阅读说明：本技术 实现晶圆探测和测试的硅光子器件架构 (Silicon photonic device architecture for realizing wafer detection and test ) 是由 A·H·莱西 于 2018-03-12 设计创作，主要内容包括：本文的实施例描述了用于使用光栅耦合器(220)测试或对准光子芯片(200)中的光学部件(205,225)的技术。在一个实施例中,光子芯片(200)可以包括边缘耦合器(205)和光栅耦合器(220),以用于将光子芯片光学地耦合到外部光纤电缆(920)。边缘耦合器(205)可以被布置在光子芯片的一侧或边缘上,而光栅耦合器(220)位于光子芯片的上部或一侧上。在制造期间,边缘耦合器(205)可能不可访问。代替使用边缘耦合器(205)来测试该光子芯片,测试装置(805)可以使用光栅耦合器(220)以及分光器(215)来在光子芯片中的光学部件(例如,调制器或检测器)与光学地耦合到光栅耦合器(220)的测试探针(505)之间传递光学测试信号。(Embodiments herein describe techniques for testing or aligning optical components (205, 225) in a photonic chip (200) using a grating coupler (220). In one embodiment, the photonic chip (200) may include an edge coupler (205) and a grating coupler (220) for optically coupling the photonic chip to an external fiber optic cable (920). The edge coupler (205) may be disposed on one side or edge of the photonic chip, while the grating coupler (220) is located on an upper portion or side of the photonic chip. The edge coupler (205) may not be accessible during manufacturing. Instead of using the edge coupler (205) to test the photonic chip, the testing apparatus (805) may use the grating coupler (220) and the optical splitter (215) to pass optical test signals between optical components (e.g., modulators or detectors) in the photonic chip and test probes (505) optically coupled to the grating coupler (220).)

实现晶圆探测和测试的硅光子器件架构

技术领域

本公开的示例总体上涉及测试光子芯片中的光学部件，并且特别地，涉及使用光栅耦合器来验证集成到光子芯片中的光学部件的功能。

背景技术

许多网络设备以无法使用导电电缆的速率来处理数据。例如，网络设备的I/O速率可能意味着使用导电电缆(例如，以太网电缆)需要太多的功率或引入太多的噪声。因此，如果需要在网络设备之间传递高速信号，则设备可以使用光纤电缆，该光纤电缆可以以比导电电缆以更大的距离容纳高得多的数据速率。

网络设备可以包括耦合到光缆的一个或多个光子芯片。例如，光子芯片可以耦合到数百种不同的光纤电缆。但是，在将光子芯片安装到光缆并与光缆对准之前，即使不是不可能，也很难测试光子芯片中的光学部件。例如，在光子芯片仍然在晶圆中时(即在将晶圆被锯切成单独的光子芯片之前)，可能无法测试光子芯片中的光学部件(例如，光学调制器、光学检测器等)。

发明内容

描述了用于使用光栅耦合器来测试光子半导体芯片中的光学部件的技术。一个示例是光子半导体芯片，其包括耦合到第一波导的第一端的边缘耦合器，其中边缘耦合器被布置成沿着光子半导体芯片的侧平面传递第一光学信号，并且其中边缘耦合器被配置成随着第一光学信号传播穿过边缘耦合器而改变模大小。光子半导体芯片还包括分光器，分光器耦合到(i)第一波导的第二端，(ii)第二波导的第一端，和(iii)第三波导的第一端，并且被配置成接收来自第一、第二和第三波导中的一个波导的第一光学信号，并且将第一光学信号的第一和第二衰减部分传送到第一、第二和第三波导中的其余两个波导上。光子半导体芯片包括耦合到第二波导的第二端的光栅耦合器，以及耦合到第三波导的第二端的光学部件，其中光栅耦合器被布置成沿着光子半导体芯片的上平面传递第二光学信号，该上平面与侧平面垂直。

在一些实施例中，边缘耦合器可以暴露在光子半导体芯片的外部侧表面上，并且光栅耦合器可以暴露在光子半导体芯片的外部上表面上。侧表面可以垂直于上表面。

在一些实施例中，光学部件可以经由导电迹线连接到被布置在上表面上的导电垫。

在一些实施例中，第一、第二和第三波导可以具有小于一微米的至少一个尺寸，并且第一、第二和第三波导可以被布置在光子半导体芯片中的公共平面上。

在一些实施例中，公共平面可以是光子半导体芯片的上部半导体表面层与光子半导体芯片的绝缘层之间的界面。第一波导、第二波导、第三波导、边缘耦合器和光栅耦合器可以被布置在该绝缘层上。

在一些实施例中，光学部件可以是光学检测器和光学调制器中的一个。

在一些实施例中，光子半导体芯片可以进一步包括绝缘体上硅(SOI)结构。第一、第二和第三波导可以是被布置在SOI结构中的绝缘层上的硅波导。

另一个示例是方法，方法包括：提供一种光子半导体芯片，该光子半导体芯片包括边缘耦合器、光栅耦合器、分光器和光学部件。边缘耦合器耦合到第一波导的第一端，分光器耦合到(i)第一波导的第二端，(ii)第二波导的第一端，(iii)第三波导的第一端，光栅耦合器耦合到第二波导的第二端，并且光学部件耦合到第三波导的第二端。方法包括在测试探针和光栅耦合器之间传递光学信号，其中边缘耦合器被布置成沿光子半导体芯片的侧平面传递第一光学信号，并且光栅耦合器被布置成沿光子半导体芯片的上平面传递第二光学信号，上平面与侧平面垂直。方法包括基于传递光学信号来测试光学部件的功能。

在一些实施例中，方法可以进一步包括提供包括光子半导体芯片的晶圆。当光子半导体芯片是晶圆的一部分时，可能出现光学信号的传递。晶圆可以包括多个光子半导体芯片。

在一些实施例中，方法可以进一步包括切割晶圆以将光子半导体芯片与多个光子半导体芯片分离，从而将边缘耦合器暴露在光子半导体芯片的外部侧表面上。

在一些实施例中，该方法可以进一步包括：在边缘耦合器处接收由外部承载介质传送的光；使用测试探针，测量在光栅耦合器处的接收的光；以及基于测量的光，将外部承载介质与边缘耦合器对准。

在一些实施例中，光栅耦合器可以暴露在光子半导体芯片的外部上表面上，并且外部侧表面可以与外部上表面垂直。

在一些实施例中，光学部件可以经由导电迹线连接到被布置在上表面上的导电垫。

在一些实施例中，第一、第二和第三波导可以具有小于一微米的至少一个尺寸，并且第一、第二和第三波导可以被布置在光子半导体芯片中的公共平面上。

另一个示例是一种方法，方法包括：提供晶圆，晶圆包括集成到晶圆中的多个光子芯片，其中多个光子芯片中的第一光子芯片包括：光栅耦合器、分光器、第一光学部件和第二光学部件。光栅耦合器耦合到第一波导的第一端，分光器耦合到(i)第一波导的第二端，(ii)第二波导的第一端，(iii)第三波导的第一端，第一光学部件耦合到第二波导的第二端，第二光学部件耦合到第三波导的第二端。方法包括在测试探针和光栅耦合器之间传递光学信号，其中光栅耦合器被布置成沿着第一光子芯片的上平面传递光学信号，该上平面平行于公共平面，第一和第二波导被布置在该公共平面上。方法包括基于传递光学信号来测试第一光学部件的功能，并且切割晶圆以将第一光子芯片与多个光子芯片分离。

在一些实施例中，分光器可以被配置成从第一和第二和第三波导中的一个波导接收第一光学信号，并且将第一光学信号的第一和第二衰减部分传送到第一、第二和第三波导中的其余两个波导上。

在一些实施例中，第一光学部件可以经由导电迹线连接到被布置在上平面上的导电垫。

在一些实施例中，第一、第二和第三波导可以具有小于一微米的至少一个尺寸，并且第一、第二和第三波导可以被布置在光子芯片中的公共平面上。

在一些实施例中，方法可以进一步包括在切割该晶圆之后，通过在光栅耦合器和测试探针之间传递第二光学信号来检查第一光学部件的功能。

在一些实施例中，方法可以进一步包括在切割晶圆之后，利用非透明材料覆盖光栅耦合器。

附图说明

为了可以详细理解上述特征的方式，可以通过参考示例实施方式来进行上面简要概述的更具体的描述，其中一些示例实施方式在附图中图示。但是，应当注意，附图仅图示了通常的示例实施方式，并且因此不应当认为是对其范围的限制。

图1图示了根据本文公开的一个实施例的SOI设备。

图2图示了根据一个示例的光子芯片，该光子芯片包括用于测试光学部件的光栅耦合器。

图3A至图3C图示了根据一个示例的分光器，该分光器将光栅耦合器和边缘耦合器光学地耦合到光学部件。

图4A和图4B图示了根据一个示例的边缘耦合器。

图5图示了根据一个示例的绝缘体上硅结构中的光栅耦合器。

图6是根据一个示例的用于使用光栅耦合器来测试光子芯片的流程图。

图7图示了根据一个示例的包括多个光子芯片的晶圆。

图8图示了根据一个示例的用于测试光子芯片的系统。

图9图示了根据一个示例的包括光子芯片的线卡。

图10图示了根据一个示例的包括光栅耦合器的光子芯片。

为了便于理解，在可能的地方使用相同的附图标记来指定图中共有的相同元件。可以预期，一个示例的元件可以被有益地并入其他示例中。

具体实施方式

在下文中参考附图描述各种特征。应当注意，附图可以按比例绘制或可以不按比例绘制，并且在整个附图中，相似结构或功能的元件由相似的附图标记表示。应当注意，附图仅旨在促进特征的描述。它们不旨在作为说明书的详尽描述或对权利要求范围的限制。另外，示出的示例不必具有所示的所有方面或优点。结合特定示例描述的方面或优点不必限于该示例，并且即使未如此示出或未如此明确描述，也可以在任何其他示例中实践。

本文的实施例描述了用于使用光栅耦合器来测试或对准光子芯片中的光学部件的技术。在一个实施例中，光子芯片可以包括边缘耦合器和光栅耦合器，以用于将光子芯片光学地耦合到外部光纤电缆。边缘耦合器可以被布置在光子芯片的一侧或边缘上，而光栅耦合器位于光子芯片的上部或一侧。例如，边缘耦合器可以被布置在光子芯片的一侧上，该一侧与包括光栅耦合器的芯片的一侧垂直。通常，边缘耦合器在将光传送到光子芯片中和从光子芯片传出光上比光栅耦合器更有效。而且，将外部光纤电缆与边缘耦合器对准可能会导致比光栅耦合器更紧凑的包装。

尽管边缘耦合器相对于光栅耦合器具有优势，但在一些制造步骤中边缘耦合器可能不可访问，这可能意味着无法测试连接到边缘耦合器的光学部件。在制造期间，可以将晶圆处理成包括光子芯片的多个副本。例如，晶圆可以包括20-200个光子芯片。在晶圆被切割以分离光子芯片之前，制造商可能希望测试光子芯片中的光学部件，但是如果这些部件在使用边缘耦合器的情况下可访问，则只有在晶圆被切割或锯切成单独的光子芯片之后，才能对这些部件进行测试。

在本文描述的实施例中，光子芯片包括用于测试连接到边缘耦合器的光学部件的光栅耦合器。因此，当边缘耦合器不可访问时(例如，在晶圆被锯切之前)，测试探针可以被光学地连接到位于晶圆上部或下部的光栅耦合器，并且因此可访问。测试探针可以从光栅耦合器接收光学信号或将光学信号传送到光栅耦合器中，以便测试光子芯片的功能。在一个实施例中，光栅耦合器和边缘耦合器连接到分光器的相应端口。分光器的第三端口耦合到光子芯片中的光学部件(例如，光学调制器、光学检测器等)。当从光学部件接收光学信号时，分光器将光学信号的功率的第一衰减部分转发到边缘耦合器，并且将功率的第二衰减部分转发到光栅耦合器。因此，即使边缘耦合器没有暴露或不可访问，测试探针也可以经由光栅耦合器接收一定百分比的光学信号，以测试光学部件的功能。

而且，测试探针还可以使用光栅耦合器将光学信号传送到光子芯片中。这里，光学信号从光栅耦合器传送到分光器，分光器将信号的至少一部分转发到光学部件。在一个实施例中，光学部件可以输出电信号，该电信号可以耦合到光子芯片的上表面或下表面上的导电垫。通过将测试探针耦合到导电垫并且测量该电信号，测试装置可以确定光子芯片是否能够正常工作。

在一个实施例中，在晶圆被锯切成单独的光子芯片之后，使用光栅耦合器进行测试。因此，用于测试被放置在晶圆中的光子芯片的相同测试装置和设置可以被用来测试被安装在相应衬底上的各个光子芯片。另外，在一个实施例中，光栅耦合器用于将光纤电缆与光子芯片中的边缘耦合器对准。例如，在对准期间，光纤电缆可以将光传送到边缘耦合器中。通过监控经由光栅耦合器接收的光，对准装置可以确定光纤电缆何时与边缘耦合器对准，例如，在从光栅耦合器接收的光最大时。

图1图示了根据本文公开的一个实施例的(绝缘体上硅)SOI器件100。SOI器件100包括表面层105、掩埋绝缘层110(也被称为掩埋氧化物(BOX)层)和半导体衬底115。尽管本文中的实施例将表面层105和衬底115称为硅，但是本公开不限于此。例如，可以使用其他半导体或光学透射材料来形成这里所示的结构。而且，表面层105和衬底115可以由相同的材料制成，但是在其他实施例中，这些层105、115可以由不同的材料制成。

表面层105的厚度可以在小于100纳米到大于一微米的范围内。更具体地，表面层105的厚度可以在100纳米-300纳米之间。绝缘层110的厚度可以根据期望的应用而变化。在一个实施例中，绝缘层110的厚度可以在小于一微米到几十微米的范围内。衬底115的厚度可以根据SOI器件100的特定应用而广泛地变化。例如，衬底115可以是通常的半导体晶圆的厚度(例如100微米-700微米)，或者可以被减薄并且被安装在另一个衬底上。

对于光学应用，硅表面层105和绝缘层110(例如，二氧化硅、氮氧化硅等)可以提供对比折射率，该对比折射率将光学信号限制在表面层105中的硅波导中。在后面的处理步骤中，可以蚀刻SOI器件100的表面层105以形成一个或多个硅波导。因为硅与诸如二氧化硅的绝缘体相比具有更高的折射率，所以光学信号在传播穿过表面层105时主要保持在波导中。

图2图示了由SOI结构形成的光子半导体芯片200。光子芯片200包括使用相应的硅波导210A-210C耦合到分光器215的边缘耦合器205、光栅耦合器220和光学部件225。像图1中的SOI器件100一样，光子芯片200包括上表面层235、绝缘层110和衬底115。但是，表面层235已经被处理为包括各种光学结构。例如，表面层235包括光学部件225(例如，光学调制器或光学检测器)，光学部件225具有暴露在光子芯片200的上表面240上的导电垫230。光学部件225可以通过对硅层执行各种制造步骤来形成，制造步骤诸如是对硅材料进行蚀刻或掺杂，以及在表面层235上沉积或生长附加的材料。导电垫230表示任意数量的垫或接触，其可以用于传送由光学部件225生成的电信号，或用于传送被传送到光学部件225的电信号。导电垫230通过导电迹线或过孔耦合到光学部件。

如果光学部件225是调制器，则导电垫230可以从外部源接收控制信号，以用于控制对从波导210C接收的光学信号的调制。如果光学部件225是光学检测器，则该检测器可以具有耦合到相应的导电垫230的n型和p型掺杂区域，以用于生成或传送与从硅波导210C接收的被吸收的光学信号相对应的电信号。

尽管未示出，但是导电垫230可以连接到电气集成电路(IC)，电气集成电路(IC)从光学部件225接收电信号，或将电信号传送到光学部件225。在一个实施例中，电气IC与光子芯片200物理地分离，但是经由键合线和/或总线耦合到导电垫230。在另一个实施例中，电气IC中的逻辑被形成在光子芯片200的相同的SOI结构中。因此，代替使用导电垫230，光学部件225可以使用内部迹线或接线来向该逻辑传送数据信号和接收数据信号。

硅波导210可以由硅表面层(例如，图1的层105)制成。光子芯片200使用波导210将光学信号运载到表面层235的不同区域。在该示例中，硅波导210在边缘耦合器205、分光器215、光栅耦合器220和光学部件225之间传送光学信号。尽管波导210B被示为从分光器215垂直延伸到光栅耦合器220，但这仅是出于说明的目的。波导210B和光栅耦合器220可以被布置在与波导210A和210C、分光器215、边缘耦合器205和光学部件225相同的平面和层(即表面层235)上。波导210B可以在进入或离开页面的方向上延伸，因此波导210B和光栅耦合器220在表面层235中。尽管如此，光栅耦合器220的至少一侧暴露在光子芯片200的上表面240上。即，光栅耦合器220可以从绝缘层110延伸到上表面240。

如所示的，边缘耦合器205的一个接口耦合到波导210A，而另一个接口靠近光子芯片200的外部侧表面245。尽管边缘耦合器205被示为暴露在芯片200的侧表面上，但在其他实施例中，边缘耦合器205可以从侧表面245略微凹陷。在一个实施例中，边缘耦合器205由与波导210相同的材料制成。例如，边缘耦合器205和波导210可以都由硅制成。在一个实施例中，边缘耦合器205可以包括多个堆叠层，该多个堆叠层被处理(例如，蚀刻)，使得撞击到转换器的暴露侧表面245的光学信号被聚焦到波导210A中。

边缘耦合器205可以被设计成有效地耦合到外部光承载介质(例如，激光器或光纤电缆)。因为如果硅波导210直接连接到外部光承载介质，硅波导210的尺寸可能导致高的光学损耗，所以光承载介质可以相反耦合到边缘耦合器205，边缘耦合器205随后将信号传递到硅波导210A中。这样做可以消除在外部光承载介质和波导210A之间使用透镜的需要，该透镜将光学信号聚焦成具有与波导210A的尺寸相似的直径的模式。换句话说，在一个实施例中，边缘耦合器205可以允许将外部光承载介质对接耦合到侧表面245，并且将光直接传送到光子芯片200中，而无需添加诸如透镜的外部聚焦元件。

分光器215表示可以在第一输入处接收光学信号并在两个或多个输出处输出衰减的光学信号的任何光学耦合器。在一个实施例中，分光器215经由波导210A从边缘耦合器205接收光，并且分割所接收的光学功率，以将相应的光学信号输出到光栅耦合器220和光学部件225。即，所接收的光学信号中的功率的第一衰减部分被传送到光栅耦合器220，而所接收的光学信号中的功率的第二衰减部分被传送至光学部件225。例如，分光器215可以是20dB的耦合器，其中所接收的功率的1％被传送到光栅耦合器220，并且所接收的功率的99％被传送到光学部件225。

在一个实施例中，分光器215是多向的，使得输出端口可以被用作输入端口，并且输入端口可以被用作输出端口。例如，继续以上示例，分光器215可以经由波导210C从光学部件225接收光学信号。分光器215可以将所接收的光学功率的第一百分比转发到边缘耦合器205，并且将光学信号的第二百分比转发到光栅耦合器220。分光器215可以对经由波导210B从光栅耦合器220接收的光学信号执行类似的光学分离。

在另一个实施例中，分光器215可以是单向的。即，分光器215可以仅***在一个输入端口处接收的光，而当在不同端口接收光时不进行***。在另一个实施例中，分光器215可以在所接收的光学信号中将TE光与TM光分离，然后使用相应的光学端口转发。在又一个实施例中，分光器215可以包括光学环行器，光学环行器用于以单向方式在至少两个输出端口之间***光。

如下面更详细描述的，光栅耦合器220和分光器215允许在锯切包含光子芯片200的晶圆以便暴露在侧表面245处的边缘耦合器205之前(即，在边缘耦合器205可访问之前)，测试光学部件225。光可以被传送到光栅耦合器220中，然后使用分光器215将其转发到光学部件225，或者可以响应于分光器215从光学部件225接收到光学信号，而在测试装置处从光栅耦合器220接收光。另外，在已经从晶圆上锯切出光子芯片200之后(现在边缘耦合器205可访问)，可以使用光栅耦合器220再次测试芯片200，而不必将边缘耦合器205耦合到光承载介质。而且，当将光承载介质与边缘耦合器205对准时，可以使用光栅耦合器220。

图3A-图3C图示了根据一个示例的分光器215，分光器215将光栅耦合器220和边缘耦合器205光学地耦合到光学部件225。虽然图3A-图3C图示了具有20dB耦合器的分光器215，但是可以使用任何类型的分光比，例如10dB或30dB耦合器。

在图3A中，光学信号从光学部件225经由波导210C传送到分光器215。在该示例中，分光器215是20dB耦合器，其将从光学部件225接收的光学信号的功率的1％转发到光栅耦合器220，并且将所接收的功率的99％转发到边缘耦合器205。这种分割可以在测试期间以及操作期间出现。当测试光子芯片时，测试探针可以光学地耦合到光栅耦合器220以接收由分光器215提供的光学信号(尽管具有20dB的衰减)。测试装置可以评估所接收的光学信号，以确定光学部件225是否按预期工作。尽管在该示例中光栅耦合器220仅接收功率的1％，但是测试装置可以包括光学放大器，以用于增加经由光栅耦合器220接收的光学信号的功率，以匹配(或超过)从光学部件225传送到分光器215的光学信号的功率。

在一个实施例中，在操作期间(例如，在验证了光子芯片的功能并且边缘耦合器205已经耦合到光纤电缆之后)，由光学部件225传送的功率的1％仍然通过光栅耦合器220转发。在一个实施例中，仅在测试光子芯片或对准边缘耦合器205时才使用光栅耦合器220，因此，在操作期间转发到光栅耦合器220的信号未被使用。换句话说，在操作期间，光栅耦合器220可以不耦合到外部光承载介质。然而，使用光栅耦合器220来确保光子芯片的正确功能和/或对准边缘耦合器205的优点可能超过以下事实：在操作期间，由光学部件225传送的信号的功率的1％被发送到光栅耦合器220，而不是边缘耦合器205。然而，在另一个实施例中，在操作期间，光栅耦合器220可以耦合到光纤电缆。例如，在操作期间，光栅耦合器220可以传送用于校准光子芯片的光学信号。

在图3B中，边缘耦合器205将光学信号传送到分光器215，分光器215随后将光学信号的功率的99％转发到光学部件225，并且将功率的1％转发到光栅耦合器220。在一个示例中，图3B图示了当边缘耦合器205与外部光纤电缆对准时的光子芯片的状态。光栅耦合器220可以光学地耦合到测试探针，该测试探针接收并监控通过光栅耦合器220传送的光学信号。可以改变光纤电缆和边缘耦合器205之间的位置关系，直到从光栅耦合器220接收的光最大为止，由此指示部件之间的最佳对准。在对准之后并且在操作期间，光栅耦合器220可以被覆盖并且不可访问。这样，由分光器215转发到耦合器220的1％功率可能丢失或未被使用。然而，使用光栅耦合器220的优点可能超过以下事实：在操作期间，由边缘耦合器205传送的信号的功率的1％被发送到光栅耦合器220，而不是光学部件225。

在图3C中，光栅耦合器220将光学信号传送到分光器215，分光器215又将光学信号的功率的1％转发到边缘耦合器205，并且将光学功率的1％转发到光学部件225。尽管分光器215仅将从光栅耦合器220接收的光学功率的1％传送到边缘耦合器205和光学部件225，但是由测试探针传送到光栅耦合器220中的光学信号可能比光子芯片操作期间使用的功率强100倍。因此，在被分光器215衰减之后，传送到边缘耦合器205和光学部件225的光学信号具有与将在操作期间使用的光学信号相同的功率。以这种方式，光栅耦合器220可以被用来引入光学信号，以与正常操作期间使用的光学信号相同或相似的光学功率来测试光部件225的功能。

在一个实施例中，仅当测试光子芯片的功能时，才使用光栅耦合器220将光学信号传送到光子芯片中。因此，光栅耦合器220可以被覆盖或不连接到外部光承载介质。然而，在另一个实施例中，光栅耦合器220可以永久地附接到光纤电缆，使得光栅耦合器220可以用于在正常操作期间将光传送到光子芯片中。

图4A和图4B图示了根据一个示例的边缘耦合器205。图4A是边缘耦合器205的侧视图，而图4B是边缘耦合器205的俯视图。如图4A中所示，边缘耦合器205包括三个部分：在光子芯片的侧表面245处的第一部分405、第二部分410以及耦合到硅波导210A的第三部分415。第一部分405的高度大于第二部分410的高度，而第二部分410的高度又大于第三部分415的高度。改变的高度可以增加传送到硅波导210A，或从硅波导210A传送的光学信号的模大小。例如，在侧表面245处与边缘耦合器205对准的光纤可以具有尺寸为大约9微米的芯。如果光纤是单模光纤，则该模还可以具有大约9微米的大小。然而，随着光学信号通过边缘耦合器205传送，这些部分的高度改变使模大小缩小，以更好地匹配硅波导210A的尺寸，硅波导210可以具有小于一微米的高度。对于从硅波导210A传送到被布置在侧表面245处的光纤的信号而言，反之亦然。在那种情况下，第一、第二和第三部分405、410和415的高度改变使模大小增加以更好地匹配光纤的芯的尺寸。

图4B中所示的俯视图图示了边缘耦合器205的宽度随着耦合器从侧表面245延伸到硅波导210A而逐渐变细。即，第一部分405具有比第二部分410更大的宽度，第二部分410又具有比第三部分415更大的宽度。该宽度(与高度一样)可以改变通过边缘耦合器205传送的光学信号的模大小。例如，光纤的芯的宽度可以在8微米-10微米之间，而硅波导210A的宽度小于一微米。

图4A和图4B中图示的边缘耦合器205仅图示了边缘耦合器的一个示例。本文的实施例可以与允许外部光承载介质(无论是光纤电缆还是激光器)利用波导(例如，亚微米波导)传送或接收光的任何边缘耦合器一起使用。

图5图示了根据一个示例的绝缘体上硅结构中的光栅耦合器220。具体地，图5图示了第一光栅耦合器220A和第二光栅耦合器220B，每个光栅耦合器光学地耦合到相应的测试探针505。如由角θ所示，每个测试探针505从表面层235的上部偏移80度。该偏移角θ允许从测试探针505A传送的光(例如，光纤电缆)进入光栅耦合器220A并且沿着硅波导510传播。为此，光栅耦合器220A包括锯齿图案，该锯齿图案将从测试探针505A接收的光引导到硅波导510中。光栅耦合器220B以偏移角θ将从硅波导510接收的光引导到测试探针505B中。当然，在测试探针505B将光传送到光栅耦合器220B中的情况下，过程可以被逆转，光栅耦合器220B将光引导到硅波导510中。光栅耦合器220A然后以偏移角θ将光传送到测试探针505A中。以这种方式，光栅耦合器220中的每个光栅耦合器可以用于传送和接收光学信号。

在一个实施例中，可以在测试探针505和光栅耦合器220之间布置透明的对准装置。例如，可以将测试探针505***到与表面层235平行的对准装置中的槽(例如，V型槽或U型槽)中。对准装置可以包括反射表面，该反射表面以偏移角θ将从测试探针505发射的光引导到光栅耦合器220中，或者将从光栅耦合器220发射的光引导到测试探针505中。

图5中所示的光栅耦合器220仅仅是光栅耦合器的一个示例。本文的实施例可以与可以在光子芯片的上表面或下表面上制造的任何光栅耦合器一起使用，以允许测试探针将光传送到平行于表面层235延伸的波导中或从该波导接收光。即，即使测试探针(或对准装置)与波导不平行(例如，以80度偏移)，光栅耦合器220也允许测试探针将光传送到波导中或从波导接收光。以这种方式，光栅耦合器220重定向光学信号，使得光学信号穿过与波导510平行的表面。

图6是根据一个示例的用于使用光栅耦合器来测试光子芯片的方法600的流程图。在框605处，测试装置通过穿过光栅耦合器来接收或传送光来测试晶圆中的光子芯片。在一个实施例中，测试装置包括测试探针，测试探针通过光栅耦合器接收由光子芯片中的光学部件生成或改变的光。测试装置可以检查所接收的光是否具有预期的功率、相位、频率或强度，或者该光是否携带预期的数据(在解调时)。例如，测试装置可以仅检查所接收的光在特定频率下是否具有阈值强度，或者测试装置可以确定所接收的光学信号中携带的数据是否包含预期的调制数据。

在一个实施例中，测试装置使用导电垫将电信号驱动到光子芯片中，该电信号控制光子芯片中的光学部件，诸如调制器。测试装置可以确保经由光栅耦合器从光学部件接收的光学信号与当使用电信号控制部件时期望的光学信号匹配。

在另一个实施例中，测试装置可以从光子芯片接收电信号，该电信号是响应于测试装置将光学信号传送到光子芯片中而生成的。例如，光栅耦合器(和分光器)可以将从测试装置接收的光学信号转发到光学检测器，该光学检测器将光学信号转换成电信号。通过监控该电信号，测试装置可以确定检测器是否正确地生成了电信号。如果是，则测试装置存储光子芯片(或光子芯片中的光学部件)能够正常工作的指示。如果否，则测试装置指示光子芯片不能够正常工作。

在一个实施例中，测试光子芯片的功能包括校准光子芯片中的光学部件。例如，取决于从光栅耦合器接收的光的强度或功率，测试装置可以改变存储在光子芯片(或耦合到光子芯片的电气IC)中的存储器元件中的控制数据，该控制数据将光学部件的光学输出改变到期望的强度或功率。

图7图示了根据一个示例的包括多个光子芯片200的晶圆700。在一个实施例中，方法600的框605在光子芯片200被布置在晶圆700中时被执行。如此，光子芯片200中的任何边缘耦合器被晶圆700的相邻光子芯片或未使用的部分705覆盖。在这种制造状态下，芯片200中的边缘耦合器对于外部光承载介质不可访问。晶圆700可以被锯切以将光子芯片200分离成单独的部件。而且，锯切晶圆可以使光子芯片200中的一个或多个侧表面上的边缘耦合器暴露。尽管描述了锯切，但是可以使用任何合适的工艺(例如，锯切、切割、***(cleave)等)将晶圆700切割成单独的光子芯片200。

在一个实施例中，光子芯片200使用相同的工艺步骤形成，并且因此具有相同的结构和部件。即，光子芯片200是彼此的副本。然而，本文的实施例不限于此，并且可以应用于具有不同芯片的晶圆700，其中在晶圆700中的一些芯片上执行一个或多个制造步骤，而在其他芯片上不执行。

图8图示了根据一个示例的用于测试光子芯片200的系统800。系统800包括可用于执行方法600的各个部分的测试装置805。测试装置805包括光源810、光学放大器815和光学检测器820。另外，测试装置805耦合到测试探针505(例如，光纤电缆)，测试探针505又与光子芯片200中的光栅耦合器220光学地耦合。测试探针505允许测试装置从光栅耦合器220接收光学信号并且将光学信号传送到光栅耦合器220。

光源810可以是生成光学信号的激光器，该光学信号可以被传送到光栅耦合器220中以测试芯片200的功能。尽管未示出，但是激光源810还可以包括调制器，以用于使用例如脉冲幅度调制(PAM)、正交幅度调制(QAM)、正交相移键控(QPSK)等将数据***到经调制的光学信号中。在使用调制方案的情况下，测试装置可以将数据***到被传送到光子芯片的光学信号中，该光学信号又可以用于测试芯片200中的光学部件。

光学放大器815可以放大经由光栅耦合器220从光子芯片200接收的光学信号。如上所述，光栅耦合器220可以接收在光子芯片200中传播的光学信号的衰减版本。光学放大器815可以放大所接收的光学信号，使得例如，光学检测器820可以检测信号以测量其功率、频率、相位，或者对信号进行解调以标识所接收的光学信号中的数据。

当光子芯片200仍然如图7所示在晶圆中时或在光子芯片200已经被分离之后，测试装置805可以用于测试光学部件。另外，当将光纤电缆与边缘耦合器205进行对准时，可以使用光栅耦合器220来辅助。例如，测试装置805可以将在光栅耦合器220处测量的光学信号的强度输出到对准装置，该对准装置可以调节光纤电缆与边缘耦合器205的相对位置。

返回方法600，在框610处，测试装置基于在框610处执行的测试来标识晶圆上的能够正常工作的光子芯片。例如，测试装置可以将指示哪些光子芯片通过了(多个)测试以及哪些未通过测试的晶圆的地图存储在存储器中。可以标记未通过测试的芯片，以便将其丢弃或回收。

在框615处，晶圆被锯切成单独的光子芯片，这可以暴露在芯片的锯切侧上的边缘耦合器。尽管未示出，但是可以执行其他制造步骤，诸如抛光光子芯片的侧部。

在框620处，能够正常工作的光子芯片被安装到衬底(例如，半导体衬底或电介质衬底)上。而且，能够正常工作的光子芯片可以被布置在包括其他半导体芯片的电子系统中。例如，光子芯片可以与其他光子芯片或电气IC一起连接到印刷电路板(PCB)。另外，光子芯片可以耦合到电气IC，使得电信号可以被驱动到光子芯片中或从光子芯片接收电信号。

在框620处，测试装置使用光栅耦合器来测试所安装的能够正常工作的光子芯片。在一个实施例中，边缘耦合器可能未与光纤电缆对准，并且因此，光栅耦合器可以提供对光子芯片中某些光学部件的唯一通道。这可能是优选的，以便在芯片被安装之后以与芯片是晶圆的一部分时相同的方式测试该芯片。

在框630处，使用从光栅耦合器接收的光将光纤与所安装的光子芯片中的边缘耦合器对准。如上所述，当对准时，光纤可以发射光。所发射的光中的一些光被边缘耦合器接收，并且经由分光器被引导到光栅耦合器。测试装置从光栅耦合器接收光，并且可以将光的强度报告给对准装置。作为响应，对准装置可以改变一个或多个光纤与一个或多个边缘耦合器的相对位置。

在另一个实施例中，即使芯片中的边缘耦合器与光纤电缆对准，也使用光栅耦合器来测试光子芯片。换句话说，即使可以将光发射到边缘耦合器中或从边缘耦合器接收光，测试装置仍然可以使用光栅耦合器来测试芯片。这可能是优选的，以便在芯片被安装之后以与芯片是晶圆的一部分时相同的方式来测试芯片。

在一个实施例中，在使用光栅耦合器测试光子芯片的功能和/或使边缘耦合器对准之后，可以将耦合器覆盖。例如，当被安装在光学器件中时，在光子芯片的正常操作中可能不会使用光栅耦合器，并且可以在光栅耦合器之上沉积非透明材料。

图9图示了根据一个示例包括光子芯片200的线卡900。在一个实施例中，线卡900可以用在诸如网络设备(例如，路由器)或服务器的计算系统中。如所示的，光子芯片200连同电气IC 925一起被安装在PCB 905上，电气IC 925通过电气总线940耦合到光子芯片200。电气总线940促进光子芯片200中的部件与电气IC 925中的逻辑之间的数据通信。在该示例中，电气IC 925包括可编程逻辑930，该可编程逻辑930可以被配置或改变成执行不同的功能。例如，电气IC 925可以是可编程IC或FPGA。在另一个实施例中，代替使用总线940，电气IC 925可以被直接键合到光子芯片200上的导电垫上(例如，使用倒装芯片技术)。在又一个实施例中，可编程逻辑930可以被布置在光子芯片200的SOI结构中以形成单个集成芯片，在这种情况下，可以省略总线940。

光子芯片200包括多个光栅耦合器220和边缘耦合器205。光栅耦合器220可以以行或阵列布置，使得测试装置可以同时将一组测试探针光学地耦合到光栅耦合器220。在一个实施例中，光栅耦合器220暴露在光子芯片200的上表面上，而边缘耦合器205被布置在芯片200的与上表面垂直的侧表面上。边缘耦合器205耦合到光学接口910，该光学接口910连接到光学插头915和光纤920。在该实施例中，光纤920可以被***到光学接口910中，该光学接口910将光纤920与边缘耦合器205中的相应的一个边缘耦合器对准。然而，在另一个实施例中，可以使用例如环氧树脂或树脂将光纤920直接对准并且可固定地耦合到边缘耦合器205。

在一个实施例中，光纤920仅向光子芯片200传送光学信号或仅从光子芯片200接收光学信号。在另一个实施例中，光纤920与光子芯片200同时传送和接收光学信号。例如，可以使用第一波长范围来传送进入光学信号，而可以使用第二非重叠的波长范围来传送外出光学信号。如此，光纤920可以在光学信号被传送到光子芯片200的同时，将光学信号传送离开光子芯片200。

图10图示了根据一个示例的包括光栅耦合器220的光子芯片1000。与图2中的光子芯片200中不同，这里，分光器215没有耦合到边缘耦合器。相反，光栅耦合器220可以用于测试光学部件1005和光学部件225。例如，两个光学部件1005和225可以是光学调制器。通过将分光器215放置在调制器之间，光栅耦合器220允许测试装置接收在调制器之间传送的光，该光可以用于测试调制器的功能。在另一个实施例中，测试装置可以使用光栅耦合器220来将光学信号传送到光学部件1005和225中的至少一个。因此，可以在芯片1000的任何位置处将分光器215和光栅耦合器220制造到光子芯片1000中，以测试芯片1000中的任何光学部件或结构。

尽管前述内容针对特定示例，但是在不脱离其基本范围的情况下可以设计其他示例，并且其范围由所附权利要求确定。