Comparaison des systèmes de matériaux de circuits intégrés photoniques

Comparaison des systèmes de matériaux de circuits intégrés photoniques
La figure 1 montre une comparaison de deux systèmes de matériaux, l'indium phosphore (InP) et le silicium (Si). La rareté de l'indium fait de l'InP un matériau plus cher que le Si. Étant donné que les circuits à base de silicium impliquent moins de croissance épitaxiale, le rendement des circuits à base de silicium est généralement supérieur à celui des circuits InP. Dans les circuits à base de silicium, le germanium (Ge), qui n'est généralement utilisé que dansPhotodétecteur(détecteurs de lumière), nécessite une croissance épitaxiale, alors que dans les systèmes InP, même les guides d'ondes passifs doivent être préparés par croissance épitaxiale. La croissance épitaxiale a tendance à avoir une densité de défauts plus élevée que la croissance monocristalline, comme celle d'un lingot de cristal. Les guides d'ondes InP ont un contraste d'indice de réfraction élevé uniquement dans le sens transversal, tandis que les guides d'ondes à base de silicium ont un contraste d'indice de réfraction élevé à la fois transversal et longitudinal, ce qui permet aux dispositifs à base de silicium d'obtenir des rayons de courbure plus petits et d'autres structures plus compactes. InGaAsP a une bande interdite directe, contrairement à Si et Ge. En conséquence, 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 de Si, le dioxyde de silicium (SiO2). Le silicium est un matériau plus résistant que l'InP, permettant l'utilisation de tranches de plus grande taille, c'est-à-dire de 300 mm (bientôt augmenté à 450 mm) contre 75 mm pour l'InP. InPmodulateursdépendent généralement de l'effet Stark confiné quantique, qui est sensible à la température en raison du mouvement des bords de bande provoqué par 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 adaptée uniquement aux produits à faible coût, à courte portée et à volume élevé (plus d'un million de pièces par an). En effet, il est largement admis qu'une grande capacité de production de plaquettes est nécessaire pour répartir les coûts de masque et de développement, et quetechnologie photonique sur siliciumprésente des inconvénients de performances importants dans les applications de produits régionaux et longue distance de ville à ville. Mais en réalité, c’est le contraire qui est vrai. Dans les applications à faible coût, à courte portée et à haut rendement, les lasers à émission de surface à cavité verticale (VCSEL) etlaser à modulation directe (Laser DML) : le laser directement modulé exerce une énorme pression concurrentielle, et la faiblesse de la technologie photonique à base de silicium, qui ne peut pas facilement intégrer les lasers, est devenue un inconvénient majeur. En revanche, dans les applications métropolitaines longue distance, en raison de la préférence pour l'intégration de la technologie photonique sur silicium et du traitement du signal numérique (DSP) (souvent dans des environnements à haute température), il est plus avantageux de séparer le laser. De plus, la technologie de détection cohérente peut compenser dans une large mesure les lacunes de la technologie photonique sur silicium, comme le problème selon lequel le courant d'obscurité est beaucoup plus petit que le photocourant de l'oscillateur local. Dans le même temps, il est également erroné de penser qu'une grande capacité de tranche est nécessaire pour couvrir les coûts de masque et de développement, car la technologie photonique sur silicium utilise des tailles de nœuds beaucoup plus grandes que les semi-conducteurs à oxyde métallique complémentaire (CMOS) les plus avancés. les masques et les séries de production requis sont donc relativement bon marché.