Porównanie materiałów stosowanych w układach fotonicznych

Porównanie materiałów stosowanych w układach fotonicznych
Rysunek 1 przedstawia porównanie dwóch układów materiałowych: indu z fosforem (InP) i krzemu (Si). Rzadkość występowania indu sprawia, że ​​InP jest materiałem droższym niż Si. Ponieważ obwody na bazie krzemu charakteryzują się mniejszym wzrostem epitaksjalnym, wydajność obwodów na bazie krzemu jest zazwyczaj wyższa niż obwodów InP. W obwodach na bazie krzemu, german (Ge), który jest zazwyczaj używany tylko wFotodetektor(detektory światła), wymaga wzrostu epitaksjalnego, podczas gdy w systemach InP nawet pasywne falowody muszą być przygotowane przez wzrost epitaksjalny. Wzrost epitaksjalny ma tendencję do wyższej gęstości defektów niż wzrost pojedynczego kryształu, takiego jak wlewka krystaliczna. Falowody InP charakteryzują się wysokim kontrastem współczynnika załamania światła tylko w kierunku poprzecznym, podczas gdy falowody na bazie krzemu charakteryzują się wysokim kontrastem współczynnika załamania światła zarówno w kierunku poprzecznym, jak i podłużnym, co pozwala urządzeniom na bazie krzemu na osiągnięcie mniejszych promieni gięcia i innych bardziej zwartych struktur. InGaAsP ma prostą przerwę energetyczną, podczas gdy Si i Ge jej nie mają. W rezultacie systemy z materiałami InP są lepsze pod względem wydajności lasera. Tlenki własne systemów InP nie są tak stabilne i wytrzymałe, jak tlenki własne Si, dwutlenku krzemu (SiO2). Krzem jest mocniejszym materiałem niż InP, co pozwala na stosowanie większych rozmiarów płytek, tj. od 300 mm (wkrótce zostanie ulepszone do 450 mm) w porównaniu do 75 mm w InP. InPmodulatoryZwykle opierają się na kwantowo ograniczonym efekcie Starka, który jest wrażliwy na temperaturę ze względu na ruch krawędzi pasma wywołany temperaturą. Natomiast zależność temperaturowa modulatorów krzemowych jest bardzo mała.

Technologia fotoniki krzemowej jest generalnie uznawana za odpowiednią jedynie dla tanich produktów o krótkim zasięgu i dużej liczbie egzemplarzy (ponad milion sztuk rocznie). Wynika to z powszechnego przekonania, że ​​do rozłożenia kosztów maskowania i rozwoju potrzebna jest duża pojemność wafli, a także żetechnologia fotoniki krzemowejma znaczące wady wydajnościowe w zastosowaniach regionalnych i dalekosiężnych między miastami. W rzeczywistości jednak sytuacja jest odwrotna. W tanich, krótkodystansowych i wysokowydajnych zastosowaniach lasery VCSEL z emisją powierzchniową i pionową wnęką rezonansową (Vertical Wave Surface Emitting Laser – VCSEL) ilaser z modulacją bezpośrednią (Laser DML): Laser z bezpośrednią modulacją wywiera ogromną presję konkurencyjną, a słabość krzemowej technologii fotonicznej, która nie pozwala na łatwą integrację laserów, stała się istotną wadą. Natomiast w zastosowaniach metropolitalnych, dalekosiężnych, ze względu na preferencję dla integracji krzemowej technologii fotonicznej i cyfrowego przetwarzania sygnału (DSP) (co często odbywa się w środowiskach o wysokiej temperaturze), korzystniejsze jest rozdzielenie lasera. Ponadto technologia detekcji koherentnej może w dużym stopniu zrekompensować niedociągnięcia krzemowej technologii fotonicznej, takie jak problem znacznie mniejszego prądu ciemnego niż fotoprąd lokalnego oscylatora. Jednocześnie błędem jest również myślenie, że duża pojemność wafli jest potrzebna do pokrycia kosztów maski i rozwoju, ponieważ krzemowa technologia fotoniczna wykorzystuje rozmiary węzłów znacznie większe niż najbardziej zaawansowane komplementarne półprzewodniki metalowo-tlenkowe (CMOS), więc wymagane maski i serie produkcyjne są stosunkowo tanie.