Fotonikus integrált áramköri anyagrendszerek összehasonlítása

Fotonikus integrált áramköri anyagrendszerek összehasonlítása
Az 1. ábra két anyagrendszer, az indium-foszfor (InP) és a szilícium (Si) összehasonlítását mutatja. Az indium ritkasága miatt az InP drágább anyag, mint a Si. Mivel a szilícium alapú áramkörök kevésbé epitaxiális növekedést igényelnek, a szilícium alapú áramkörök hozama általában magasabb, mint az InP áramköröké. A szilícium alapú áramkörökben a germánium (Ge), amelyet általában csak a következő területeken használnak:Fotodetektor(fényérzékelők) epitaxiális növekedést igényel, míg az InP rendszerekben még a passzív hullámvezetőket is epitaxiális növekedéssel kell előállítani. Az epitaxiális növekedés általában nagyobb hibasűrűséggel jár, mint az egykristályos növekedés, például egy kristályöntvényből. Az InP hullámvezetők csak transzverzális irányban rendelkeznek magas törésmutató-kontraszttal, míg a szilícium alapú hullámvezetők mind transzverzális, mind longitudinális irányban magas törésmutató-kontraszttal rendelkeznek, ami lehetővé teszi a szilícium alapú eszközök számára kisebb hajlítási sugarak és más kompaktabb szerkezetek elérését. Az InGaAsP közvetlen sávszélességgel rendelkezik, míg a Si és a Ge nem. Ennek eredményeként az InP anyagrendszerek a lézerhatékonyság tekintetében jobbak. Az InP rendszerek belső oxidjai nem olyan stabilak és robusztusak, mint a Si belső oxidjai, a szilícium-dioxid (SiO2). A szilícium erősebb anyag, mint az InP, ami lehetővé teszi nagyobb ostyaméretek használatát, azaz 300 mm-től (hamarosan 450 mm-re bővítik) az InP 75 mm-es értékéhez képest. InPmodulátorokáltalában a kvantumkorlátozott Stark-effektustól függenek, amely hőmérsékletérzékeny a hőmérséklet által okozott sávszél-mozgás miatt. Ezzel szemben a szilíciumalapú modulátorok hőmérsékletfüggése nagyon kicsi.

A szilícium-fotonikai technológiát általában csak alacsony költségű, rövid hatótávolságú, nagy volumenű termékekhez (évente több mint 1 millió darab) tartják alkalmasnak. Ez azért van, mert széles körben elfogadott, hogy nagy mennyiségű ostyakapacitásra van szükség a maszk- és fejlesztési költségek elosztásához, és hogyszilícium-fotonikai technológiajelentős teljesítménybeli hátrányokkal rendelkezik a városok közötti regionális és távolsági termékalkalmazásokban. A valóságban azonban az ellenkezője igaz. Alacsony költségű, rövid hatótávolságú, nagy hozamú alkalmazásokban a függőleges üreges felületkibocsátó lézer (VCSEL) ésdirekt modulációjú lézer (DML lézer): A közvetlenül modulált lézer hatalmas versenynyomást jelent, és a szilícium alapú fotonikus technológia gyengesége, miszerint nem tudja könnyen integrálni a lézereket, jelentős hátránnyá vált. Ezzel szemben a nagyvárosi, távolsági alkalmazásokban a szilícium fotonikai technológia és a digitális jelfeldolgozás (DSP) együttes integrálásának előnyben részesítése miatt (ami gyakran magas hőmérsékletű környezetben történik) előnyösebb a lézert elkülöníteni. Ezenkívül a koherens detektálási technológia nagymértékben kompenzálhatja a szilícium fotonikai technológia hiányosságait, például azt a problémát, hogy a sötétáram sokkal kisebb, mint a helyi oszcillátor fotoárama. Ugyanakkor téves azt gondolni, hogy nagy mennyiségű ostyakapacitásra van szükség a maszk és a fejlesztési költségek fedezéséhez, mivel a szilícium fotonikai technológia olyan csomópontméreteket használ, amelyek sokkal nagyobbak, mint a legfejlettebb komplementer fém-oxid félvezetők (CMOS), így a szükséges maszkok és a gyártási sorozatok viszonylag olcsók.