Porovnání materiálových systémů fotonických integrovaných obvodů

Porovnání materiálových systémů fotonických integrovaných obvodů
Obrázek 1 ukazuje srovnání dvou materiálových systémů, indium, fosfor (InP) a křemík (Si). Díky vzácnosti india je InP dražší materiál než Si. Protože obvody na bázi křemíku zahrnují menší epitaxní růst, výtěžnost obvodů na bázi křemíku je obvykle vyšší než u obvodů InP. V obvodech na bázi křemíku se germanium (Ge), které se obvykle používá pouze vFotodetektor(detektory světla), vyžaduje epitaxní růst, zatímco v systémech InP musí být i pasivní vlnovody připraveny epitaxním růstem. Epitaxní růst má tendenci mít vyšší hustotu defektů než růst monokrystalů, například z krystalového ingotu. InP vlnovody mají vysoký kontrast indexu lomu pouze v příčném směru, zatímco vlnovody na bázi křemíku mají vysoký kontrast indexu lomu v příčném i podélném směru, což umožňuje zařízením na bázi křemíku dosáhnout menších poloměrů ohybu a dalších kompaktnějších struktur. InGaAsP má přímou mezeru v pásmu, zatímco Si a Ge ne. V důsledku toho jsou materiálové systémy InP lepší z hlediska účinnosti laseru. Vnitřní oxidy InP systémů nejsou tak stabilní a robustní jako vnitřní oxidy Si, oxid křemičitý (SiO2). Křemík je pevnější materiál než InP, což umožňuje použití větších velikostí plátků, tj. od 300 mm (brzy bude upgradováno na 450 mm) oproti 75 mm u InP. InPmodulátoryobvykle závisí na kvantově omezeném Starkově jevu, který je citlivý na teplotu v důsledku pohybu okraje pásu způsobeného teplotou. Naproti tomu teplotní závislost modulátorů na bázi křemíku je velmi malá.

Technologie křemíkové fotoniky je obecně považována za vhodnou pouze pro levné výrobky s krátkým dosahem a velkým objemem (více než 1 milion kusů ročně). Je tomu tak proto, že se všeobecně uznává, že k rozložení masky a nákladů na vývoj je zapotřebí velké množství waferové kapacitytechnologie křemíkové fotonikymá značné výkonnostní nevýhody v regionálních a dálkových aplikacích mezi město. Ve skutečnosti je však opak pravdou. V levných aplikacích s krátkým dosahem a vysokou výtěžností, laserem vyzařujícím povrch s vertikální dutinou (VCSEL) apřímo modulovaný laser (DML laser): přímo modulovaný laser představuje obrovský konkurenční tlak a slabina fotonické technologie na bázi křemíku, která nemůže snadno integrovat lasery, se stala významnou nevýhodou. Naproti tomu v metru, aplikacích na dlouhé vzdálenosti, vzhledem k preferenci vzájemné integrace technologie křemíkové fotoniky a digitálního zpracování signálu (DSP) (které je často v prostředí s vysokou teplotou), je výhodnější laser oddělit. Technologie koherentní detekce navíc může do značné míry kompenzovat nedostatky technologie křemíkové fotoniky, jako je problém, že temný proud je mnohem menší než fotoproud lokálního oscilátoru. Zároveň je také mylné se domnívat, že k pokrytí nákladů na masku a vývoj je potřeba velká kapacita waferů, protože technologie křemíkové fotoniky využívá velikosti uzlů, které jsou mnohem větší než u nejpokročilejších komplementárních polovodičů z oxidů kovů (CMOS), takže požadované masky a výrobní série jsou relativně levné.