Comparaison des systèmes de matériaux de circuits intégrés photoniques

Comparaison des systèmes de matériaux de circuits intégrés photoniques
La figure 1 compare deux systèmes de matériaux : l'indium-phosphore (InP) et le silicium (Si). La rareté de l'indium rend l'InP plus coûteux que le Si. Les circuits à base de silicium nécessitant une croissance épitaxiale moindre, leur rendement est généralement supérieur à celui des circuits à base d'InP. Dans les circuits à base de silicium, le germanium (Ge), généralement utilisé uniquement dansPhotodétecteur(détecteurs de lumière), nécessite une croissance épitaxiale, tandis que dans les systèmes InP, même les guides d'ondes passifs doivent être préparés par croissance épitaxiale. La croissance épitaxiale tend à présenter une densité de défauts plus élevée que la croissance monocristalline, par exemple à partir d'un lingot de cristal. Les guides d'ondes InP présentent un contraste d'indice de réfraction élevé uniquement en sens transversal, tandis que les guides d'ondes à base de silicium présentent un contraste d'indice de réfraction élevé en sens transversal et longitudinal, ce qui permet aux dispositifs à base de silicium d'obtenir des rayons de courbure plus petits et des structures plus compactes. L'InGaAsP présente une bande interdite directe, contrairement au Si et au Ge. Par conséquent, les systèmes de matériaux InP sont supérieurs en termes d'efficacité laser. Les oxydes intrinsèques des systèmes InP ne sont pas aussi stables et robustes que les oxydes intrinsèques du Si, le dioxyde de silicium (SiO2). Le silicium est un matériau plus résistant que l'InP, ce qui permet l'utilisation de plaquettes de plus grande taille, à partir de 300 mm (bientôt 450 mm) contre 75 mm pour l'InP. InPmodulateursdépendent généralement de l'effet Stark confiné quantiquement, sensible à la température en raison du mouvement des bords de bande dû à la température. En revanche, la dépendance à la température des modulateurs à base de silicium est très faible.

La technologie photonique sur silicium est généralement considérée comme réservée aux produits à faible coût, à courte portée et à grande production (plus d'un million de pièces par an). En effet, il est largement admis qu'une grande capacité de wafers est nécessaire pour répartir les coûts de masquage et de développement, et quetechnologie photonique sur siliciumprésente des inconvénients de performance significatifs dans les applications interurbaines, régionales et longue distance. En réalité, c'est l'inverse qui se produit. Dans les applications à faible coût, à courte portée et à haut rendement, le laser à cavité verticale émettant par la surface (VCSEL) etlaser à modulation directe (Laser DML) : le laser à modulation directe exerce une pression concurrentielle considérable, et la faiblesse de la technologie photonique au silicium, difficile à intégrer aux lasers, est devenue un inconvénient majeur. En revanche, dans les applications métropolitaines et longue distance, en raison de la préférence pour l'intégration de la technologie photonique au silicium et du traitement numérique du signal (DSP) (souvent dans des environnements à haute température), il est plus avantageux de séparer le laser. De plus, la technologie de détection cohérente peut largement compenser les défauts de la technologie photonique au silicium, comme le courant d'obscurité bien inférieur au photocourant de l'oscillateur local. Parallèlement, il est également erroné de penser qu'une grande capacité de wafer est nécessaire pour couvrir les coûts de masquage et de développement, car la technologie photonique au silicium utilise des tailles de nœuds bien plus grandes que les semi-conducteurs à oxyde métallique complémentaire (CMOS) les plus avancés, de sorte que les masques et les séries de production requis sont relativement bon marché.