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, germanium (Ge), som vanligtvis endast används iFotodetektor(ljusdetektorer), kräver epitaxiell tillväxt, medan i InP-system måste även passiva vågledare förberedas genom epitaxiell tillväxt. Epitaxiell tillväxt tenderar att ha en högre defektdensitet än enkristalltillväxt, såsom från ett kristallgöt. InP-vågledare har hög brytningsindexkontrast endast i tvärgående, medan kiselbaserade vågledare har hög brytningsindexkontrast i både tvärgående och longitudinella, 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 inneboende oxiderna i InP-system är inte lika stabila och robusta som de inneboende oxiderna av Si, kiseldioxid (SiO2). Kisel är ett starkare material än InP, vilket tillåter användning av större waferstorlekar, dvs från 300 mm (snart 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 högvolym (mer än 1 miljon stycken 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 stad-till-stad regionala och långväga produktapplikationer. I verkligheten är det dock tvärtom. I lågkostnadsapplikationer med kort räckvidd och hög avkastning, vertikal kavitets ytemitterande laser (VCSEL) ochdirektmodulerad laser (DML laser) : direktmodulerad laser utgör ett enormt konkurrenstryck, och svagheten hos kiselbaserad fotonisk teknik som inte enkelt kan integrera lasrar har blivit en betydande nackdel. I motsats till tunnelbana, långdistansapplikationer, på grund av preferensen för att integrera kiselfotonikteknik och digital signalbehandling (DSP) tillsammans (vilket ofta är i miljöer med hög temperatur), är det mer fördelaktigt att separera lasern. Dessutom kan koherent detektionsteknik i stor utsträckning kompensera för bristerna med kiselfotonikteknik, såsom problemet att mörkströmmen är mycket mindre än lokaloscillatorns fotoström. Samtidigt är det också fel att tro att en stor mängd waferkapacitet behövs för att täcka mask- och utvecklingskostnader, eftersom kiselfotonikteknik använder nodstorlekar som är mycket större än de mest avancerade komplementära metalloxidhalvledarna (CMOS), så de nödvändiga maskerna och produktionskörningarna är relativt billiga.