Sammenligning av fotoniske integrerte kretsmaterialesystemer

Sammenligning av fotoniske integrerte kretsmaterialesystemer
Figur 1 viser en sammenligning av to materialsystemer, indiumfosfor (InP) og silisium (Si). Sjeldenheten til indium gjør InP til et dyrere materiale enn Si. Fordi silisiumbaserte kretser involverer mindre epitaksial vekst, er utbyttet av silisiumbaserte kretser vanligvis høyere enn for InP-kretser. I silisiumbaserte kretser brukes germanium (Ge), som vanligvis bare brukes iFotodetektor(lysdetektorer), krever epitaksial vekst, mens i InP-systemer må selv passive bølgeledere fremstilles ved epitaksial vekst. Epitaksial vekst har en tendens til å ha en høyere defekttetthet enn enkeltkrystallvekst, for eksempel fra en krystallbarre. InP-bølgeledere har høy brytningsindekskontrast bare i transversal, mens silisiumbaserte bølgeledere har høy brytningsindekskontrast i både transversal og longitudinal, noe som gjør at silisiumbaserte enheter kan oppnå mindre bøyeradier og andre mer kompakte strukturer. InGaAsP har et direkte båndgap, mens Si og Ge ikke har det. Som et resultat er InP-materialsystemer overlegne når det gjelder lasereffektivitet. De intrinsiske oksidene i InP-systemer er ikke like stabile og robuste som de intrinsiske oksidene av Si, silisiumdioksid (SiO2). Silisium er et sterkere materiale enn InP, noe som tillater bruk av større waferstørrelser, dvs. fra 300 mm (snart oppgradert til 450 mm) sammenlignet med 75 mm i InP. InPmodulatorervanligvis avhengig av den kvantebegrensede Stark-effekten, som er temperaturfølsom på grunn av båndkantbevegelse forårsaket av temperatur. I motsetning til dette er temperaturavhengigheten til silisiumbaserte modulatorer svært liten.

Silisiumfotonikkteknologi anses generelt bare som egnet for lavkostprodukter med kort rekkevidde og høyt volum (mer enn 1 million enheter per år). Dette er fordi det er allment akseptert at det kreves en stor mengde waferkapasitet for å spre maske- og utviklingskostnader, og atsilisium fotonikkteknologihar betydelige ytelsesulemper i regionale og langdistanse produktapplikasjoner fra by til by. I virkeligheten er det motsatte imidlertid sant. I rimelige, korttrekkende og høytydende applikasjoner er vertikal hulroms overflateemitterende laser (VCSEL) ogdirektemodulert laser (DML-laser) : Direktemodulert laser utgjør et enormt konkurransepress, og svakheten ved silisiumbasert fotonisk teknologi som ikke lett kan integrere lasere har blitt en betydelig ulempe. I motsetning til dette er det i storby- og langdistanseapplikasjoner, på grunn av preferansen for å integrere silisiumfotonikkteknologi og digital signalbehandling (DSP) sammen (som ofte skjer i miljøer med høy temperatur), mer fordelaktig å separere laseren. I tillegg kan koherent deteksjonsteknologi i stor grad kompensere for manglene ved silisiumfotonikkteknologi, for eksempel problemet med at den mørke strømmen er mye mindre enn den lokale oscillatorens fotostrøm. Samtidig er det også feil å tro at det er behov for en stor mengde waferkapasitet for å dekke maske- og utviklingskostnader, fordi silisiumfotonikkteknologi bruker nodestørrelser som er mye større enn de mest avanserte komplementære metalloksidhalvlederne (CMOS), slik at de nødvendige maskene og produksjonsløpene er relativt billige.