השוואה בין מערכות חומרים משולבים במעגל פוטוניים

השוואה בין מערכות חומרים משולבים במעגל פוטוניים
איור 1 מציג השוואה בין שתי מערכות חומרים, אינדיום זרחן (InP) וסיליקון (Si). הנדירות של אינדיום הופכת את InP לחומר יקר יותר מ-Si. מכיוון שמעגלים מבוססי סיליקון כוללים פחות צמיחה אפיטקסיאלית, התשואה של מעגלים מבוססי סיליקון היא בדרך כלל גבוהה מזו של מעגלי InP. במעגלים מבוססי סיליקון, גרמניום (Ge), המשמש בדרך כלל רק בגלאי צילום(גלאי אור), דורש צמיחה אפיטקסיאלית, בעוד שבמערכות InP, אפילו מוליכי גל פסיביים חייבים להיות מוכנים על ידי צמיחה אפיטקסיאלית. גידול אפיטקסיאלי נוטה להיות בעל צפיפות פגמים גבוהה יותר מאשר צמיחת גביש בודד, כגון מטיל גביש. למובילי גל InP יש ניגודיות גבוהה של מקדם שבירה רק ברוחבי, בעוד שלמוליכי גל מבוססי סיליקון יש ניגוד מקדם שבירה גבוה הן רוחבי והן לאורך, מה שמאפשר למכשירים מבוססי סיליקון להשיג רדיוסי כיפוף קטנים יותר ומבנים קומפקטיים אחרים. ל-InGaAsP יש פער פס ישיר, בעוד ש-Si ו-Ge לא. כתוצאה מכך, מערכות חומר InP עדיפות מבחינת יעילות הלייזר. התחמוצות הפנימיות של מערכות InP אינן יציבות וחסונות כמו התחמוצות הפנימיות של Si, דו תחמוצת הסיליקון (SiO2). סיליקון הוא חומר חזק יותר מ-InP, המאפשר שימוש בגדלים גדולים יותר של פרוסות, כלומר מ-300 מ"מ (ישודרג בקרוב ל-450 מ"מ) לעומת 75 מ"מ ב-InP. InPמאפנניםתלויים בדרך כלל באפקט סטארק מוגבל הקוונטי, שהוא רגיש לטמפרטורה עקב תנועת קצה הרצועה הנגרמת על ידי טמפרטורה. לעומת זאת, תלות הטמפרטורה של מאפננים מבוססי סיליקון קטנה מאוד.

טכנולוגיית סיליקון פוטוניקה נחשבת בדרך כלל למתאימה רק למוצרים בעלות נמוכה, קצרת טווח ובנפח גבוה (יותר ממיליון יחידות בשנה). הסיבה לכך היא שמקובל באופן נרחב כי נדרשת כמות גדולה של קיבולת רקיק כדי לפזר את עלויות המסכה והפיתוח, וכיטכנולוגיית סיליקון פוטוניקהיש חסרונות ביצועים משמעותיים ביישומי מוצרים אזוריים עיר לעיר ולטווח ארוך. אולם במציאות, ההיפך הוא הנכון. ביישומים בעלות נמוכה, לטווח קצר, עם תפוקה גבוהה, לייזר פולט משטח חלל אנכי (VCSEL) ולייזר עם מודול ישיר (לייזר DML) : לייזר בעל מווסת ישירה מהווה לחץ תחרותי עצום, והחולשה של טכנולוגיה פוטונית מבוססת סיליקון שאינה יכולה לשלב בקלות לייזרים הפכה לחיסרון משמעותי. לעומת זאת, ביישומי מטרו, למרחקים ארוכים, בשל ההעדפה לשילוב טכנולוגיית סיליקון פוטוניקה ועיבוד אותות דיגיטלי (DSP) יחד (שלרוב בסביבות טמפרטורות גבוהות), כדאי יותר להפריד את הלייזר. בנוסף, טכנולוגיית זיהוי קוהרנטית יכולה לפצות במידה רבה על החסרונות של טכנולוגיית הפוטוניקה של סיליקון, כמו הבעיה שהזרם הכהה קטן בהרבה מזרם הפוטו של המתנד המקומי. יחד עם זאת, זה גם שגוי לחשוב שדרושה כמות גדולה של קיבולת רקיק כדי לכסות את עלויות המסכה והפיתוח, מכיוון שטכנולוגיית הסיליקון פוטוניקת משתמשת בגדלים של צמתים שגדולים בהרבה מהמוליכים למחצה מתכתיים משלימים (CMOS) המתקדמים ביותר. כך שהמסכות הנדרשות והרצות הייצור זולות יחסית.