(57)【要約】【課題】ウエハ上で光回路の特性を検査する際に、光ファイバの位置合わせが必要な箇所を減らすとともに、光検出器の感度を個別に補正しなくても、光検出器からの電気出力をもって光回路の検査が行える光特性検査用回路を提供する。【解決手段】複数の光回路（１４ａ、１４ｂ）と、前記複数の光回路と接続された複数の入力導波路を有する光検出器（１５）とを備え、前記複数の光回路と前記光検出器とは、同一の基板（１１）上に形成されている。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の光回路と、前記複数の光回路と接続された複数の入力導波路を有する光検出器とを備え、
前記複数の光回路と前記光検出器とは、同一の基板上に形成されている
ことを特徴とする光特性検査用回路。
【請求項２】
請求項１に記載された光特性検査用回路において、さらに、
前記同一の基板上に形成されて、入力光を分岐して前記複数の光回路に入力する光分岐回路を備える
ことを特徴とする光特性検査用回路。
【請求項３】
請求項２に記載された光特性検査用回路において、
前記光分岐回路は、入力光の波長に依存した光分岐特性を有する
ことを特徴とする光特性検査用回路。
【請求項４】
請求項２または３に記載された光特性検査用回路において、
前記光分岐回路は、光方向性結合器および非対称マッハツェンダ干渉計のいずれかであることを特徴とする光特性検査用回路。
【請求項５】
請求項１から請求項４のいずれか１項に記載された光特性検査用回路において、さらに、
前記同一の基板上に形成されて、自由空間の光ビームと結合し入力光とする入力素子を備えることを特徴とする光特性検査用回路。
【請求項６】
請求項１から請求項５のいずれか１項に記載された光特性検査用回路において、
前記複数の光回路のそれぞれは、シリコン光回路であり、
前記光検出器は、ゲルマニウム光検出器であり、
前記基板は、シリコンオンインシュレータ基板である
ことを特徴とする光特性検査用回路。
【請求項７】
請求項６に記載された光特性検査用回路において、
前記複数の光回路は、互いに長さの異なるシリコン光導波路である
ことを特徴とする光特性検査用回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光回路の光特性検査用回路に関し、より詳しくは、ウェハ上で光通信用回路を検査するオンウェハ光特性検査用回路に関する。
【背景技術】
【０００２】
光回路の検査は、検査対象となる光回路に光を入力し光出力を得るために、光回路に対する光ファイバの位置合わせに時間を要する。例えば、通常のシングルモードファイバを用いた場合は、１μｍ以下の空間分解能で光ファイバの位置を調整する必要があり、工数の削減が難しい。
【０００３】
検査にかかる工数を削減するためには、検査のために光入力および光出力の少なくともいずれかを得なくてもよいようにするのが効果的である。光入力を省くことは難しいが、光出力の代わりに、光回路に直接接続された光検出器によって光電変換された電気出力を用いることができる。例えば、特許文献１には、フォトダイオードを含む光集積回路が形成されたダイ（半導体チップ）に対して、光ファイバを介して光を被検査回路に入力し、電気プローブを用いて得られた電気信号を解析することで光集積回路を検査する技術が開示されている。
【０００４】
電気信号の入出力信号を得るには、電気的に接触していればよいので、ウェハ上に複数の光デバイスを集積化した光集積回路においても、通常は１０μｍ程度の空間分解能で位置合わせできれば電気的な接触をとることができ、位置合わせに要する時間を削減することができる。したがって、光回路に接続された光検出器を適切に利用することで、検査工数を削減することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】米国特許第５６３１５７１号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、一般に光回路に直接接続された光検出器には、光検出器ごとに特性のばらつきがある。特にシリコンフォトニクスで利用されるゲルマニウムフォトダイオードは、個体間で感度のばらつきが大きい。
【０００７】
例えば、図７に示すように、基板上に形成された光回路１４ａ、１４ｂについて、光回路１４ａには、グレーティングカプラ等のウェハ面光入力素子１２ａ及び光検出器１５ａを設け、光回路１４ｂにはウェハ面光入力素子１２ｂ及び光検出器１５ｂを設けた場合、光検出器１５ａの電気出力と光検出器１５ｂの電気出力との差を検査して、光回路１４ａと光回路１４ｂの導波損失を見積ることになるが、上述したように、光検出器ごとに特性のばらつきがあると、導波損失を正確に見積ることができない。さらにウェハ面光入力素子１２ａ、１２ｂについても個体間で特性にばらつきがある場合には、これらの特性ばらつきも光検出器１５ａ、１５ｂの電気出力に基づく検査結果に重畳されることになり、検査の正確さが劣化する。
【０００８】
そのため、光検出器１５ａ、１５ｂの電気出力（光電流の絶対値）から光回路の特性を検査するためには、光検出器、すなわちゲルマニウムフォトダイオードの感度を何らかの手法で個体ごとに補正する必要があるが、光集積回路に設けられた光検出器の感度を個別に補正することは現実的ではない。
【０００９】
本発明は、検査工数を削減するために、ウェハ上で光回路の特性を検査する際に、光ファイバの位置合わせが必要な箇所を減らすとともに、光検出器の感度を個別に補正しなくても、光検出器からの電気出力をもって光回路の検査が行える光特性検査用回路を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記の目的を達成するために、本発明に係る光特性検査用回路は、複数の光回路（１４ａ、１４ｂ）と、前記複数の光回路と接続された複数の入力導波路を有する光検出器（１５）とを備え、前記複数の光回路と前記光検出器とは、同一の基板（１１）上に形成されていることを特徴とする。
【００１１】
本発明に係る光特性検査用回路は、さらに、前記同一の基板上に形成されて、入力光を分岐して前記複数の光回路に入力する光分岐回路（１３）を備えていてもよい。
【００１２】
上記の光特性検査用回路において、前記光分岐回路（１３）は、入力光の波長に依存した光分岐特性を有していてもよい。
【００１３】
また、上記の光特性検査用回路において、前記光分岐回路（１３）は、光方向性結合器および非対称マッハツェンダ干渉計のいずれかとすることができる。
【００１４】
上記の光特性検査用回路において、さらに、前記同一の基板上に形成されて、自由空間の光ビームと結合し入力光とする入力素子（１２）を備えていてもよい。
【００１５】
上記の光特性検査用回路において、前記複数の光回路のそれぞれは、シリコン光回路であり、前記光検出器は、ゲルマニウム光検出器であり、前記基板は、シリコンオンインシュレータ基板とすることができる。
【００１６】
上記の光特性検査用回路において、前記複数の光回路は、互いに長さの異なるシリコン光導波路とすることができる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、複数の光回路の出力光を、光検出器によって電気出力として取り出すので、ウェハ上で光回路の特性を検査する際に、出力端では光ファイバの位置合わせを行わなくてもよく、検査工程を削減することができる。また、複数の光回路から出力される光を同一の光検出器に入力して光電流に変換するので、光検出器の感度を個体ごとに補正する必要もない。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】図１は、本発明の第１の実施の形態に係る光特性検査用回路を用いた検査システムの概要を示す図である。
【図２】図２は、本発明の第１の実施の形態に係る光特性検査用回路の構成例を説明する図である。
【図３】図３は、本発明の第１の実施の形態に係る光特性検査用回路の電気出力の一例を示す図である。
【図４】図４は、本発明の第１の実施の形態に係る光特性検査用回路の電気出力を用いた検査方法を説明する図である。
【図５】図５は、本発明の第２の実施の形態に係る光特性検査用回路の構成例を説明する図である。
【図６】図６は、本発明の第２の実施の形態に係る光特性検査用回路の電気出力の一例を示す図である。
【図７】図７は、本発明に関連する技術を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下に、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
【００２０】
［第１の実施の形態］
図１および図２は、本発明の第１の実施の形態を説明する図であり、図１は、本実施の形態に係る光特性検査用回路を用いた検査システムの概要を示し、図２は、本実施の形態に係る光特性検査用回路の構成例を示す。
【００２１】
本実施の形態に係る光特性検査用回路１は、検査対象となる複数の光回路１４ａ、１４ｂと、これら光回路１４ａ、１４ｂと接続された複数の入力導波路を有する光検出器１５とを備え、これらの要素が同一の基板１１上に形成されている。また、光特性検査用回路１は、さらに、基板１１の表面に形成されて、自由空間の光ビームと結合し入力光とする入力素子１２と、入力光を分岐して光回路１４ａ、１４ｂに入力する光分岐回路１３を備えている。
【００２２】
ここで、基板１１は、シリコンオンインシュレータ（Silicon on Insulator：ＳＯＩ）基板である。光回路１４ａ及び光回路１４ｂは、互いに長さの異なるシリコン光導波路である。光検出器１５は、光回路１４ａ、１４ｂと一体に基板１１上に集積されたフォトダイオード等の光電変換素子である。光検出器１５としては、ゲルマニウム光検出器等を用いることができる。図示していないが、基板１１の表面には、光検出器１５に適切なバイアス電圧を印加するための電極や、光検出器１５から光電流を引き出すための電極が設けられている。
【００２３】
基板１１の表面に形成された入力素子１２は、「ウェハ面光入力素子」とも呼ばれ、具体的には、回折格子を用いたグレーティングカプラを挙げることができる。
また、光分岐回路１３は、入力光の波長に依存した光分岐特性を持つ光分岐回路として機能する。このような光分岐回路１３としては、例えば、方向性結合器や非対称マッハツェンダ干渉計を挙げることができる。光分岐回路１３が入力光の波長に依存した光分岐特性を持つことによって、光分岐回路１３によって分岐され各光回路１４ａ、１４ｂに入力される光のうち、一部の波長の光は検査対象となる二つの光回路１４ａ、１４ｂのうちの一方、例えば光回路１４ａにのみ達し、他の一部の波長の光は、他方の光回路１４ｂにのみ達するように構成される。
【００２４】
上述した光特性検査用回路１は、市販のシリコンオンインシュレータ基板上に、良く知られたリソグラフィ技術、薄膜堆積技術およびドライエッチング技術を用いて作製することができる。また、光検出器１５としてゲルマニウムフォトダイオードを用いる場合は、同じく市販のシリコンオンインシュレータ基板上に、超高真空化学気層堆積法などによる選択成長とリソグラフィ、薄膜堆積、ドライエッチングを組み合わせて光検出器１５を作製することができる。また、光検出器１５として、インジウムガリウムヒ素フォトダイオードを用いる場合は、市販のシリコンオンインシュレータ基板上にウェハ接合技術によりインジウム燐薄膜を含むウェハまたはダイを接合し、不要な基板部分を除去した後に、リソグラフィ、結晶再成長、ドライエッチングを組み合わせてこれを作製することができる。
【００２５】
図１に示すように、本実施の形態に係る光特性検査用回路１において検査対象光回路１４ａ、１４ｂを検査するには、光特性検査用回路１の外部に設けた光源（図示せず。）からウェハ面光入力素子１２に光ビームを照射する光ファイバ２と、光検出器１５の電気出力を計測する計測装置３とを設ける。この計測装置３は、図示はしないが、光検出器１５の出力端子から出力される信号を増幅する増幅回路や、増幅されたアナログ信号を所定の周期でサンプリングしデジタル信号に変換するアナログ／デジタル変換器（Ａ／Ｄ変換器）の他、デジタル信号に変換された信号を記録する記憶装置と、その信号に対して各種演算処理を行う演算回路等を備えている。
【００２６】
検査を行うときには、まず、光ファイバ２を介してウェハ面光入力素子１２に光ビームを照射して、ウェハ面光入力素子１２から光を入力する。本実施の形態に係る光特性検査用回路１において、光ファイバ２からウェハ面光入力素子１２に入力された光は、光分岐回路１３で分岐され、一方の光は検査対象光回路１４ａに入力され、他方の光は検査対象光回路１４ｂに入力される。検査対象光回路１４ａ、１４ｂからそれぞれ出力された光は、共に光検出器１５に入力されて電気信号に変換される。このときの光検出器１５からの電気出力は、検査対象光回路１４ａを通って光検出器１５に入力された光の強度と、検査対象光回路１４ｂを通って光検出器１５に入力された光の強度とを合計した光強度に対応したものとなる。
【００２７】
上述したように、光分岐回路１３の透過特性には波長依存性があるために、光ファイバ２を介して入力される光の波長によって、一部の波長の光は検査対象光回路１４ａのみを伝播し、他の波長の光は検査対象光回路１４ｂのみを伝播する。このように二つの検査対象光回路１４ａ、１４ｂをそれぞれ伝播する光の波長が互いに異なるので、光ファイバ２を介して複数の異なる波長の光をウェハ面光入力素子１２に照射して、計測装置３によって各波長に対する光検出器１５の電気出力を計測すれば、光電流スペクトル、すなわちウェハ面光入力素子１２より入力する光の波長に対する光電流の大きさの変化を測定することができる。このような光の波長の変化に伴う光電流の大きさの変化より、例えば、光回路１４ａの導波損失と光回路１４ｂの導波損失との差を測定することができる。
【００２８】
図３は、本実施の形態に係る光特性検査用回路１を上述した方法で検査した際の、光検出器１５の電気出力（光電流）を波長ごとに表示した光電流スペクトルの計算例である。図３において、実線は光検出器１５からの光電流を示し、点線は、全体の光電流のうち、一方の光回路１４ｂから光検出器１５に入力される光による光電流寄与成分を示し、破線は他方の光回路１４ａから入力される光による光電流寄与成分を示している。
【００２９】
例えば、光特性検査用回路１に波長が１．５２２μｍの光を入力した場合には、点線が示す値（光回路１４ｂから光検出器１５に入力される光による光電流寄与成分）は−５ｄＢであるのに対し、破線が示す値（光回路１４ａから入力される光による光電流寄与成分）は−２５ｄＢとなり、前者に対して無視できるほど小さくなっている。逆に、波長が１．５５０μｍの光に対しては、破線が示す値（光回路１４ａから入力される光による光電流寄与成分）は０ｄＢとなるのに対し、点線が示す値（光回路１４ｂから光検出器１５に入力される光による光電流寄与成分）は−２７ｄＢとなり、光回路１４ａから入力される光が支配的となっていることがわかる。
【００３０】
本実施の形態に係る光特性検査用回路１のように、光導波路１４ａ、１４ｂの長さは互いに異なり、光導波路１４ａ、１４ｂ中の導波損失も互いに異なるため、同じ強さの光を入力したとしても、光回路１４ａから光検出器１５に達する光の強度と光回路１４ｂから光検出器１５に達する光の強度とは異なる。したがって、実線が示す光電流スペクトルの振幅は、光回路１４ａの導波損失と光回路１４ｂの導波損失との差（導波損失差）を表すこととなる。
【００３１】
なお、上述した光電流スペクトルおよびその振幅は、光特性検査用回路１に入力する光の波長を変化させながら、光検出器１５の電気出力を計測装置３によって処理することにより得ることができる。
【００３２】
以上のように、本実施の形態に係る光特性検査用回路によれば、二つの複数の光回路１４ａ、１４ｂの出力光を光検出器１５によって電気出力として取り出すので、ウェハ上で光回路の特性を検査する際に、出力端では光検出器１５の出力端子との電気的接続をとればよく、光ファイバの位置合わせは入力側のみでよいので、検査工程を削減することができる。また、一旦位置合わせが済んでしまえば、光電流スペクトルを得るのは容易である。
【００３３】
加えて、光検出器１５は、二つの複数の光回路１４ａ、１４ｂに対して同一のものが用いられるので、仮に光検出器１５の感度が個体ごとに異なっていたとしても、光検出器１５からの（光電流強度を対数表示する場合、）光電流のレベルが上下するだけで、その振幅には影響が無い。すなわち、光検出器１５の感度が別の光特性検査用回路の光検出器の感度と異なっていたとしても、導波損失差を求める上では問題にはならず、光検出器１５の感度のばらつきによって検査の正確さが劣化することもない。したがって、光検出器１５の特性のばらつきを考慮する必要が無くなり、広く光回路の検査に用いることができる。
【００３４】
なお、本実施の形態においては、２つの光回路１４ａ、１４ｂの導波損失差を求めるものとして説明したが、一般に導波路長が長い光回路の導波損失の方が短い光回路の導波損失より大きいので、光回路１４ａ、１４ｂのいずれか一方の導波損失が既知であれば、上述の方法により得られた導波損失差から他方の導波損失を算出することができる。
【００３５】
また、誤差をより小さくするためには、図４に示すように、２つの光回路の導波路長の差が異なる複数の光特性検査用回路を用意し、これらの光電流スペクトルをそれぞれ計測して得られた光電流スペクトルの振幅（一般的には、図４に示すように、導波路長の差が大きくなるにつれて、振幅、すなわち導波損失差は大きくなる。）からそれぞれ求めた複数の導波損失差を線形近似することによって、導波路長差と導波損失差との関係を得て、この関係から導波損失を見積もるようにしてもよい。このように、互いに異なる長さ水準を持つ光検査装置から光電流スペクトルを計測し、その振幅を評価することで、基板上に形成された光回路の導波路の導波損失を算出することができる。
【００３６】
［第２の実施の形態］
次に、図５および図６を参照して、本発明の第２の実施の形態について説明する。なお、上述した第１の実施の形態と共通する要素については、同一の参照符号を用いて、その詳細な説明は省略する。
【００３７】
本実施の形態に係る光特性検査用回路は、図５に示すように、同一の基板（図示せず。）の上に、グレーティングカプラ等のウェハ面光入力素子１２と、複数の光分岐回路１３ａ、１３ｂ、１３ｃと、互いに長さの異なる４つの光回路１４ａ、１４ｂ、１４ｃ、１４ｄと、複数の入力導波路を有する光検出器１５とを備えている。
【００３８】
本実施の形態において、ウェハ面光入力素子１２は、導波路を介して第１の光分岐回路１３ａに接続され、第１の光分岐回路１３ａの２つの出力端は第２の光分岐回路１３ｂおよび第３の光分岐回１３ｃ路の入力端に接続されている。第２の光分岐回路１３ｂの出力端は、検査対象となる第１の光回路１４ａおよび第２の光回路１４ｂの入力端にそれぞれ接続され、第３の光分岐回路１３ｃの出力端は、第３の光回路１４ｃおよび第４の光回路１４ｄの入力端にそれぞれ接続されている。これら第１乃至第４の光回路１４ａ、１４ｂ、１４ｃ、１４ｄの出力端は、それぞれ光検出器１５の入力導波路に接続されている。
【００３９】
ここで、光分岐回路１３ａ、１３ｂ、１３ｃは、それぞれ、マルチモード干渉器を両端に備え、両アームの長さが異なる非対称マッハツェンダ干渉計である。これらの光分岐回路１３ａ、１３ｂ、１３ｃも、第１の実施の形態における方向性結合器と同様に、その透過特性は波長依存性を有する。
【００４０】
本実施の形態に係る光特性検査用回路では、ウェハ面光入力素子１２から入力された光は、まず第１の光分岐回路１３ａに入力されて２つに分岐され、この第１の光分岐回路１３ａによって分岐された光は、第２の光分岐回路１３ｂと第３の光分岐回路１３ｃにそれぞれ入力される。第２の光分岐回路１３ｂおよび第３の光分岐回路１３ｃに入力された光は、波長に応じてそれぞれ２つに分岐されて第１乃至第４の光回路１４ａ、１４ｂ、１４ｃ、１４ｄにそれぞれ入力される。各光回路１４ａ、１４ｂ、１４ｃ、１４ｄを導波した光は、共に光検出器１５に入力されて電気信号に変換される。このときの光検出器１５からの電気出力は、第１乃至第４の光回路１４ａ、１４ｂ、１４ｃ、１４ｄからそれぞれ入力された光の強度を合計した光強度に対応したものとなる。
【００４１】
複数の異なる波長の光をウェハ面光入力素子１２に照射しながら、各波長に対する光検出器１５の電気出力を計測することによって、光の波長に対する光電流の大きさの変化（光電流スペクトル）が測定できる。
【００４２】
図６は、本実施の形態に係る光特性検査用回路を上述した方法で検査した際の、光検出器１５の電気出力（光電流）を波長ごとに表示した光電流スペクトルの計算例である。図６に示すように、光電流スペクトルは、２種類の振幅（Ａ，Ｂ）が重畳している。ここで、例えば、振幅Ａは、第１の光回路１４ａの導波損失と第２の光回路４ｂの導波損失との差（導波損失差）を表し、振幅Ｂは、第３の光回路１４ｃと第４の光回路１４ｄとの間の導波損失差を表している。
【００４３】
本実施の形態においては、第１の実施の形態と同様に、光電流は同一の光検出器１５からのものであることから、ここで光検出器１５の感度が個体ごとに異なる場合でも、（光電流強度を対数表示する場合、）光電流スペクトルのレベルが上下するだけでそれぞれの振幅には影響がないので、光検出器１５の特性のばらつきを考慮する必要がない。したがって、異なる長さ水準を持つ光検査装置から複数の振幅を評価することで、基板上に形成された光回路の導波路の導波損失を算出することができる。
【００４４】
上述した第１および第２の実施の形態においては、光特性検査用回路は、光回路を構成する光導波路のコア材料としてシリコンを用いたシリコン光回路であるものとして説明したが、コア材料はその屈折率がクラッド材料の屈折率よりも大きければよい。例えば、クラッド材料をシリコン酸化膜とする場合、コア材料はシリコン含有率の高いシリコン酸化膜、シリコン酸窒化膜、シリコン窒化膜、シリコン炭化膜などでも良いし、ガリウムヒ素、インジウム燐などの化合物半導体でも良い。また、クラッド材料はその屈折率がコア材料の屈折率よりも小さければよく、例えば、コア材料をシリコンとする場合、クラッド材料はシリコン酸化膜、シリコン酸窒化膜、シリコン窒化膜などのほか、エポキシ樹脂やポリイミドなどの有機材料でも良い．
【符号の説明】
【００４５】
１…光特性検査用回路、１１…基板、１２…ウェハ面光入力素子、１３、１３ａ、１３ｂ、１３ｃ…光分岐回路、１４ａ、１４ｂ、１４ｃ、１４ｄ…検査対象光回路、１５…光検出器、２…光ファイバ、３…計測装置。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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