Сравнение систем материалов фотонных интегральных схем

Сравнение систем материалов фотонных интегральных схем
На рисунке 1 показано сравнение двух систем материалов: индий-фосфор (InP) и кремний (Si). Редкость индия делает InP более дорогим материалом, чем Si. Поскольку схемы на основе кремния требуют меньшего эпитаксиального выращивания, выход схем на основе кремния обычно выше, чем у схем InP. В схемах на основе кремния используется германий (Ge), который обычно используется только вФотодетектор(детекторы света), требует эпитаксиального выращивания, тогда как в системах InP даже пассивные волноводы должны быть подготовлены методом эпитаксиального выращивания. Эпитаксиальный рост имеет тенденцию иметь более высокую плотность дефектов, чем рост монокристалла, например, из кристаллического слитка. Волноводы InP имеют высокий контраст показателей преломления только в поперечном направлении, тогда как волноводы на основе кремния имеют высокий контраст показателей преломления как в поперечном, так и в продольном направлении, что позволяет устройствам на основе кремния достигать меньших радиусов изгиба и других более компактных структур. InGaAsP имеет прямую запрещенную зону, а Si и Ge ее нет. В результате системы материалов InP превосходят лазерную эффективность. Собственные оксиды систем InP не так стабильны и прочны, как собственные оксиды Si, диоксид кремния (SiO2). Кремний является более прочным материалом, чем InP, что позволяет использовать пластины большего размера, т.е. от 300 мм (скоро будет увеличено до 450 мм) по сравнению с 75 мм в InP. ИнПмодуляторыобычно зависят от квантово-ограниченного эффекта Штарка, который чувствителен к температуре из-за движения краев зоны, вызванного температурой. Напротив, температурная зависимость модуляторов на основе кремния очень мала.

Технология кремниевой фотоники обычно считается подходящей только для недорогих, малогабаритных и крупносерийных продуктов (более 1 миллиона штук в год). Это связано с тем, что широко распространено мнение, что для распределения маски и затрат на разработку требуется большая емкость пластины, и чтотехнология кремниевой фотоникиимеет значительные недостатки в производительности при транспортировке продуктов между городами, региональных и дальних перевозок. В действительности, однако, верно обратное. В недорогих высокопроизводительных приложениях малого радиуса действия используются лазеры поверхностного излучения с вертикальным резонатором (VCSEL) илазер с прямой модуляцией (ДМЛ-лазер) : лазер с прямой модуляцией создает огромное конкурентное давление, а слабость фотонных технологий на основе кремния, которые не могут легко интегрировать лазеры, стала существенным недостатком. Напротив, в городских условиях, на больших расстояниях, из-за предпочтения интеграции технологии кремниевой фотоники и цифровой обработки сигналов (DSP) вместе (что часто происходит в условиях высоких температур), более выгодно разделить лазер. Кроме того, технология когерентного обнаружения может в значительной степени компенсировать недостатки технологии кремниевой фотоники, например, проблему, заключающуюся в том, что темновой ток намного меньше фототока гетеродина. В то же время ошибочно думать, что для покрытия затрат на маску и разработку необходима большая емкость пластин, поскольку в технологии кремниевой фотоники используются размеры узлов, которые намного больше, чем у самых современных комплементарных металлооксидных полупроводников (КМОП). поэтому необходимые маски и производственные партии относительно дешевы.