Comparaison des systèmes de matériaux pour circuits intégrés photoniques

Comparaison des systèmes de matériaux pour 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 moins de croissance épitaxiale, leur rendement est généralement supérieur à celui des circuits InP. Dans les circuits à base de silicium, le germanium (Ge), généralement utilisé uniquement dans…photodétecteur(détecteurs de lumièreLa croissance épitaxiale est nécessaire pour les systèmes InP, même pour les guides d'ondes passifs. La croissance épitaxiale tend à présenter une densité de défauts plus élevée que la croissance monocristalline, par exemple à partir d'un lingot. Les guides d'ondes InP présentent un contraste d'indice de réfraction élevé uniquement dans le plan transversal, tandis que les guides d'ondes à base de silicium présentent un contraste d'indice de réfraction élevé à la fois dans le plan transversal et longitudinal, ce qui permet aux dispositifs à base de silicium d'atteindre des rayons de courbure plus petits et des structures plus compactes. L'InGaAsP possède une bande interdite directe, contrairement au Si et au Ge. De ce fait, les systèmes InP offrent une efficacité laser supérieure. Les oxydes intrinsèques des systèmes InP sont moins stables et robustes que l'oxyde intrinsèque 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, soit 300 mm (bientôt 450 mm), contre 75 mm pour l'InP.modulateursCes dispositifs reposent généralement sur l'effet Stark quantique confiné, qui est sensible à la température en raison du déplacement de la bande interdite induit par celle-ci. 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 grand volume (plus d'un million d'unités par an). Ceci s'explique par le fait qu'il est largement admis qu'une capacité de production importante de plaquettes est nécessaire pour amortir les coûts de masques et de développement, et quetechnologie photonique sur siliciumprésente des inconvénients majeurs en termes de performances pour les applications de transport régional interurbain et longue distance. En réalité, c'est pourtant l'inverse qui est vrai. Dans les applications à faible coût, courte portée et haut rendement, le laser à émission de surface à cavité verticale (VCSEL) etlaser à modulation directe (Laser DMLLe laser à modulation directe exerce une forte pression concurrentielle, et la faiblesse de la technologie photonique sur silicium, qui peine à intégrer facilement les lasers, constitue un inconvénient majeur. En revanche, pour les applications métropolitaines et longue distance, l'intégration de la photonique sur silicium et du traitement numérique du signal (DSP), souvent réalisée dans des environnements à haute température, est privilégiée, rendant plus avantageux le laser séparé. De plus, la technologie de détection cohérente compense en grande partie les faiblesses de la photonique sur silicium, notamment le fait que le courant d'obscurité est bien inférieur au photocourant de l'oscillateur local. Par ailleurs, il est erroné de penser qu'une grande capacité de production de plaquettes est nécessaire pour couvrir les coûts de masques et de développement, car la photonique sur silicium utilise des nœuds de gravure bien plus grands que les semi-conducteurs métal-oxyde complémentaires (CMOS) les plus avancés. Les masques et les tirages de production requis sont donc relativement peu coûteux.