Vergelijking van fotonische geïntegreerde schakelingsmateriaalsystemen

Vergelijking van fotonische geïntegreerde schakelingsmateriaalsystemen
Figuur 1 toont een vergelijking van twee materiaalsystemen: indiumfosfor (InP) en silicium (Si). De zeldzaamheid van indium maakt InP een duurder materiaal dan Si. Omdat siliciumgebaseerde circuits minder epitaxiale groei met zich meebrengen, is de opbrengst van siliciumgebaseerde circuits meestal hoger dan die van InP-circuits. In siliciumgebaseerde circuits wordt germanium (Ge), dat gewoonlijk alleen wordt gebruikt inFotodetector(lichtdetectoren), vereist epitaxiale groei, terwijl in InP-systemen zelfs passieve golfgeleiders moeten worden voorbereid door epitaxiale groei. Epitaxiale groei heeft de neiging een hogere defectdichtheid te hebben dan de groei van een enkel kristal, zoals vanuit een kristalstaaf. InP-golfgeleiders hebben alleen een hoog contrast in de transversale brekingsindex, terwijl silicium-gebaseerde golfgeleiders een hoog contrast in de transversale en longitudinale brekingsindex hebben, waardoor silicium-gebaseerde apparaten kleinere buigstralen en andere compactere structuren kunnen bereiken. InGaAsP heeft een directe bandgap, terwijl Si en Ge dat niet hebben. Als gevolg hiervan zijn InP-materiaalsystemen superieur in termen van laserefficiëntie. De intrinsieke oxiden van InP-systemen zijn niet zo stabiel en robuust als de intrinsieke oxiden van Si, siliciumdioxide (SiO2). Silicium is een sterker materiaal dan InP, waardoor grotere wafergroottes kunnen worden gebruikt, d.w.z. vanaf 300 mm (binnenkort opgewaardeerd tot 450 mm) vergeleken met 75 mm in InP. InPmodulatorenZe zijn meestal afhankelijk van het kwantumbegrensde Stark-effect, dat temperatuurgevoelig is vanwege de beweging van de bandranden door temperatuur. De temperatuurafhankelijkheid van siliciummodulatoren is daarentegen zeer gering.

Siliciumfotonicatechnologie wordt over het algemeen alleen geschikt geacht voor goedkope producten met een korte reikwijdte en een hoog volume (meer dan 1 miljoen stuks per jaar). Dit komt doordat algemeen wordt aangenomen dat een grote wafercapaciteit nodig is om de masker- en ontwikkelingskosten te spreiden, en datsiliciumfotonicatechnologieheeft aanzienlijke prestatienadelen in regionale toepassingen van stad tot stad en toepassingen met lange afstanden. In werkelijkheid is echter het tegenovergestelde waar. In goedkope, korteafstandstoepassingen met hoge opbrengst zijn verticale holte-oppervlakte-emitterende lasers (VCSEL) endirect gemoduleerde laser (DML-laser): direct gemoduleerde lasers vormen een enorme concurrentiedruk en de zwakte van siliciumgebaseerde fotonische technologie die lasers niet gemakkelijk kan integreren, is een aanzienlijk nadeel geworden. Daarentegen is het in metrotoepassingen en toepassingen over lange afstanden voordeliger om de laser te scheiden, vanwege de voorkeur voor de integratie van siliciumfotonicatechnologie en digitale signaalverwerking (DSP) (wat vaak in omgevingen met hoge temperaturen plaatsvindt). Bovendien kan coherente detectietechnologie de tekortkomingen van siliciumfotonicatechnologie grotendeels compenseren, zoals het probleem dat de donkerstroom veel kleiner is dan de fotostroom van de lokale oscillator. Tegelijkertijd is het ook verkeerd om te denken dat er een grote hoeveelheid wafercapaciteit nodig is om de masker- en ontwikkelingskosten te dekken, omdat siliciumfotonicatechnologie nodegroottes gebruikt die veel groter zijn dan de meest geavanceerde complementaire metaaloxidehalfgeleiders (CMOS), waardoor de vereiste maskers en productieseries relatief goedkoop zijn.