Porównanie systemów materiałowych układów scalonych fotonicznych

Porównanie systemów materiałowych układów scalonych fotonicznych
Rysunek 1 przedstawia porównanie dwóch układów materiałowych, indu fosforu (InP) i krzemu (Si). Rzadkość indu sprawia, że ​​InP jest droższym materiałem niż Si. Ponieważ obwody na bazie krzemu wiążą się z mniejszym wzrostem epitaksjalnym, wydajność obwodów na bazie krzemu jest zwykle wyższa niż obwodów InP. W obwodach na bazie krzemu german (Ge), który jest zwykle stosowany 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 posiadania większej gęstości defektów niż wzrost pojedynczego kryształu, takiego jak wlewek kryształu. Falowody InP mają wysoki kontrast współczynnika załamania światła tylko w kierunku poprzecznym, podczas gdy falowody na bazie krzemu mają wysoki kontrast współczynnika załamania światła zarówno w kierunku poprzecznym, jak i podłużnym, co pozwala urządzeniom na bazie krzemu na osiągnięcie mniejszych promieni zgięcia i innych bardziej zwartych struktur. InGaAsP ma bezpośrednią przerwę pasmową, podczas gdy Si i Ge jej nie mają. W rezultacie systemy materiałów InP są lepsze pod względem wydajności lasera. Własne tlenki systemów InP nie są tak stabilne i wytrzymałe jak wewnętrzne tlenki 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. WPmodulatoryzwykle zależą od efektu Starka ograniczonego kwantowo, który jest wrażliwy na temperaturę ze względu na ruch krawędzi pasma spowodowany temperaturą. W przeciwieństwie do tego zależność temperaturowa modulatorów opartych na krzemie jest bardzo mała.

Technologia fotoniki krzemowej jest ogólnie uważana za odpowiednią jedynie dla tanich, krótkodystansowych, wysokonakładowych produktów (ponad 1 milion sztuk rocznie). Wynika to z faktu, że powszechnie przyjmuje się, że do rozłożenia kosztów maskowania i rozwoju wymagana jest duża pojemność wafli, atechnologia fotoniki krzemowejma znaczące wady wydajnościowe w zastosowaniach regionalnych i dalekobieżnych między miastami. W rzeczywistości jednak jest odwrotnie. W zastosowaniach niskokosztowych, krótkodystansowych i o dużej wydajności lasery VCSEL i VCSELlaser z modulacją bezpośrednią (Laser DML) : bezpośrednio modulowany laser stwarza ogromną presję konkurencyjną, a słabość technologii fotonicznej opartej na krzemie, która nie może łatwo zintegrować laserów, stała się znaczącą wadą. Natomiast w zastosowaniach metropolitalnych, dalekosiężnych, ze względu na preferencje dotyczące integracji technologii fotoniki krzemowej i cyfrowego przetwarzania sygnału (DSP) razem (co często ma miejsce w środowiskach o wysokiej temperaturze), korzystniejsze jest oddzielenie lasera. Ponadto technologia detekcji koherentnej może w dużym stopniu zrekompensować niedociągnięcia technologii fotoniki krzemowej, takie jak problem, że prąd ciemny jest znacznie mniejszy niż fotoprąd oscylatora lokalnego. Jednocześnie błędne jest również myślenie, że duża pojemność płytek jest potrzebna do pokrycia kosztów maski i rozwoju, ponieważ technologia fotoniki krzemowej wykorzystuje rozmiary węzłów, które są znacznie większe niż najbardziej zaawansowane półprzewodniki z komplementarnym tlenkiem metalu (CMOS), więc wymagane maski i serie produkcyjne są stosunkowo tanie.