로, 다음의 번호가 매겨진 예들은 예시적인 실시예들로 제공된다:
1. 수직 입사 광검출기 구조체로서: 절연체 상의 반도체(semiconductor-on-insulator)(SOI) 기판 상에 배치된 p-i-n 메사 - p-i-n 메사는 n-타입, 활성, 및 p-타입 반도체 층들을 포함함 -; p-타입 및 n-타입 반도체 층들과 접촉하는 금속 접촉부들; 및 SOI 기판의 반도체 디바이스 층에 형성되고 광을 p-i-n 메사에 동작가능하게 커플링하도록 구성된 도파관을 포함한다.
2. 예 1의 광검출기 구조체에 있어서, 도파관은 p-i-n 메사의 직경의 절반보다 더 작은 폭으로부터 p-i-n 메사의 직경의 적어도 절반을 포함하도록 치수화되고 위치된 p-i-n 메사 아래의 스트립으로 펼쳐지고, 스트립은 p-i-n 메사의 하단 표면을 통해 p-i-n 메사로 광을 동작가능하게 커플링한다.
3. 예 1의 광검출기 구조체에 있어서, 도파관은 직접적으로 p-i-n 메사에 또는 p-i-n 메사 아래의 반도체 디바이스 층에 형성된 반도체 구조체에 중 적어도 하나에 광을 동작가능하게 커플링하기 위해 p-i-n 메사의 에지를 따르고 그리고 그 아래에 형성된 랩-어라운드(wrap-around) 부분을 포함한다.
4. 예 3의 광검출기 구조체에 있어서, p-i-n 메사의 에지를 따라 그리고 그 아래에 형성된 도파관의 부분은 도파관의 종단 단부에서 더 좁은 폭으로 테이퍼링(taper)된다.
5. 예 3 또는 예 4의 광검출기 구조체에 있어서, 반도체 디바이스 층은 도파관의 랩-어라운드 부분에 의해 둘러싸인 p-i-n 메사 아래의 구역에서 적어도 부분적으로 에칭된다.
6. 예 3 또는 예 4의 광검출기 구조체에 있어서, 반도체 디바이스 층은 도파관의 랩-어라운드 부분에 의해 둘러싸인 p-i-n 메사 아래의 구역에서 에칭되지 않고 남겨진다.
7. 예 3 또는 예 4의 광검출기 구조체에 있어서, 반도체 디바이스 층은 도파관의 랩-어라운드 부분에 의해 둘러싸인 p-i-n 메사 아래의 구역에서 충전 패턴(fill pattern)에 따라 패터닝된다.
8. 예 1 내지 예 7 중 어느 한 예의 광검출기 구조체에 있어서, p-i-n 메사의 층들은 SOI 기판에 가장 가까운 n-타입 층, 하나 이상의 n-타입 층 위의 활성 층, 및 활성 층 위의 하나 이상의 p-타입 층으로 배열되고, 하나 이상의 p-타입 층은 적어도 p-타입 접촉 층을 포함한다.
9. 예 8의 광검출기 구조체에 있어서, p-타입 접촉 층은 균일하다.
10. 예 8의 광검출기 구조체에 있어서, p-타입 접촉 층은 링-형상이다.
11. 예 1 내지 예 10의 광검출기 구조체에 있어서, p-i-n 메사는 III-V 재료들로 만들어진다.
12. 반도체 기판 상에 집적된 광학 트랜시버로서, 광학 트랜시버는: 기판의 디바이스 층에 적어도 부분적으로 형성된 하나 이상의 광학 송신기; 송신기 출력 포트; 전기 연결부들을 가진 p-i-n 메사에 의해 기판 상에 형성된 수직 입사 광검출기, 및 기판의 디바이스 층에 형성되고 p-i-n 메사에 광을 커플링하도록 구성된 도파관을 각각이 포함하는 하나 이상의 광학 수신기; 및 하나 이상의 광학 송신기를 정상 동작 모드에서 송신기 출력 포트에 또는 자가-테스트 모드에서 하나 이상의 광학 수신기의 도파관들에 중 어느 하나에 선택적으로 커플링하도록 구성된 광학 스위치를 포함한다.
13. 예 12의 광학 트랜시버에 있어서, 다수의 개별 동작 파장에 대한 다수의 개별 광학 수신기 및 다수의 광학 송신기를 포함하고, 광학 스위치는 다수의 광학 송신기로부터 수신된 광학 신호들을 멀티플렉싱하도록 추가로 구성된 파장 멀티플렉서를 포함한다.
14. 예 12 또는 예 13의 광학 트랜시버에 있어서, 광학 수신기들 중 적어도 하나의 도파관은 p-i-n 메사의 직경의 절반보다 더 작은 폭으로부터 p-i-n 메사의 직경의 적어도 절반을 포함하도록 치수화되고 위치된 p-i-n 메사 아래의 스트립으로 펼쳐지고, 스트립은 p-i-n 메사의 하단 표면을 통해 p-i-n 메사로 광을 동작가능하게 커플링한다.
15. 예 12 또는 예 13의 광학 트랜시버에 있어서, 도파관은 직접적으로 p-i-n 메사에 또는 p-i-n 메사 아래의 반도체 디바이스 층에 형성된 반도체 구조체에 중 적어도 하나에 광을 동작가능하게 커플링하기 위해 p-i-n 디스크의 에지를 따르고 그리고 그 아래에 형성된 랩-어라운드 부분을 포함한다.
16. 광학 송신기 및 광학 수신기를 포함하는 광학 트랜시버를 테스팅하는 방법으로서, 광학 수신기는 NIPD(normal incidence photodetector) 및 평면내 광을 NIPD에 커플링하도록 구성된 연관된 도파관 구조체를 포함하고, 방법은: 광학 송신기로 광학 신호를 생성하는 단계; 광학 송신기의 출력을 NIPD와 연관된 도파관 구조체에 선택적으로 커플링하여, 광학 신호가 NIPD에 커플링되는 단계; 및 수신기의 응답도를 결정하기 위해 NIPD에서 광전류를 측정하는 단계를 포함한다.
17. 예 16의 방법에 있어서, 광학 신호에 고속 데이터를 부여하기 위해 광학 신호를 변조하는 단계; 및 광학 수신기에서 수신된 데이터의 대역폭, 패킷 손실 또는 비트 오류율 중 적어도 하나를 결정하는 단계를 더 포함한다.
18. 예 16 또는 예 17에 있어서, 광학 송신기는 송신기 레이저 및 송신기 변조기를 포함하고 광학 트랜시버는 멀티플렉서를 더 포함하고; 방법은 송신기 레이저의 파장을 교정하는 단계, 송신기 레이저의 출력 전력을 측정하는 단계, 송신기 변조기의 출력 전력을 측정하는 단계, 및 멀티플렉서의 출력 전력을 측정하는 단계를 더 포함하고; NIPD의 응답도는 측정된 광전류 및 멀티플렉서의 측정된 출력 전력에 기반하여 결정된다.
19. 예 16 내지 예 18 중 어느 한 예의 방법에 있어서, 도파관 구조체는 NIPD의 직경의 절반보다 더 작은 폭으로부터 NIPD의 직경의 적어도 절반을 포함하는 NIPD 아래의 스트립으로 펼쳐지고, 광학 신호는 스트립으로부터 NIPD로 수직으로 커플링된다.
20. 예 16 내지 예 18 중 어느 한 예의 방법에 있어서, 도파관 구조체는 NIPD의 에지를 따라 그리고 그 아래에 형성된 랩-어라운드 부분을 포함하고, 광학 신호는 직접적으로 NIPD에 또는 NIPD 아래의 층에 형성된 반도체 구조체에 중 적어도 하나에 커플링된다.
비록 본 발명의 청구 대상이 특정 예시적 실시예를 참조하여 설명되었지만, 다양한 수정들 및 변화들이 본 발명의 청구 대상의 더 넓은 사상 및 범위에서 벗어나지 않고 이들 실시예들에 대해 이루어질 수 있다는 것이 명백할 것이다. 따라서, 명세서 및 도면들은 제한적인 의미보다 예시인 것으로 간주되어야 한다.

Claims (20)

  1. 수직 입사 광검출기 구조체로서,
    절연 언더클래딩(undercladding)의 위에 반도체 디바이스 층을 포함하는 절연체 상의 반도체(semiconductor-on-insulator)(SOI) 기판의 반도체 디바이스 층에 본딩되고 III-V족 재료들로 만들어지는 p-i-n 메사(mesa) - 상기 p-i-n 메사는 n-타입, 활성 및 p-타입 반도체 층들을 포함함 -;
    상기 p-타입 및 n-타입 반도체 층들과 접촉하는 금속 접촉부들; 및
    상기 SOI 기판의 상기 반도체 디바이스 층에 형성되고 상기 p-i-n 메사에 광을 동작가능하게 커플링하도록 구성된 반도체 도파관을 포함하는, 수직 입사 광검출기 구조체.
  2. 제1항에 있어서, 상기 도파관은 상기 p-i-n 메사의 직경의 절반보다 더 작은 폭으로부터 상기 p-i-n 메사의 직경의 적어도 절반을 포함하도록 치수화되고 위치된 상기 p-i-n 메사 아래의 스트립(strip)으로 펼쳐지고, 상기 스트립은 상기 p-i-n 메사의 하단 표면을 통해 상기 p-i-n 메사로 광을 동작가능하게 커플링하는, 수직 입사 광검출기 구조체.
  3. 제1항에 있어서, 상기 도파관은 직접적으로 상기 p-i-n 메사에 또는 상기 p-i-n 메사 아래의 상기 반도체 디바이스 층에 형성된 반도체 구조체에 중 적어도 하나에 광을 동작가능하게 커플링하기 위해 상기 p-i-n 메사의 에지를 따르고 그리고 그 아래에 형성된 랩-어라운드(wrap-around) 부분을 포함하는, 수직 입사 광검출기 구조체.
  4. 제3항에 있어서, 상기 p-i-n 메사의 에지를 따라 그리고 그 아래에 형성된 상기 도파관의 부분은 상기 도파관의 종단 단부에서 더 좁은 폭으로 테이퍼링(taper)되는, 수직 입사 광검출기 구조체.
  5. 제3항에 있어서, 상기 반도체 디바이스 층은 상기 도파관의 상기 랩-어라운드 부분에 의해 둘러싸인 상기 p-i-n 메사 아래의 구역에서 적어도 부분적으로 에칭되는, 수직 입사 광검출기 구조체.
  6. 제3항에 있어서, 상기 반도체 디바이스 층은 상기 도파관의 상기 랩-어라운드 부분에 의해 둘러싸인 상기 p-i-n 메사 아래의 구역에서 에칭되지 않고 남겨지는, 수직 입사 광검출기 구조체.
  7. 제3항에 있어서, 상기 반도체 디바이스 층은 상기 도파관의 상기 랩-어라운드 부분에 의해 둘러싸인 상기 p-i-n 메사 아래의 구역에서 충전 패턴(fill pattern)에 따라 패터닝되는, 수직 입사 광검출기 구조체.
  8. 제1항에 있어서, 상기 p-i-n 메사의 층들은 상기 SOI 기판에 가장 가까운 하나 이상의 n-타입 층, 상기 하나 이상의 n-타입 층 위의 상기 활성 층, 및 상기 활성 층 위의 상기 하나 이상의 p-타입 층으로 배열되고, 상기 하나 이상의 p-타입 층은 적어도 p-타입 접촉 층을 포함하는, 수직 입사 광검출기 구조체.
  9. 제8항에 있어서, 상기 p-타입 접촉 층은 균일한, 수직 입사 광검출기 구조체.
  10. 제8항에 있어서, 상기 p-타입 접촉 층은 링-형상인, 수직 입사 광검출기 구조체.
  11. 삭제
  12. 반도체 기판 상에 집적된 광학 트랜시버로서, 상기 광학 트랜시버는:
    상기 기판의 디바이스 층에 적어도 부분적으로 형성된 하나 이상의 광학 송신기;
    송신기 출력 포트;
    전기 연결부들을 가진 p-i-n 메사에 의해 상기 기판 상에 형성된 수직 입사 광검출기, 및 상기 기판의 디바이스 층에 형성되고 상기 p-i-n 메사에 광을 커플링하도록 구성된 도파관을 각각이 포함하는 하나 이상의 광학 수신기 - 상기 p-i-n 메사는 III-V족 재료들로 만들어짐 - ; 및
    정상 동작 모드에서 상기 송신기 출력 포트에 또는 자가-테스트 모드에서 상기 하나 이상의 광학 수신기의 도파관들에 중 어느 하나에 상기 하나 이상의 광학 송신기를 선택적으로 커플링하도록 구성된 광학 스위치를 포함하는, 광학 트랜시버.
  13. 제12항에 있어서, 다수의 개별 동작 파장에 대해 구성된 다수의 개별 광학 수신기 및 다수의 광학 송신기를 포함하고, 상기 광학 스위치는 상기 다수의 광학 송신기로부터 수신된 광학 신호들을 멀티플렉싱하도록 추가로 구성된 파장 멀티플렉서를 포함하는, 광학 트랜시버.
  14. 제12항에 있어서, 상기 광학 수신기들 중 적어도 하나의 상기 도파관은 상기 p-i-n 메사의 직경의 절반보다 더 작은 폭으로부터 상기 p-i-n 메사의 직경의 적어도 절반을 포함하도록 치수화되고 위치된 상기 p-i-n 메사 아래의 스트립으로 펼쳐지고, 상기 스트립은 상기 p-i-n 메사의 하단 표면을 통해 상기 p-i-n 메사로 광을 동작가능하게 커플링하는, 광학 트랜시버.
  15. 제12항에 있어서, 상기 도파관은 직접적으로 상기 p-i-n 메사에 또는 상기 p-i-n 메사 아래의 상기 디바이스 층에 형성된 반도체 구조체에 중 적어도 하나에 광을 동작가능하게 커플링하기 위해 상기 p-i-n 메사의 에지를 따르고 그리고 그 아래에 형성된 랩-어라운드 부분을 포함하는, 광학 트랜시버.
  16. 절연 언더클래딩의 위에 반도체 디바이스 층을 포함하는 단일 기판 상에 집적된 광학 송신기 및 광학 수신기를 포함하는 광학 트랜시버를 테스팅하는 방법으로서,
    상기 광학 수신기는 상기 기판의 상기 반도체 디바이스 층에 본딩된 NIPD(normal incidence photodetector) 및 상기 NIPD 아래의 상기 기판의 상기 반도체 디바이스 층에 형성되고 평면내 광을 상기 NIPD에 커플링하도록 구성된 연관된 도파관 구조체를 포함하고, 상기 NIPD는 III-V족 재료들로 만들어지는 p-i-n 메사를 포함하며, 상기 방법은:
    상기 광학 송신기로 광학 신호를 생성하는 단계;
    상기 광학 송신기의 출력을 상기 NIPD와 연관된 상기 도파관 구조체에 선택적으로 커플링하여, 상기 광학 신호가 상기 NIPD에 수직으로 커플링되는 단계; 및
    상기 수신기의 응답도를 결정하기 위해 상기 NIPD에서 광전류를 측정하는 단계를 포함하는, 방법.
  17. 제16항에 있어서,
    고속 데이터를 상기 광학 신호에 부여하기 위해 상기 광학 신호를 변조하는 단계; 및
    상기 광학 수신기에서 수신된 데이터의 대역폭, 패킷 손실 또는 비트 오류율 중 적어도 하나를 결정하는 단계를 더 포함하는, 방법.
  18. 제16항에 있어서,
    상기 광학 송신기는 송신기 레이저 및 송신기 변조기를 포함하고 상기 광학 트랜시버는 멀티플렉서를 더 포함하고;
    상기 방법은 상기 송신기 레이저의 파장을 교정하는 단계, 상기 송신기 레이저의 출력 전력을 측정하는 단계, 상기 송신기 변조기의 출력 전력을 측정하는 단계, 및 상기 멀티플렉서의 출력 전력을 측정하는 단계를 더 포함하고;
    상기 NIPD의 응답도는 측정된 광전류 및 상기 멀티플렉서의 상기 측정된 출력 전력에 기반하여 결정되는, 방법.
  19. 제16항에 있어서, 상기 도파관 구조체는 상기 NIPD의 직경의 절반보다 더 작은 폭으로부터 상기 NIPD의 직경의 적어도 절반을 포함하는 NIPD 아래의 스트립으로 펼쳐지고, 상기 광학 신호는 상기 스트립으로부터 상기 NIPD로 수직으로 커플링되는, 방법.
  20. 제16항에 있어서, 상기 도파관 구조체는 상기 NIPD의 에지를 따라 그리고 그 아래에 형성된 랩-어라운드 부분을 포함하고, 상기 광학 신호는 직접적으로 수직으로 상기 NIPD 또는 상기 NIPD 아래에 형성된 반도체 구조체 중 적어도 하나에 커플링되는, 방법.
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