Porovnání materiálových systémů fotonických integrovaných obvodů

Porovnání materiálových systémů fotonických integrovaných obvodů
Obrázek 1 ukazuje srovnání dvou materiálových systémů, india a fosforu (InP) a křemíku (Si). Vzácnost india činí InP dražším materiálem než Si. Protože obvody na bázi křemíku vyžadují menší epitaxní růst, je výtěžnost obvodů na bázi křemíku obvykle vyšší než u obvodů na bázi InP. V obvodech na bázi křemíku se používá 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 mívá vyšší hustotu defektů než růst monokrystalů, například z krystalového ingotu. Vlnovody InP mají vysoký kontrast indexu lomu pouze v příčném i podélném 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 zakázanou pásmo, zatímco Si a Ge nikoli. V důsledku toho jsou materiálové systémy InP lepší z hlediska laserové účinnosti. Vnitřní oxidy systémů InP nejsou tak stabilní a robustní jako vnitřní oxidy Si, oxid křemičitý (SiO2). Křemík je pevnější materiál než InP, což umožňuje použití větších velikostí destiček, tj. od 300 mm (brzy bude upgradováno na 450 mm) ve srovnání se 75 mm v InP. InPmodulátoryobvykle závisí na kvantově omezeném Starkově jevu, který je teplotně citlivý kvůli pohybu okrajů pásu způsobenému teplotou. Naproti tomu teplotní závislost modulátorů na bázi křemíku je velmi malá.

Technologie křemíkové fotoniky je obecně považována za vhodnou pouze pro nízkonákladové, krátkodobé a velkoobjemové produkty (více než 1 milion kusů ročně). Je to proto, že se všeobecně uznává, že k rozložení nákladů na masky a vývoj je zapotřebí velká kapacita waferů a žetechnologie křemíkové fotonikymá značné výkonnostní nevýhody v regionálních a dálkových produktových aplikacích mezi městy. Ve skutečnosti je však opak pravdou. V nízkonákladových aplikacích s krátkým dosahem a vysokým výtěžkem se používá vertikálně dutinový povrchově emitující laser (VCSEL) apřímo modulovaný laser (DML laser) : přímo modulovaný laser představuje obrovský konkurenční tlak a slabina fotonické technologie na bázi křemíku, která se nedá snadno integrovat s lasery, se stala významnou nevýhodou. Naproti tomu v metropolitních aplikacích a aplikacích na dlouhé vzdálenosti je vzhledem k preferenci integrace technologie křemíkové fotoniky a digitálního zpracování signálu (DSP) společně (což se často děje v prostředí s vysokými teplotami) výhodnější laser oddělit. Technologie koherentní detekce navíc může do značné míry vynahradit nedostatky technologie křemíkové fotoniky, jako je například 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 zapotřebí velká kapacita destiček, protože technologie křemíkové fotoniky používá uzly, které jsou mnohem větší než nejpokročilejší komplementární polovodiče na bázi oxidu kovu (CMOS), takže požadované masky a výrobní série jsou relativně levné.