光集積回路材料系の比較

光集積回路材料系の比較
図 1 は、インジウム リン (InP) とシリコン (Si) という 2 つの材料系の比較を示しています。インジウムは希少であるため、InP は Si よりも高価な材料になります。シリコンベースの回路はエピタキシャル成長が少ないため、シリコンベースの回路の歩留まりは通常、InP 回路の歩留まりよりも高くなります。シリコンベースの回路では、通常はゲルマニウム (Ge) のみが使用されます。光検出器(光検出器) ではエピタキシャル成長が必要ですが、InP システムでは受動導波路でもエピタキシャル成長によって準備する必要があります。エピタキシャル成長は、結晶インゴットなどからの単結晶成長よりも欠陥密度が高くなる傾向があります。 InP 導波路は横方向のみで高い屈折率コントラストを持っていますが、シリコンベースの導波路は横方向と縦方向の両方で高い屈折率コントラストを持っているため、シリコンベースのデバイスはより小さい曲げ半径やその他のよりコンパクトな構造を実現できます。 InGaAsP には直接バンド ギャップがありますが、Si と Ge にはありません。その結果、InP 材料システムはレーザー効率の点で優れています。 InP 系の真性酸化物は、Si の真性酸化物である二酸化ケイ素 (SiO2) ほど安定性も堅牢性もありません。シリコンは InP よりも強力な材料であるため、InP の 75 mm と比較して、より大きなウェーハ サイズ、つまり 300 mm (間もなく 450 mm にアップグレードされる予定) の使用が可能になります。インプ変調器通常、量子閉じ込めシュタルク効果に依存します。シュタルク効果は、温度によって引き起こされるバンドエッジの移動により温度に敏感です。対照的に、シリコンベースの変調器の温度依存性は非常に小さいです。

シリコンフォトニクス技術は一般に、低コスト、短距離、大量生産製品（年間100万個以上）にのみ適していると考えられています。これは、マスクと開発コストを分散するには大量のウェーハ容量が必要であることが広く受け入れられているためです。シリコンフォトニクス技術都市間の地域および長距離の製品アプリケーションでは、パフォーマンスに重大な欠点があります。しかし、実際はその逆です。低コスト、短距離、高収率のアプリケーションでは、垂直共振器面発光レーザー (VCSEL) と直接変調レーザー (DMLレーザー）：直接変調されたレーザーは大きな競争圧力をもたらし、レーザーを容易に統合できないシリコンベースのフォトニック技術の弱点が重大な欠点となっています。対照的に、メトロや長距離のアプリケーションでは、シリコン フォトニクス テクノロジとデジタル信号処理 (DSP) を統合することが好まれるため (高温環境で使用されることが多いため)、レーザーを分離する方が有利です。さらに、コヒーレント検出技術は、暗電流が局部発振器の光電流よりもはるかに小さいという問題など、シリコンフォトニクス技術の欠点を大幅に補うことができます。同時に、シリコンフォトニクス技術は最先端の相補型金属酸化膜半導体（CMOS）よりもはるかに大きなノードサイズを使用しているため、マスクと開発コストをカバーするために大量のウェーハ容量が必要であると考えるのも間違いです。そのため、必要なマスクと生産量は比較的安価です。