Сравнение материальных систем фотонных интегральных схем

Сравнение материальных систем фотонных интегральных схем
На рисунке 1 показано сравнение двух материальных систем: индий-фосфора (InP) и кремния (Si). Редкость индия делает InP более дорогим материалом, чем Si. Поскольку в схемах на основе кремния требуется меньше эпитаксиального роста, выход годных изделий в таких схемах обычно выше, чем в схемах на основе InP. В схемах на основе кремния используется германий (Ge), который обычно применяется только вФотодетектор(детекторы светаДля получения InP требуется эпитаксиальный рост, тогда как в системах InP даже пассивные волноводы должны быть изготовлены методом эпитаксиального роста. Эпитаксиальный рост, как правило, имеет более высокую плотность дефектов, чем рост монокристаллов, например, из кристаллического слитка. Волноводы на основе InP обладают высоким контрастом показателя преломления только в поперечном направлении, тогда как волноводы на основе кремния обладают высоким контрастом показателя преломления как в поперечном, так и в продольном направлениях, что позволяет кремниевым устройствам достигать меньших радиусов изгиба и других более компактных структур. InGaAsP имеет прямую запрещенную зону, в то время как Si и Ge — нет. В результате, системы материалов InP превосходят InP по эффективности лазера. Собственные оксиды систем InP не так стабильны и прочны, как собственные оксиды Si, диоксид кремния (SiO2). Кремний — более прочный материал, чем InP, что позволяет использовать пластины больших размеров, например, от 300 мм (скоро будет увеличено до 450 мм) по сравнению с 75 мм в InP.модуляторыОбычно они основаны на квантово-ограниченном эффекте Штарка, который чувствителен к температуре из-за смещения краев зон, вызванного температурой. В отличие от этого, температурная зависимость модуляторов на основе кремния очень мала.

Технология кремниевой фотоники, как правило, считается подходящей только для недорогих, малосерийных и крупносерийных продуктов (более 1 миллиона штук в год). Это связано с тем, что широко признано необходимость больших производственных мощностей для распределения затрат на изготовление печатных плат и разработку, а также с тем, чтокремниевая фотонная технологияИмеет существенные недостатки в производительности при региональных и междугородних перевозках. Однако в реальности верно обратное. В недорогих, маломощных и высокоэффективных приложениях вертикально-резонаторные поверхностно-излучающие лазеры (VCSEL) илазер с прямой модуляцией (лазер DML): лазеры с прямой модуляцией создают огромное конкурентное давление, а слабость кремниевой фотонной технологии, заключающаяся в невозможности легкой интеграции лазеров, стала существенным недостатком. В отличие от этого, в городских и дальних приложениях, благодаря предпочтительной интеграции кремниевой фотонной технологии и цифровой обработки сигналов (ЦОС) (что часто происходит в условиях высоких температур), более выгодно разделять лазеры. Кроме того, технология когерентного детектирования может в значительной степени компенсировать недостатки кремниевой фотонной технологии, такие как проблема значительно меньшего темнового тока по сравнению с фототоком локального генератора. В то же время, ошибочно полагать, что для покрытия затрат на маски и разработку необходимы большие производственные мощности, поскольку в кремниевой фотонной технологии используются размеры узлов, значительно превышающие размеры самых передовых комплементарных металлооксидных полупроводников (CMOS), поэтому необходимые маски и объемы производства относительно недороги.