硅光芯片与InP光芯片比较

光学小豆芽

发布于 2020-08-13 15:56:06

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接着前两篇笔记光芯片的材料体系比较和基于InP的光芯片简介，这一篇主要从性能和成本比较下硅光芯片与InP光芯片，究竟孰优孰劣。

我们先来看一下国际上几个主要fab厂所加工出的光芯片性能，

从上表中可以看出：

1）两种材料体系的波导传输损耗相差不大，都在2-3dB/cm

2）硅光芯片的调制器性能和InP体系的调制器性能相当，LETI平台的调制器带宽较大

3）硅光芯片的Ge探测器带宽大于InP探测器，但响应率小于InP探测器，两种体系各有利弊

4）InP体系最大的优势是可以片上集成激光器，虽然硅光芯片目前也可以混合集成III-V族的激光器，但技术还不够成熟

以上是fab厂提供的数据，而最新的研究数据往往比这些值高出不少。例如，通过一些结构的设计，硅光调制器速率可以达到50G以上，Ge探测器的响应率可以达到1A/W，这里就不要一一列举了。总体说来，硅光芯片和InP光芯片各方面的性能相差不大，唯一的区别是InP可以单片集成激光器，而硅光芯片需要混合集成InP材料作为激光器。

我们经常听到硅光的优势之一是“成本低、与CMOS工艺兼容”。

先来看下成本的问题，InP晶圆的价格相比SOI晶片的价格高出不少（没有搜到具体数据）。InP晶圆的尺寸一般为2-3寸，而硅光可以使用8寸和12寸的SOI晶圆，成本可以大大降低。但是参考文献2中的数据，现阶段两者MPW流片的费用相当，硅光流片费用反而略高一些。

硅光的成本优势只有在产量非常大的情况下，才可以体现出来。那哪些领域需要大量的光芯片呢？很自然地会想到数据中心。得益于数据中心的发展，光收发器的需求逐年递增。如此大的需求量，对成本的要求自然摆在了首位。因此，基于硅光芯片的光收发器受到青睐。硅光的机遇在200G或者更高？是否还存在其他应用领域，对成本的要求也比较高？基于光芯片的传感器？

虽然硅光芯片材料本身价格低，但是封装以及良率等因素，都会导致产品的成本上升，并不能简单笼统地说硅光价格便宜，有优势。能否在价格上能竞争得过InP芯片，还需要综合考量。

关于CMOS工艺兼容，需要补充说明的是传统的CMOS工艺线并不能直接生产硅光芯片，而是需要做一些改动。

从长远角度看，硅光集成是必然趋势。记得有这么句话 “If it can be made by silicon, it must be made by silicon”。姑且把这当成一种信念，与大家共勉。但是现阶段硅光相对于InP的优势并不明显，硅光芯片还有许多问题需要解决。混合集成InP激光器是最为可行的解决硅光激光器问题的方案。借用文献1中的一副图，说明硅光芯片与InP光芯片两者间的关系，二者将共赴康庄大道。