光集積回路材料システムの比較

光集積回路材料システムの比較
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よりも高価な材料です。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回路よりも高くなります。シリコンベースの回路では、通常は半導体製造プロセスでのみ使用されるゲルマニウム（Ge）が、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すらエピタキシャル成長で作製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に高い屈折率コントラストを持ちますが、シリコンベースの導波路は横方向と縦方向の両方に高い屈折率コントラストを持ち、これによりシリコンベースのデバイスはより小さな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は直接バンドギャップを持ちますが、SiとGeは持ちません。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システムの固有酸化物は、Siの固有酸化物である二酸化ケイ素（SiO2）ほど安定して堅牢ではありません。シリコンはInPよりも強度の高い材料であるため、InPの75 mmに対して、300 mm（まもなく450 mmにアップグレード予定）というより大きなウェハサイズを使用できます。InP変調器通常、量子閉じ込めシュタルク効果に依存しますが、これは温度によってバンド端が移動するため、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、一般的に低コスト、短距離、大量生産（年間100万個以上）の製品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ために大量のウェーハ容量が必要であることが広く認識されていることと、シリコンフォトニクス技術都市間地域および長距離輸送用途では、性能面で大きなデメリットがあります。しかし、実際にはその逆です。低コスト、短距離、高収率の用途では、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光子技術の弱点は、大きな欠点となっています。対照的に、メトロ、長距離アプリケーションでは、シリコンフォトニクス技術とデジタル信号処理（DSP）を統合することを好むため（多くの場合、高温環境）、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いノードサイズを使用するため、必要なマスクと生産ロットが比較的安価であるため、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。