Porovnanie materiálových systémov fotonických integrovaných obvodov

Porovnanie materiálových systémov fotonických integrovaných obvodov
Obrázok 1 zobrazuje porovnanie dvoch materiálových systémov, india a fosforu (InP) a kremíka (Si). Vzácnosť india robí z InP drahší materiál ako Si. Keďže obvody na báze kremíka vyžadujú menší epitaxný rast, výťažnosť obvodov na báze kremíka je zvyčajne vyššia ako výťažnosť obvodov na báze InP. V obvodoch na báze kremíka sa používa germánium (Ge), ktoré sa zvyčajne používa iba vFotodetektor(svetelné detektory), vyžaduje epitaxný rast, zatiaľ čo v systémoch InP musia byť aj pasívne vlnovody pripravené epitaxným rastom. Epitaxný rast má tendenciu mať vyššiu hustotu defektov ako rast monokryštálov, napríklad z kryštálového ingotu. Vlnovody InP majú vysoký kontrast indexu lomu iba v priečnom smere, zatiaľ čo vlnovody na báze kremíka majú vysoký kontrast indexu lomu v priečnom aj pozdĺžnom smere, čo umožňuje zariadeniam na báze kremíka dosiahnuť menšie polomery ohybu a iné kompaktnejšie štruktúry. InGaAsP má priamu medzeru pásma, zatiaľ čo Si a Ge nie. V dôsledku toho sú materiálové systémy InP lepšie z hľadiska účinnosti laseru. Vnútorné oxidy systémov InP nie sú také stabilné a robustné ako vnútorné oxidy Si, oxid kremičitý (SiO2). Kremík je pevnejší materiál ako InP, čo umožňuje použitie väčších veľkostí doštičiek, t. j. od 300 mm (čoskoro sa zvýši na 450 mm) v porovnaní so 75 mm v InP. InPmodulátoryzvyčajne závisia od kvantovo obmedzeného Starkovho efektu, ktorý je citlivý na teplotu v dôsledku pohybu okrajov pásma spôsobeného teplotou. Naproti tomu teplotná závislosť modulátorov na báze kremíka je veľmi malá.

Technológia kremíkovej fotoniky sa vo všeobecnosti považuje za vhodnú len pre nízkonákladové, krátkodobé a veľkoobjemové produkty (viac ako 1 milión kusov ročne). Je to preto, lebo sa všeobecne uznáva, že na rozloženie nákladov na masky a vývoj je potrebná veľká kapacita doštičiek a žekremíková fotonická technológiamá značné výkonnostné nevýhody v aplikáciách regionálnej a diaľkovej prepravy medzi mestami. V skutočnosti je však opak pravdou. V lacných aplikáciách s krátkym dosahom a vysokým výnosom sa používa vertikálny dutinový laser s povrchovým vyžarovaním (VCSEL) apriamo modulovaný laser (DML laser) : priamo modulovaný laser predstavuje obrovský konkurenčný tlak a slabosť kremíkovej fotonickej technológie, ktorá sa nedá ľahko integrovať s lasermi, sa stala významnou nevýhodou. Naproti tomu v metropolitných aplikáciách na dlhé vzdialenosti je kvôli preferencii integrácie kremíkovej fotonickej technológie a digitálneho spracovania signálu (DSP) spoločne (čo sa často deje v prostredí s vysokou teplotou) výhodnejšie laser oddeliť. Okrem toho môže koherentná detekčná technológia do značnej miery vyrovnať nedostatky kremíkovej fotonickej technológie, ako napríklad problém, že temný prúd je oveľa menší ako fotoprúd lokálneho oscilátora. Zároveň je tiež nesprávne si myslieť, že na pokrytie nákladov na masku a vývoj je potrebná veľká kapacita doštičky, pretože kremíková fotonická technológia používa uzly, ktoré sú oveľa väčšie ako najpokročilejšie komplementárne polovodiče z oxidov kovov (CMOS), takže požadované masky a výrobné série sú relatívne lacné.