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 роста, выход схем на основе кремния обычно выше, чем у схем на основе InP. В схемах на основе кремния германий (Ge), который обычно используется только вФотодетектор(детекторы света), требует эпитаксиального роста, в то время как в системах InP даже пассивные волноводы должны быть подготовлены эпитаксиальным ростом. Эпитаксиальный рост имеет тенденцию иметь более высокую плотность дефектов, чем рост монокристалла, например, из кристаллического слитка. Волноводы InP имеют высокий контраст показателя преломления только в поперечном направлении, в то время как волноводы на основе кремния имеют высокий контраст показателя 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, в то время как Si и Ge ее нет. В результате системы материалов InP превосходят с точки зрения эффективности лазера. Собственные оксиды систем InP не так стабильны и надежны, как собственные оксиды Si, диоксида кремния (SiO2). Кремний является более прочным материалом, чем InP, что позволяет использовать более крупные размеры пластин, то есть от 300 мм (скоро будет модернизирован до 450 мм) по сравнению с 75 мм в InP. InPмодуляторыобычно зависят от квантово-ограниченного эффекта Штарка, который чувствителен к температуре из-за движения края зоны, вызванного температурой. Напротив, температурная зависимость модуляторов на основе кремния очень мала.

Технология кремниевой фотоники обычно считается подходящей только для недорогих, коротких, крупносерийных продуктов (более 1 миллиона штук в год). Это связано с тем, что широко признано, что для распределения масок и затрат на разработку требуется большой объем пластин, и чтотехнология кремниевой фотоникиимеет существенные недостатки производительности в региональных и дальних приложениях для продуктов из города в город. В действительности, однако, верно обратное. В недорогих, коротких, высокопроизводительных приложениях, вертикальный резонатор поверхностно-излучающего лазера (VCSEL) илазер с прямой модуляцией (ДМЛ лазер) : лазер с прямой модуляцией создает огромное конкурентное давление, а слабость кремниевой фотонной технологии, которая не может легко интегрировать лазеры, стала существенным недостатком. Напротив, в метрополитене, в приложениях на большие расстояния, из-за предпочтения интеграции кремниевой фотонной технологии 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 кремниевой фотонной технологии, такие как проблема того, что темновой ток намного меньше фототока локального генератора. В то же время также неверно думать, что для покрытия затрат на маску и разработку требуется большая емкость пластины, поскольку кремниевая фотонная технология использует размеры узлов, которые намного больше, чем самые передовые комплементарные металлооксидные полупроводники (КМОП), поэтому требуемые маски и производственные циклы относительно дешевы.