Порівняння систем матеріалів фотонних інтегральних схем

Порівняння систем матеріалів фотонних інтегральних схем
На рисунку 1 показано порівняння двох матеріальних систем: індію, фосфору (InP) і кремнію (Si). Рідкість індія робить InP дорожчим матеріалом, ніж Si. Оскільки схеми на основі кремнію потребують меншого епітаксійного росту, продуктивність схем на основі кремнію зазвичай вища, ніж у схем InP. У схемах на основі кремнію германій (Ge), який зазвичай використовується лише вФотодетектор(детектори світла), вимагає епітаксійного росту, тоді як у системах InP навіть пасивні хвилеводи повинні бути підготовлені епітаксійним ростом. Епітаксійне зростання, як правило, має більшу щільність дефектів, ніж зростання монокристалів, наприклад із кристалічного зливка. Хвилеводи InP мають високий контраст показника заломлення лише в поперечному напрямку, тоді як хвилеводи на основі кремнію мають високий контраст показника заломлення як у поперечному, так і в поздовжньому напрямку, що дозволяє пристроям на основі кремнію досягати менших радіусів вигину та інших більш компактних структур. InGaAsP має пряму заборонену зону, а Si та Ge її немає. Як наслідок, системи матеріалів InP перевершують з точки зору лазерної ефективності. Власні оксиди систем InP не такі стабільні та міцні, як власні оксиди Si, діоксиду кремнію (SiO2). Кремній є міцнішим матеріалом, ніж InP, що дозволяє використовувати більші розміри пластин, тобто від 300 мм (незабаром буде оновлено до 450 мм) порівняно з 75 мм у InP. InPмодуляторизазвичай залежать від квантово-обмеженого ефекту Штарка, який чутливий до температури через рух краю смуги, спричинений температурою. Навпаки, температурна залежність модуляторів на основі кремнію дуже мала.

Технологія кремнієвої фотоніки зазвичай вважається придатною лише для недорогих продуктів малого радіусу дії та великих обсягів (більше 1 мільйона штук на рік). Це пов’язано з тим, що загальновизнано, що для поширення маски та витрат на розробку потрібна велика кількість пластин, а також щотехнологія кремнієвої фотонікимає суттєві недоліки продуктивності в міжміських регіональних і далеких додатках продукту. Однак насправді все навпаки. У недорогих застосуваннях малої дальності з високою продуктивністю лазер з вертикальним резонатором (VCSEL) іпрямомодульований лазер (DML лазер) : прямомодульований лазер створює величезний конкурентний тиск, і слабкість фотонної технології на основі кремнію, яка не може легко інтегрувати лазери, стала значним недоліком. Навпаки, у метрополітенах, на великих відстанях, через перевагу інтеграції технології кремнієвої фотоніки та цифрової обробки сигналу (DSP) разом (що часто буває в середовищах з високою температурою), більш вигідно розділити лазер. Крім того, технологія когерентного детектування може значною мірою компенсувати недоліки технології кремнієвої фотоніки, наприклад проблему, що темновий струм набагато менший, ніж фотострум гетеродина. У той же час також неправильно думати, що для покриття маски та витрат на розробку необхідна велика ємність пластини, оскільки технологія кремнієвої фотоніки використовує розміри вузлів, які набагато більші, ніж у найсучасніших комплементарних металооксидних напівпровідниках (CMOS), тому необхідні маски та виробничі партії є відносно дешевими.