Porovnanie materiálových systémov fotonických integrovaných obvodov

Porovnanie materiálových systémov fotonických integrovaných obvodov
Obrázok 1 ukazuje porovnanie dvoch materiálových systémov, indium, fosfor (InP) a kremík (Si). Vzácnosť india robí InP drahším materiálom ako Si. Pretože obvody na báze kremíka zahŕňajú menší epitaxný rast, výťažok obvodov na báze kremíka je zvyčajne vyšší ako výťažok obvodov InP. V obvodoch na báze kremíka sa používa germánium (Ge), ktoré sa zvyčajne používa iba vFotodetektor(detektory svetla), vyžaduje epitaxný rast, zatiaľ čo v systémoch InP musia byť dokonca aj pasívne vlnovody pripravené epitaxným rastom. Epitaxný rast má tendenciu mať vyššiu hustotu defektov ako rast jednotlivých kryštálov, napríklad z kryštálového ingotu. InP vlnovody 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 v pásme, zatiaľ čo Si a Ge nie. Výsledkom je, že materiálové systémy InP sú lepšie z hľadiska účinnosti lasera. Vnútorné oxidy InP systémov nie sú také stabilné a robustné ako vnútorné oxidy Si, oxidu kremičitého (SiO2). Kremík je pevnejší materiál ako InP, čo umožňuje použitie väčších rozmerov plátkov, tj od 300 mm (čoskoro bude vylepšené na 450 mm) v porovnaní so 75 mm v InP. InPmodulátoryzvyčajne závisí od kvantovo obmedzeného Starkovho efektu, ktorý je citlivý na teplotu v dôsledku pohybu okraja pásu spôsobeného teplotou. Naproti tomu teplotná závislosť modulátorov na báze kremíka je veľmi malá.

Technológia kremíkovej fotoniky sa vo všeobecnosti považuje za vhodnú len pre lacné výrobky s krátkym dosahom a veľkým objemom (viac ako 1 milión kusov ročne). Je to preto, že sa všeobecne uznáva, že na rozloženie masky a nákladov na vývoj je potrebná veľká kapacita plátkutechnológia kremíkovej fotonikymá značné výkonnostné nevýhody v regionálnych a diaľkových aplikáciách produktov medzi mestami. V skutočnosti je však opak pravdou. V lacných aplikáciách s krátkym dosahom a vysokou výťažnosťou, laserom vyžarujúcim povrch s vertikálnou dutinou (VCSEL) apriamo modulovaný laser (DML laser): priamo modulovaný laser predstavuje obrovský konkurenčný tlak a slabosť fotonickej technológie na báze kremíka, ktorá nemôže ľahko integrovať lasery, sa stala významnou nevýhodou. Naproti tomu v metroch, aplikáciách na veľké vzdialenosti, kvôli preferencii integrácie technológie kremíkovej fotoniky a digitálneho spracovania signálu (DSP) spolu (čo je často v prostredí s vysokou teplotou), je výhodnejšie laser oddeliť. Okrem toho technológia koherentnej detekcie môže do značnej miery kompenzovať nedostatky technológie kremíkovej fotoniky, ako je napríklad problém, že tmavý prúd je oveľa menší ako fotoprúd lokálneho oscilátora. Zároveň je tiež nesprávne myslieť si, že na pokrytie nákladov na masku a vývoj je potrebná veľká kapacita plátku, pretože technológia kremíkovej fotoniky využíva veľkosti uzlov, ktoré sú oveľa väčšie ako u najpokročilejších komplementárnych polovodičov z oxidu kovu (CMOS), takže požadované masky a výrobné série sú relatívne lacné.