Порівняння систем матеріалів фотонних інтегральних схем

Порівняння систем матеріалів фотонних інтегральних схем
На рисунку 1 показано порівняння двох матеріальних систем: індію-фосфору (InP) та кремнію (Si). Рідкість індію робить InP дорожчим матеріалом, ніж Si. Оскільки кремнієві схеми потребують меншого епітаксіального росту, вихід кремнієвих схем зазвичай вищий, ніж у InP-схем. У кремнієвих схемах германій (Ge), який зазвичай використовується лише вФотодетектор(детектори світла), вимагає епітаксіального росту, тоді як у системах InP навіть пасивні хвилеводи повинні бути підготовлені епітаксіальним ростом. Епітаксіальне зростання, як правило, має вищу щільність дефектів, ніж вирощування монокристалів, наприклад, з кристалічного злитка. Хвилеводи InP мають високий контраст показника заломлення лише в поперечному напрямку, тоді як кремнієві хвилеводи мають високий контраст показника заломлення як у поперечному, так і в поздовжньому, що дозволяє кремнієвим пристроям досягати менших радіусів вигину та інших більш компактних структур. InGaAsP має пряму заборонену зону, тоді як Si та Ge її не мають. Як результат, матеріальні системи InP перевершують з точки зору лазерної ефективності. Власні оксиди систем InP не такі стабільні та міцні, як власні оксиди Si, діоксид 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 в InP. InPмодуляторизазвичай залежать від квантово-обмеженого ефекту Штарка, який є чутливим до температури через рух краю зони, спричинений температурою. На противагу цьому, температурна залежність кремнієвих модуляторів дуже мала.

Технологія кремнієвої фотоніки зазвичай вважається придатною лише для недорогих, малосерійних та великосерійних продуктів (більше 1 мільйона штук на рік). Це пояснюється тим, що загальновизнано, що для розподілу витрат на маскування та розробку потрібна велика кількість пластин, а також щотехнологія кремнієвої фотонікимає значні недоліки в продуктивності в міських регіональних та далекомагістральних перевезеннях. Однак насправді все навпаки. У недорогих, малодіючих та високопродуктивних застосуваннях лазер з вертикальним резонатором та поверхневим випромінюванням (VCSEL) талазер з прямою модуляцією (DML-лазер) : лазер з прямою модуляцією створює величезний конкурентний тиск, а слабкість кремнієвої фотонної технології, яка не може легко інтегрувати лазери, стала суттєвим недоліком. Навпаки, у метрополітенах та на великих відстанях, через перевагу інтеграції технології кремнієвої фотоніки та цифрової обробки сигналів (DSP) разом (що часто відбувається в умовах високих температур), вигідніше розділити лазер. Крім того, технологія когерентного детектування може значною мірою компенсувати недоліки технології кремнієвої фотоніки, такі як проблема того, що темновий струм набагато менший за фотострум локального генератора. Водночас також неправильно думати, що для покриття витрат на маску та розробку потрібна велика ємність пластини, оскільки технологія кремнієвої фотоніки використовує вузли розміром набагато більші, ніж найсучасніші комплементарні металоксидні напівпровідники (КМОП), тому необхідні маски та виробничі цикли є відносно дешевими.