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 implican menos crecimiento epitaxial, el rendimiento de los circuitos basados ​​en silicio suele ser mayor que el de los circuitos de InP. En los circuitos basados ​​en silicio, el germanio (Ge), que normalmente solo se utiliza enFotodetector(detectores de luz), requiere crecimiento epitaxial, mientras que en los sistemas InP, incluso las guías de onda pasivas deben prepararse mediante crecimiento epitaxial. El crecimiento epitaxial tiende a tener una mayor densidad de defectos que el crecimiento de monocristal, como a partir de un lingote de cristal. Las guías de onda InP tienen un alto contraste de índice de refracción solo en dirección transversal, mientras que las guías de onda basadas en silicio tienen un alto contraste de índice de refracción tanto en dirección transversal como longitudinal, lo que permite que los dispositivos basados ​​en silicio logren radios de curvatura más pequeños y otras estructuras más compactas. InGaAsP tiene una banda prohibida directa, mientras que Si y Ge no. Como resultado, los sistemas de material InP son superiores en términos de eficiencia láser. Los óxidos intrínsecos de los sistemas InP no son tan estables y robustos como los óxidos intrínsecos del Si, 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, de 300 mm (próximamente se actualizará a 450 mm) en comparación con los 75 mm en InP. InPmoduladoresPor lo general, dependen del efecto Stark de confinamiento cuántico, que es sensible a la temperatura debido al desplazamiento del borde de banda provocado por la temperatura. En cambio, la dependencia de la temperatura de los moduladores basados ​​en silicio es muy pequeña.

La tecnología de fotónica de silicio generalmente se considera adecuada solo para productos de bajo costo, corto alcance y alto volumen (más de 1 millón de piezas por año). Esto se debe a que se acepta ampliamente que se requiere una gran cantidad de capacidad de obleas para distribuir los costos de máscara y desarrollo, y quetecnología fotónica de siliciotiene importantes desventajas de rendimiento en aplicaciones de productos regionales y de larga distancia entre ciudades. En realidad, sin embargo, ocurre lo contrario. En aplicaciones de bajo costo, corto alcance y alto rendimiento, el láser de emisión superficial de cavidad vertical (VCSEL) yláser de modulación directa (láser DML): El láser modulado directamente ejerce una enorme presión competitiva, y la debilidad de la tecnología fotónica basada en silicio, que no puede integrar fácilmente los láseres, se ha convertido en una desventaja significativa. Por el contrario, 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 a menudo se realiza en entornos de alta temperatura), es 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. Al mismo tiempo, también es erróneo pensar que se necesita una gran cantidad de capacidad de obleas para cubrir los costos de máscaras y desarrollo, porque la tecnología fotónica de silicio utiliza tamaños de nodo mucho mayores que los semiconductores de óxido metálico complementario (CMOS) más avanzados, por lo que las máscaras y las series de producción requeridas son relativamente baratas.