Comparación de sistemas de materiales para circuitos integrados fotónicos

Comparación de sistemas de materiales para circuitos integrados fotónicos
La figura 1 muestra una comparación de dos sistemas de materiales: indio-fósforo (InP) y silicio (Si). La escasez de indio hace que el InP sea un material más caro que el Si. Debido a que los circuitos basados ​​en silicio requieren menos crecimiento epitaxial, su rendimiento suele ser mayor que el de los circuitos basados ​​en InP. En los circuitos basados ​​en silicio, el germanio (Ge), que normalmente solo se utiliza en [referencia faltante], se emplea en [referencia faltante].fotodetector(detectores de luzEl crecimiento epitaxial requiere la fabricación de guías de onda, mientras que en los sistemas de InP, incluso las guías de onda pasivas deben prepararse mediante este método. El crecimiento epitaxial tiende a presentar una mayor densidad de defectos que el crecimiento de monocristales, como el que se obtiene a partir de un lingote de cristal. Las guías de onda de InP presentan un alto contraste de índice de refracción solo en la dirección transversal, mientras que las guías de onda basadas en silicio presentan un alto contraste de índice de refracción tanto en la dirección transversal como en la longitudinal, lo que permite que los dispositivos basados ​​en silicio alcancen radios de curvatura más pequeños y otras estructuras más compactas. El InGaAsP tiene una banda prohibida directa, mientras que el Si y el Ge no. Como resultado, los sistemas de materiales de InP son superiores en términos de eficiencia láser. Los óxidos intrínsecos de los sistemas de InP no son tan estables ni robustos como los óxidos intrínsecos del Si, como el dióxido de silicio (SiO₂). El silicio es un material más resistente que el InP, lo que permite el uso de obleas de mayor tamaño, es decir, desde 300 mm (próximamente se ampliará a 450 mm) en comparación con los 75 mm del InP.moduladoresSuelen depender del efecto Stark de confinamiento cuántico, que es sensible a la temperatura debido al desplazamiento de los bordes de banda causado por esta. En cambio, la dependencia de la temperatura de los moduladores basados ​​en silicio es muy pequeña.

La tecnología fotónica de silicio se considera generalmente adecuada solo para productos de bajo coste, corto alcance y alto volumen (más de 1 millón de unidades al año). Esto se debe a que se acepta ampliamente que se requiere una gran capacidad de obleas para distribuir los costes de máscara y desarrollo, y quetecnología fotónica de silicioPresenta importantes desventajas de rendimiento en aplicaciones regionales y de larga distancia entre ciudades. En realidad, sin embargo, ocurre lo contrario. En aplicaciones de bajo coste, corto alcance y alto rendimiento, el láser VCSEL (láser de emisión superficial de cavidad vertical) yláser de modulación directa (Láser DMLLa tecnología láser de modulación directa ejerce una enorme presión competitiva, y la dificultad de la tecnología fotónica basada en silicio para integrar láseres se ha convertido en una desventaja significativa. En cambio, en aplicaciones metropolitanas y de larga distancia, debido a la preferencia por integrar la tecnología fotónica de silicio y el procesamiento digital de señales (DSP) (que suele darse en entornos de alta temperatura), resulta más ventajoso separar el láser. Además, la tecnología de detección coherente puede compensar en gran medida las deficiencias de la tecnología fotónica de silicio, como el problema de que la corriente oscura es mucho menor que la fotocorriente del oscilador local. Asimismo, es erróneo pensar que se necesita una gran capacidad de obleas para cubrir los costes de máscaras y desarrollo, ya que la tecnología fotónica de silicio utiliza nodos de tamaño mucho mayor que los semiconductores de óxido metálico complementario (CMOS) más avanzados, por lo que las máscaras y los ciclos de producción necesarios son relativamente económicos.