Сравнение систем материалов фотонных интегральных схем

Сравнение систем материалов фотонных интегральных схем
На рисунке 1 показано сравнение двух систем материалов: индий-фосфора (InP) и кремния (Si). Редкость индия делает InP более дорогим материалом, чем Si. Поскольку кремниевые схемы требуют меньше эпитаксиального роста, выход годных кремниевых схем обычно выше, чем у схем на основе InP. В кремниевых схемах германий (Ge), который обычно используется только вФотодетектор(детекторы света), требует эпитаксиального роста, в то время как в системах на основе InP даже пассивные волноводы должны быть изготовлены методом эпитаксиального роста. Эпитаксиальный рост, как правило, характеризуется более высокой плотностью дефектов, чем рост монокристалла, например, из кристаллического слитка. Волноводы на основе InP обладают высоким контрастом показателя преломления только в поперечном направлении, в то время как волноводы на основе кремния обладают высоким контрастом показателя преломления как в поперечном, так и в продольном направлении, что позволяет кремниевым приборам достигать меньших радиусов изгиба и создавать более компактные структуры. InGaAsP имеет прямую запрещенную зону, в то время как Si и Ge ее не имеют. В результате системы на основе InP превосходят системы на основе InP с точки зрения эффективности лазера. Собственные оксиды систем на основе InP не так стабильны и прочны, как собственные оксиды Si – диоксид кремния (SiO2). Кремний – более прочный материал, чем InP, что позволяет использовать пластины большего размера, например, от 300 мм (скоро будет увеличен до 450 мм) по сравнению с 75 мм в InP. InPмодуляторыОбычно они зависят от квантово-размерного эффекта Штарка, который чувствителен к температуре из-за смещения края зоны, вызванного температурой. В отличие от этого, температурная зависимость кремниевых модуляторов очень мала.

Технология кремниевой фотоники обычно считается подходящей только для недорогих, малогабаритных и крупносерийных изделий (более 1 миллиона штук в год). Это связано с тем, что для распределения затрат на маски и разработку требуется большой объём пластин, и чтотехнология кремниевой фотоникиимеет существенные недостатки в производительности при междугородних, региональных и дальних перевозках. Однако в реальности всё наоборот. В недорогих, ближних и высокопроизводительных приложениях используются лазеры с вертикальным резонатором и поверхностным излучением (VCSEL)лазер с прямой модуляцией (DML-лазер) : лазер с прямой модуляцией оказывает огромное конкурентное давление, а слабость кремниевой фотонной технологии, которая не может легко интегрировать лазеры, стала существенным недостатком. Напротив, в метрополитене, в приложениях большой протяженности, 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 детектирования может в значительной степени компенсировать недостатки кремниевой фотонной технологии, такие как проблема того, что темновой ток намного меньше фототока локального генератора. В то же время также ошибочно думать, что для покрытия затрат на маску и разработку требуется большая емкость пластины, поскольку технология кремниевой фотоники использует размеры узлов, которые намного больше, чем у самых передовых комплементарных металл-оксид-полупроводников (КМОП), поэтому требуемые маски и производственные циклы относительно дешевы.