การเปรียบเทียบระบบวัสดุวงจรรวมโฟตอนิกส์

การเปรียบเทียบระบบวัสดุวงจรรวมโฟตอนิกส์
รูปที่ 1 แสดงการเปรียบเทียบระบบวัสดุสองระบบ ได้แก่ อินเดียมฟอสฟอรัส (InP) และซิลิกอน (Si) อินเดียมหายากจึงทำให้ InP เป็นวัสดุที่มีราคาแพงกว่า Si เนื่องจากวงจรที่ใช้ซิลิกอนเกี่ยวข้องกับการเติบโตแบบเอพิแทกเซียลน้อยกว่า ผลผลิตของวงจรที่ใช้ซิลิกอนจึงมักจะสูงกว่าวงจรที่ใช้ InP ในวงจรที่ใช้ซิลิกอน เจอร์เมเนียม (Ge) ซึ่งโดยปกติจะใช้เฉพาะในเครื่องตรวจจับภาพ(เครื่องตรวจจับแสง) ต้องใช้การเจริญเติบโตแบบเอพิแทกเซียล ในขณะที่ระบบ InP แม้แต่ท่อนำคลื่นแบบพาสซีฟก็ต้องเตรียมโดยการเจริญเติบโตแบบเอพิแทกเซียล การเจริญเติบโตแบบเอพิแทกเซียลมีแนวโน้มที่จะมีความหนาแน่นของข้อบกพร่องที่สูงกว่าการเจริญเติบโตของผลึกเดี่ยว เช่น จากแท่งผลึก ท่อนำคลื่น InP มีคอนทราสต์ดัชนีหักเหแสงสูงเฉพาะในแนวขวางเท่านั้น ในขณะที่ท่อนำคลื่นที่ใช้ซิลิกอนมีคอนทราสต์ดัชนีหักเหแสงสูงทั้งในแนวขวางและแนวยาว ซึ่งช่วยให้อุปกรณ์ที่ใช้ซิลิกอนมีรัศมีการดัดที่เล็กกว่าและโครงสร้างที่กะทัดรัดกว่า InGaAsP มีแบนด์แก๊ปโดยตรง ในขณะที่ Si และ Ge ไม่มี ส่งผลให้ระบบวัสดุ InP เหนือกว่าในแง่ของประสิทธิภาพเลเซอร์ ออกไซด์ภายในของระบบ InP ไม่เสถียรและแข็งแกร่งเท่ากับออกไซด์ภายในของ Si หรือซิลิกอนไดออกไซด์ (SiO2) ซิลิกอนเป็นวัสดุที่แข็งแรงกว่า InP ทำให้สามารถใช้เวเฟอร์ที่มีขนาดใหญ่กว่าได้ เช่น ตั้งแต่ 300 มม. (จะอัปเกรดเป็น 450 มม. ในเร็วๆ นี้) เมื่อเทียบกับ 75 มม. ใน InP InPตัวปรับเปลี่ยนโดยปกติจะขึ้นอยู่กับเอฟเฟกต์สตาร์กที่ถูกจำกัดด้วยควอนตัม ซึ่งไวต่ออุณหภูมิเนื่องจากการเคลื่อนไหวของขอบแถบที่เกิดจากอุณหภูมิ ในทางตรงกันข้าม ความสัมพันธ์ของอุณหภูมิของตัวปรับเปลี่ยนที่ใช้ซิลิกอนนั้นน้อยมาก

โดยทั่วไปแล้วเทคโนโลยีโฟโตนิกส์ซิลิคอนถือว่าเหมาะสำหรับผลิตภัณฑ์ที่มีต้นทุนต่ำ ช่วงสั้น และปริมาณมาก (มากกว่า 1 ล้านชิ้นต่อปี) เท่านั้น เนื่องจากเป็นที่ยอมรับกันโดยทั่วไปว่าจำเป็นต้องมีเวเฟอร์จำนวนมากเพื่อกระจายต้นทุนมาสก์และการพัฒนา และเทคโนโลยีโฟโตนิกส์ซิลิคอนมีข้อเสียด้านประสิทธิภาพที่สำคัญในการใช้งานผลิตภัณฑ์ระดับภูมิภาคและระยะไกลระหว่างเมือง อย่างไรก็ตาม ในความเป็นจริงแล้ว ตรงกันข้าม ในการใช้งานต้นทุนต่ำ ระยะสั้น และผลผลิตสูง เลเซอร์ปล่อยพื้นผิวโพรงแนวตั้ง (VCSEL) และเลเซอร์แบบปรับตรง (เลเซอร์ DML) : เลเซอร์แบบปรับโดยตรงก่อให้เกิดแรงกดดันในการแข่งขันอย่างมาก และจุดอ่อนของเทคโนโลยีโฟโตนิกส์ที่ใช้ซิลิกอนซึ่งไม่สามารถรวมเลเซอร์เข้าด้วยกันได้อย่างง่ายดายได้กลายเป็นข้อเสียเปรียบที่สำคัญ ในทางตรงกันข้าม ในเมโทร แอปพลิเคชันระยะไกล เนื่องจากความต้องการในการรวมเทคโนโลยีโฟโตนิกส์ซิลิกอนและการประมวลผลสัญญาณดิจิทัล (DSP) เข้าด้วยกัน (ซึ่งมักจะอยู่ในสภาพแวดล้อมที่มีอุณหภูมิสูง) การแยกเลเซอร์จึงได้เปรียบมากกว่า นอกจากนี้ เทคโนโลยีการตรวจจับแบบสอดคล้องกันสามารถชดเชยข้อบกพร่องของเทคโนโลยีโฟโตนิกส์ซิลิกอนได้ในระดับมาก เช่น ปัญหาที่กระแสมืดมีขนาดเล็กกว่าโฟโตเคอร์เรนต์ของออสซิลเลเตอร์ในพื้นที่มาก ในขณะเดียวกัน การคิดว่าจำเป็นต้องใช้ความจุเวเฟอร์จำนวนมากเพื่อครอบคลุมต้นทุนมาสก์และการพัฒนาก็เป็นเรื่องผิดเช่นกัน เนื่องจากเทคโนโลยีโฟโตนิกส์ซิลิกอนใช้ขนาดโหนดที่ใหญ่กว่าเซมิคอนดักเตอร์โลหะออกไซด์เสริมขั้นสูง (CMOS) มาก ดังนั้นมาสก์ที่จำเป็นและการผลิตจึงค่อนข้างถูก