Jämförelse av fotoniska integrerade kretsmaterialsystem

Jämförelse av fotoniska integrerade kretsmaterialsystem
Figur 1 visar en jämförelse av två materialsystem, indiumfosfor (InP) och kisel (Si). Indiums sällsynthet gör InP till ett dyrare material än Si. Eftersom kiselbaserade kretsar involverar mindre epitaxiell tillväxt är utbytet av kiselbaserade kretsar vanligtvis högre än för InP-kretsar. I kiselbaserade kretsar används germanium (Ge), som vanligtvis endast används iFotodetektor(ljusdetektorer), kräver epitaxiell tillväxt, medan även passiva vågledare i InP-system måste framställas genom epitaxiell tillväxt. Epitaxiell tillväxt tenderar att ha en högre defektdensitet än enkristalltillväxt, såsom från ett kristallgöt. InP-vågledare har hög brytningsindexkontrast endast i transversell, medan kiselbaserade vågledare har hög brytningsindexkontrast i både transversell och longitudinell, vilket gör att kiselbaserade enheter kan uppnå mindre böjningsradier och andra mer kompakta strukturer. InGaAsP har ett direkt bandgap, medan Si och Ge inte har det. Som ett resultat är InP-materialsystem överlägsna när det gäller lasereffektivitet. De intrinsiska oxiderna i InP-system är inte lika stabila och robusta som de intrinsiska oxiderna av Si, kiseldioxid (SiO2). Kisel är ett starkare material än InP, vilket möjliggör användning av större waferstorlekar, dvs. från 300 mm (kommer snart att uppgraderas till 450 mm) jämfört med 75 mm i InP. InPmodulatorerberor vanligtvis på den kvantbegränsade Stark-effekten, som är temperaturkänslig på grund av bandkantrörelser orsakade av temperatur. Däremot är temperaturberoendet för kiselbaserade modulatorer mycket litet.

Kiselfotonikteknik anses generellt endast vara lämplig för lågkostnadsprodukter med kort räckvidd och hög volym (mer än 1 miljon enheter per år). Detta beror på att det är allmänt accepterat att en stor mängd waferkapacitet krävs för att sprida mask- och utvecklingskostnader, och attkiselfotonikteknikhar betydande prestandanackdelar i regionala och långdistansprodukter från stad till stad. I verkligheten är dock det motsatta sant. I lågkostnads-, kortdistans- och högavkastande applikationer är vertikal kavitets-yt-emitterande laser (VCSEL) ochdirektmodulerad laser (DML-laser) : Direktmodulerade laserstrålen utgör ett enormt konkurrenstryck, och svagheten hos kiselbaserad fotonikteknik som inte enkelt kan integrera lasrar har blivit en betydande nackdel. Däremot är det i storstads- och långdistansapplikationer, på grund av preferensen att integrera kiselfotonikteknik och digital signalbehandling (DSP) tillsammans (vilket ofta sker i högtemperaturmiljöer), mer fördelaktigt att separera lasern. Dessutom kan koherent detektionsteknik i stor utsträckning kompensera för bristerna hos kiselfotoniktekniken, såsom problemet att mörkströmmen är mycket mindre än den lokala oscillatorns fotoström. Samtidigt är det också fel att tro att en stor mängd waferkapacitet behövs för att täcka mask- och utvecklingskostnader, eftersom kiselfotoniktekniken använder nodstorlekar som är mycket större än de mest avancerade komplementära metalloxidhalvledarna (CMOS), så de nödvändiga maskerna och produktionskörningarna är relativt billiga.