(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリコンまたは窒化シリコンでできた少なくとも１つの線形光導波路（２１）を備える光部品（２、４、５、８）であって、前記光導波路の能動部分と称される集積部分（２１０）の周囲の全部または一部が、前記光導波路を横切る前記能動部分（２１０）のどちらの側にも延在するいわゆる能動領域（２２０）において、前記能動部分（２１０）のどちらの側にも配置された少なくとも２つの電極（２３１、２３２）と電気的に相互作用する１つまたは複数の実質的に半導電性のナノチューブの群（２２）で囲まれており、
そして、前記電極間で印加される電気信号（２２９）から誘導される電気−光学結合により、前記光導波路の前記能動部分において前記光導波路の残りの部分へ向けて発せられるかまたは変調される光信号（２１９）を生成する、前記部品。
【請求項２】
前記光導波路が前記導波路の能動部分に光信号増幅構造を備えることを特徴とする請求項１に記載の部品。
【請求項３】
前記電気信号（２２９）が、前記能動部分（２１０）の周りに、前記光導波路（２１）のどちらの側にも位置する少なくとも２つの電極（２３１、２３２）によって、前記電極間に、前記光導波路（２１）の縦軸（Ａ２１）を実質的に横切る電界または電流を発生させるように印加されることを特徴とする請求項１または２のいずれか一項に記載の部品。
【請求項４】
前記電極（４３１、４３２、５３１、５３２、７３１、７３２）が、前記群（４２、５２、７２）の前記ナノチューブ内で、前記電極に印加される電圧または電気信号（２２９）の関数として１または複数の効果を引き起こす電界を生じさせることにより、電気接続なしで前記ナノチューブと相互作用することを特徴とし、前記の１または複数の効果が、カー効果、
シュタルク効果、および
前記光導波路（２１）の前記能動部分（２１０）を流れる光束（２１９）の変調を実行する電界吸収
の群から選択される、
請求項１〜３のいずれか一項に記載の部品（２、４、５、７、９０３）。
【請求項５】
前記光導波路（２１）の前記能動部分（２１０）および前記能動領域（６２０）の全部または一部を含むいわゆる配向領域において、前記ナノチューブ群（６２）の前記ナノチューブ（６２１、８２１）が主として同じ方向（Ａ６２）に配向されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の部品（２、６、８、９０１、９０２）。
【請求項６】
前記配向領域内の前記ナノチューブ（６２１、８２１）のほとんどがそれぞれ前記２つの電極（６３１および６３２）に接続されており、よって、前記電極への電圧または電気信号（２２９）の印加が、前記接続されたナノチューブ（６２１、８２１）において、エレクトロルミネセンスの現象により、前記光導波路（２１）の前記能動部分（２１０）の全部または一部を含む光学モード（６９、８９）内で光束の放射を引き起こす電荷キャリアの注入を生じさせ、前記電極に印加される前記信号（２２９）または電圧から前記光導波路（２１）において光束（２１９）を生じさせ、よって前記光導波路のための光源を作り出すことを特徴とする請求項５に記載の部品（２、６、８、９０１）。
【請求項７】
前記ナノチューブ群（２２、６２、７２、８２）内で印加され、または検出される前記電気信号（２２９）が両極性信号であることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の部品。
【請求項８】
前記ナノチューブ群（２２、４２、５２、６２、７２）が複数のナノチューブを備えることを特徴とする請求項１〜７のいずれか一項に記載の部品（２、４、５、６、７）。
【請求項９】
同じナノチューブ群（９２）内のナノチューブで完全にまたは部分的に被覆された複数の光導波路（９１１、９１２、９１３）を備え、
前記光導波路が相互に独立してそれぞれ少なくとも２つの電極と相互作用し、前記電極が複数の独立の能動領域を定め、
よって、相互に機能的に独立しているが、前記同じナノチューブ群（９２）を使用する複数の部品（９０１、９０２、９０３）を作り出すことを特徴とする請求項１〜８のいずれか一項に記載の部品（９０）。
【請求項１０】
電子回路と集積光回路との両方に組み込まれており、前記集積電子光回路が前記電気−光学部品を介して相互にやりとりすることを特徴とする請求項１〜９のいずれか一項に記載の部品（２、４、６、７、８、９０、９９１）。
【請求項１１】
少なくとも１つの請求項１〜１０のいずれか一項に記載の電気−光学部品（それぞれ９０１、９０２、９０３および９９１）を介して相互にやりとりする少なくとも１つの光回路（９１）と、少なくとも１つの電子回路（９９ｈ、９９）とを備え、前記電気−光学部品が前記光回路（９１）と前記電子回路（９９ｈ、９９）との両方に組み込まれている集積電子光回路（９００）。
【請求項１２】
光信号（９２９）によって相互にやりとりするために、少なくとも１つの請求項１〜１０のいずれか一項に記載の光−光部品または電気−光学部品（それぞれ９０１、９０２、９０３、９９１）をそれぞれ備え、使用する複数の電子組立品（それぞれ９９ｈ、９９）を備えることを特徴とする請求項１１に記載の回路（９００）。
【請求項１３】
請求項１〜１２のいずれか一項に記載の電気−光学部品または回路を作成するための方法であって、少なくとも１つの光導波路（２１）と１つまたは複数のナノチューブ（６２１）との間に結合を作り出すために、少なくとも、
−  少なくとも１つの光導波路（２１）の部分（２１０、３１０）を被覆し、前記光導波路の部分のどちらの側にも位置する少なくとも２つの電極（４３１、４３２、６３１、６３２、３３１、３３２）と電気的に相互作用する１つまたは複数のナノチューブ（４２１、６２１）の群を形成する少なくとも１つの領域（４２、６２、３２２）を作成する操作、または少なくとも１つの光導波路の部分（３１０）のどちらの側にも位置する少なくとも２つの電極（３３１、３３２）と電気的に相互作用する１つまたは複数のナノチューブの群を形成する少なくとも１つの領域（３２１）によって完全に、または部分的に被覆された前記光導波路の部分を作成する操作、または
−  前記２つの操作の組み合わせ（３２１、３２２）を含むことを特徴とする方法。
【請求項１４】
前記作成する操作が、
−  シリコンまたは窒化シリコンでできた少なくとも１つの光導波路（２１、２１０）をエッチングし、または堆積形成させるステップと、
−  前記光導波路（２１）の少なくとも１つのいわゆる能動部分（２１０）の周囲の全部または一部を囲む１つまたは複数の半導体型ナノチューブ（４２１、６２１〜６２１ｎ、８２１）の群を形成する領域（４２、６２、８２）を堆積させるステップと、
−  前記光導波路の前記能動部分（２１０）をどちらの側でも囲み、前記能動部分（２１０）を囲む前記ナノチューブ（４２１、６２１〜６２１ｎ、８２１）と電気的に相互作用する（４９、６９）ように配置された電極（４３１、４３２、６３１、６３２）をエッチングし、または堆積させるステップとを含むことを特徴とする請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
ナノチューブ（６２１〜６２１ｎ、８２１）を堆積させるステップと前記電極（６３１、６３２）を作成するステップとの間に、
−  前記ナノチューブ群（６２）を、前記群内の同じ複数のナノチューブ（６２１〜６２１ｎ）を切断するように配置されている、前記光導波路の前記能動部分（２１０）のどちらの側にも分配された２つの切断領域（６３１０、６３２０）としてエッチングし、または切断するステップも含み、前記電極を作成する前記ステップが、前記電極（６３１、６３２）を前記ナノチューブ群内の同じ複数のナノチューブ（６２１〜６２１ｎ）の両端部（ｅｘ１、ｅｘ２）に電気的に接続するように、前記切断領域（６３１０、６３２０）内で前記電極を堆積させ、または成長させるステップを含むことを特徴とする請求項１３または請求項１４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１６】
前記作成する操作が、
−  一方ではシリコンまたは窒化シリコンでできた少なくとも１つの光導波路（２１）を、他方では前記光導波路のいわゆる能動部分（２１０）をどちらの側でも囲む電極（５３１、５３２）をエッチングし、または堆積させるステップと、
−  前記光導波路の少なくとも前記能動部分（２１０）の周囲の全部または一部を被覆し、前記電極と電気的に相互作用するように配置された半導体型ナノチューブの群（５２）を堆積させるステップとを含むことを特徴とする請求項１３に記載の電気−光学部品を作成するための方法。
【請求項１７】
ナノチューブ群（４２）に前記光導波路（２１）の下部を被覆させるように能動部分（２１０）のレベルにおいて実行される、基板を、または前記光導波路の下に位置する層（２００）をアンダーエッチングするステップも含むことを特徴とする請求項１３〜１６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１８】
ナノチューブ群を形成する少なくとも１つのモノブロック領域（９２）を作成するステップを含み、続いて、機能的に独立しており、同じナノチューブ群（９２）内で作成される、請求項４〜１２のいずれか一項に記載の複数の部品（９０１、９０２、９０３）を作成する１つまたは複数の操作が行われることを特徴とする請求項１６〜１７のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１９】
光結合または電気−光学結合の光波長を、前記結合の前記ナノチューブ（４２１、６２１、８２１）のワインディングインデックス（ｎ、ｍ）の選択により制御するステップを含むことを特徴とする請求項１３〜１８のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２０】
同じ集積回路（９）内において、一方で少なくとも１つの電子回路（９９ｈ、９９）を作成するステップと、他方で少なくとも１つの光回路（９１）を作成するステップとを含み、前記電子回路と前記光回路との両方に組み込まれた請求項１３〜１９のいずれか一項に記載の少なくとも１つの電気−光学部品（９０１、９０２、９０３、９９１）を作成する少なくとも１つのステップも含むことを特徴とする、光電子ハイブリッド集積回路を作成するための方法。
【発明の詳細な説明】
【発明の詳細な説明】
【０００１】
本発明は、そのいわゆる能動部分の周囲の全部または一部が１つまたは複数の実質的に半導電性のナノチューブの群で囲まれている少なくとも１つの線形光導波路を備える光部品に関する。これらのナノチューブは、光導波路のどちらの側にも延在する能動領域においてその外部環境と相互作用し、それによって、ナノチューブに印加される電気信号または光信号と、他方の導波路の能動領域における光信号との間の光結合を誘導する。そのような部品は、例えば、電極間で印加される一方の電気信号と、光導波路の能動部分において上記光導波路の残りの部分へ向けて発せられ、または変調される他方の光信号との間の電気−光学結合などを用いて、特に、光導波路内で光源、または変調器もしくは検出器としての両極性電気−光学機能を果たすことができる。
【０００２】
また本発明は、その光回路および電子回路が少なくとも１つのそのような電気−光学部品を介して相互作用し合う電子光ハイブリッド集積回路と、そのような部品または集積回路の作成のための方法にも関する。
【０００３】
本発明は、例えば、将来の集積回路における光相互接続、光通信、バイオフォトニクス、ラボオンチップなど、様々な応用のためのナノフォトニクスおよびオプトエレクトロニクスの分野に関する。
【０００４】
部品
多くのシステムが、例えば通信目的やコンピュータ設備においてなど、ディジタルデータを処理し、または送信するために光回路を使用する。これらの光回路において情報を生成し、光回路と電子回路との相互作用を可能にするためにいわゆる電気−光学部品または光電子部品が使用される。
【０００５】
これらの部品には様々な種類のもの、特に、光源、検出器、および変調器が含まれる。
【０００６】
そのような光源は、電気エネルギーを使用して、光回路に供給するために光導波路へ注入することができるコヒーレント（レーザ）または非コヒーレントの光を生成する。今日そのような光源は多くの場合ＩＩＩ〜Ｖ族半導体材料で作られる。
【０００７】
電気−光学変調器は、電気信号を受け取り、例えば、電気通信信号を、長距離の、さらには海外向けの光通信ファイバへ注入される光信号へ変換するために、光束を電気信号の関数として変調して光信号を提供するように光束に作用する。今日そのような変調器は多くの場合ＩＩＩ〜Ｖ族半導体で作られる。
【０００８】
そのような検出器は、光束または信号を受け取り、例えば、光ファイバから受け取られる光信号を復号し、その信号をコンピュータが処理することのできる電気信号へ変換するために、受け取られる光信号の関数として電気信号を生成する。今日そのような検出器は多くの場合、ゲルマニウムまたはＩｎＧａＡｓに基づいて作成される。
【０００９】
回路および部品がより一層コンパクトであることは、回路の密度を高め、したがって、回路が作成を可能にする装置の小型化および／または性能を高めるのに役立つ。
【００１０】
可能な限り多くの部品および／または半組立品を併せて集積させることができることは有用である。これは、例えば、コストの低減を可能にするが、同時に、回路の密度および小型化を高め、ブロック間のインターフェースを低減し、得られる回路の消耗および加熱を低減する。
【００１１】
光電子ハイブリッド集積回路
光学または光電子集積回路が多くの分野でますます使用されるようになっている。
【００１２】
例えばこれらの回路は、ますます問題化し、場合によっては克服できない制約条件を呈する純電子部品の開発にますます多くの影響を及ぼしている制限への可能な解決策である。
【００１３】
事実、トランジスタのサイズが低下し、部品の集積の密度が高まるにつれて、相互接続はますます複雑になり、既存の回路は、同じ集積回路内の異なるトランジスタセット間の通信チャネルを作成するのに使用される１２を超える金属／誘電体レベルを有する。
【００１４】
今後数年間に、集積回路の性能はこれらの接続回路の複雑さの増大が原因で制限されることになると予見することができる。この制限は、例えば、これらの接続の抵抗値（resistive value）および容量値（capacitive value）と関連付けられる時定数が原因で、あるいは、高周波数においてこれらの制限をさらに悪化させ、信号のひずみの増大および伝搬遅延の増加を引き起こすことになる導体における表皮効果が原因で、特に、金属相互接続に影響を及ぼすことになる。ブロック間の接続やクロック信号の分配といった集積回路内の全リンクが、これらの制限により最初に影響を受けるものに含まれる。
【００１５】
抵抗のより少ない導体および誘電率より低い材料の導入により、あるいは接続線に沿って規則的に配置された中継器を導入することにより、既存の技術におけるこれらの制限を押し戻すための解決策が求められている。しかしこれらの解決策は時限的なものであり、回路のスペース要件、ならびに回路の消耗、したがって回路の加熱をさらに増加させる可能性がある。
【００１６】
提案されるある種の解決策は、以下のようないくつかの利点を提供する光相互接続を使用することからなる。
−  性能が相互接続の長さから事実上独立している。
−  伝搬が信号周波数にあまり依存しない。
−  中継器が不要であり、その結果スペースおよび電力消費が節約される。
−  分配がチップの残りの部分へ向けられる雑音を発生しない。
−  同じチャネル上で複数の波長を使用すること、すなわち波長多重化が可能である。
【００１７】
そのような光相互接続の利用は、光源、変調器、光信号検出器といった、電子集積回路内での電気−光学部品の統合を伴う。ＣＭＯＳ回路技術と適合させるために現在想定されている解決策は、光をＳＯＩ（silicon-on-insulator）基板のシリコン膜に誘導し、シリコンまたはＳｉＧｅベースの変調器を使用して光を変調し、ゲルマニウムを使用して光を検出し、主にＩＩＩ〜Ｖ族半導体を使用して光を発生させるものである。
【００１８】
現在専門家の間で考えられているシリコン上の集積回路における内部高周波数光リンクは、よって主に３つの材料、すなわちシリコン、ゲルマニウムおよびＩＩＩ〜Ｖ族で構成されるものである。
【００１９】
しかし、そのような光リンク構造は、使用される材料および製造工程に関して、ならびに集積回路の設計および内部組織化の点で、異種性の高い集積化を必要とする。この異種性には、例えば特に、設計の柔軟性や製造の簡潔さに関して多くの欠点があり、同じ基板寸法を使用しないＩＩＩ〜Ｖ族半導体に基づく光源に関して制限要因を有する。
【００２０】
さらに、これらの電気−光学部品の現在のアーキテクチャは、例えば、場合によっては数ミリメートルである光導波路内の必要な相互作用長などのために、その小型化に限界がある。これらのアーキテクチャおよびこれらのアーキテクチャに伴う厳密な精度要件、ならびに各アーキテクチャで使用する材料の差異は、集積回路内でのこれらの部品の統合を複雑で、高くつくものにする。これは特に、同じ「チップ」または集積回路内で光集積回路と電子集積回路とを一緒に組み合わせるハイブリッド集積の可能性を制限する。
【００２１】
ナノチューブの使用
ナノチューブの研究が示すところによれば、これらの材料は、そのナノメートルサイズの大きさ、およびその１次元性ゆえに、ある一定の半導体型の特性を有し得る。
【００２２】
よって、文献「Electroluminescence from Single-Wall Carbon Nanotube Network Transistors」by Adam et al. in NanoLetters 2008, 8 (8) 2351-2355 には、単一のナノチューブ（ＣＮＦＥＴ）によって、または複数のナノチューブの組織化されていないネットワーク（ＮＮＦＥＴ）によって構成されたトラックを横断して配置された複数の連続した並列な電極間に電界を印加することによって作成される電界効果トランジスタにおいて得られる多方向エレクトロルミネセンス効果が提示されている。
【００２３】
文献「Carbon Nanotubes and Optical Confinement - Controlling Light Emission in Nanophotonic Devices」by Steiner et al. in SPIE 2008 Vol. 703713 703713 および文献「A microcavity-controlled, current-driven, on-chip nanotube emitter at infrared wavelengths」by Fengnian et al. in Nature Nanotechnology Vol. 3 October 2008 には、そのようなエレクトロルミネセンス効果を、光「増幅」マイクロキャビティを使用して捕捉することが提案されている。
【００２４】
以下の図１に示すように、このマイクロキャビティは、ＰＭＭＡに埋め込まれた単一のナノチューブによって相互にリンクされている２つの側の電極間のＰＭＭＡの層を支持するＳｉＯ２の層によって構成された組立品を取り囲む２つのミラーによって形成されている。このキャビティは、キャビティによって捕捉、増幅され、様々な積層に対して垂直にキャビティから再度放出される光を生成する電界効果トランジスタ（ＦＥＴ)を形成するために、Ｐ＋ドープシリコンの層の上に実装されている。
【００２５】
同様に、文献「Efficient narrow-band light emission from a single carbon nanotube p-n diode」by Muller et al. in Nature Nanotechnology Letters of November 2009 (DOI: 10.1038/nnano.2009.319) によれば、発光は、電極の２つの領域間のダイオード内に実装され、光マイクロキャビティの上方で電界にさらされる個々のナノチューブによって生じる。
【００２６】
この先行技術には、やはりいくつかの欠点を持つ発光素子だけが記載されている。よって、これらの素子によって発せられる強度はどちらかといえば低く、方向性がない。マイクロキャビティは指向性光源を得ることを可能にするが、その代償として、特に集積に際して問題となる制約条件を課す可能性が高い余分な複雑さが加わることになる。さらに、この光の光導波路への注入は、それ自体がやはり余分な複雑さの原因となり、おそらくは収率または光強度の損失の原因ともなる、まだ対処されていない追加調整を必要とする。これらの複雑さ、ならびにキャビティの各層に垂直な発光の方向は、光回路内でそのような部品を統合しようとするあらゆる試みをより複雑で困難なものとし、それはハイブリッド集積回路内ではより一層複雑で困難なものとなる。
【００２７】
同様に、米国特許出願第２００５／２４９２４９号明細書に記載されている結合は、ＦＥＴトランジスタに実装されたナノチューブによって生成される光を、このファイバの光軸上に配置されたレンズを通して光ファイバの端部へ注入すること、またはこのナノチューブをこの光ファイバ内に封入することからなる。しかし、そのような組立品はほとんど光を生じず、作成、調整が困難で、複雑であり、集積回路での使用には適さない。
【００２８】
一般に、最新の技術の傾向では、ナノチューブをその半導体特性のために使用する。よって、隔離されたナノチューブを得ようとするためにあらゆることが行われ、例えば、ナノチューブのバンドルを防ぐために音波による分離を行い、続いて界面活性剤による個別被覆の技法が用いられる。次いで、そのような個々のナノチューブを基板上に配置することができ、基板上で、電極を形成する導電層でナノチューブの両端を覆うことにより、ナノチューブの両端での確実な電気的接触が可能になる。
【００２９】
本発明の目的は、最新技術の欠点を除去することであり、特に、以下を可能にすることである。
−  より高い密度を伴ったより強い光強度。
−  光効果と１つまたは複数の光導波路とのより容易でより効率のよい相互作用。
−  光回路における部品の小型化および集積のより高い可能性。
−  光回路と電子回路とが組み合わされたハイブリッド集積回路における集積のより高い可能性。
−  得られる回路の性能と加熱と折り合いが良好であること。
−  数および環境および供給の制約条件に関して、使用される材料のある一定の簡素化。
−  製造工程および技術のある一定の標準化。
−  製造時における実施の簡潔さおよび精度要件の制限。
−  既存の集積電子回路製造技術との、特にＣＭＯＳ技術との良好な適合性。
【００３０】
《発明の開示》
本発明は、本明細書で提示する実施形態の大部分においては、必ずしも各ナノチューブを個別に識別し、処理し、または位置決めしようとせずに、ナノチューブを多次元（２次元または３次元）半導体材料としても使用することに基づくものである。これは、もはやナノチューブを個別の物体として使用することではなく、測定し、適合させることのできる、本発明では、「パッチ」として記述することもできる、ナノチューブのバンドルまたは「群」の形で適用される、材料内の単体要素としても使用することであるということができる。例えば、変調器型の実施形態では、本発明は、非配向型ナノチューブの集積を、あたかもそれが非組織化材料またはごくわずかしか組織化されていない材料であった場合と同様に、材料の３次元ボリュームとして使用することを提案する。同様に、エミッタ型および／または検出器型の実施形態でも、本発明は、ナノチューブの集積を、主として単方向の配向が得られている材料の３次元ボリュームとして使用することを提案する。
【００３１】
部品および集積回路
この趣旨において、本発明は、そのいわゆる能動部分の周囲の全部または一部が１つまたは複数の実質的に半導電性のナノチューブ群で囲まれている少なくとも１つの線形光導波路を備える光部品を提案する。
【００３２】
これらのナノチューブは、光導波路のこの能動部分のどちらの側にも延在するいわゆる能動領域において外部環境と相互作用し、よって、
−  上記能動領域において、ナノチューブの環境からナノチューブに印加される、またはナノチューブによってこの環境へ戻される一方の電気信号または光信号と、
−  光導波路の上記能動部分において発せられ、または受け取られる他方の光信号との間に少なくとも１つの光結合を誘導する。
【００３３】
より詳細には、本発明は、シリコンまたは窒化シリコンでできた少なくとも１つの線形光導波路を備える光部品であって、光導波路のいわゆる能動集積部分の周囲の全部または一部が、光導波路の上記能動部分のどちらの側にも延在するいわゆる能動領域において、上記能動部分のどちらの側にも配置された少なくとも２つの電極と電気的に相互作用する１つまたは複数の実質的に半導電性のナノチューブの群で囲まれており、よって、
−  上記電極間で印加される一方の電気信号と、
−  光導波路の上記能動部分において上記光導波路の残りの部分へ向けて発せられ、または変調される他方の光信号との間に電気−光学結合を誘導する部品を提案する。
【００３４】
シリコン中および／または窒化シリコン中での集積光導波路の使用は、例えばそれが、電子回路および／またはフォトニック結晶など、同じ材料でできた他の領域を含むハイブリッド回路の製造の各段階を簡素化し、標準化し、かつ／または同質化することを可能にするため、特に有用である。
【００３５】
光導波路の能動部分は密に、好ましくは切れ目なく囲まれている。典型的には、この部分は、導波路と直接接する、または、この導波路における結合の対象である光学モードの寸法に対してあまり厚すぎない層を介して間接的に接するナノチューブ群である。
【００３６】
事実、本発明の発明者らの知見によれば、そのようなナノチューブ群は、導波路の外部およびその線形伝搬軸の外部に位置する間でさえも光導波路の内部との光結合を提供することができる、すなわち、ナノチューブは、導波路の外部、その側方に置くことができるものである。ナノチューブは、導波路内で直接、導波路の壁を通して光信号を生成し、変調し、または検出する。これは導波路の壁を介した直接結合を伴い、各ナノチューブ自体が、続いてその光を増幅し、導波路の端部から導波路へ注入しなければならない光源とみなされる最新技術とは異なる。
【００３７】
場合によっては、この光導波路自体がさらに、その能動部分に、例えばファブリペロー共振器やフォトニック結晶などの光信号増幅構造を備えることもできる。この場合のナノチューブ群も光導波路と同様に増幅構造を囲むことができることに留意すべきである。
【００３８】
好ましくは、ナノチューブ群は、例えば自然に固まった、あるいはゲルや固体などの結着剤で固められた複数のナノチューブを含む。これらのナノチューブは、粉末としてまとめて配置され、電極間に、光導波路の能動部分を囲む、またはこの部分と接するシートまたは実質的に平坦な薄層を形成する。電極は、例えば、この層の表面に、あるいは能動部を形成する必要のあるこの層の部分の端部に置かれる。
【００３９】
光−光型として説明することのできる本発明の実施形態では、ナノチューブ群は、光信号または外部光束によって励起することができる。その場合ナノチューブ群は、ナノチューブのために導波路の内部の光学モード内に位置する光束を生成することからなるオプトルミネセンス（optoluminescence）という現象によって導波路の内部との光結合を作り出すことになり、これに対して、ナノチューブが受ける光励起は導波路の外部で生じる。これは、例えば、どんな形にせよ１つまたは複数の光導波路内へ届く光信号を挿入することができる部品を作成する問題とすることができる。
【００４０】
別の系統の実施形態によれば、本発明は、ナノチューブ群内の１つまたは複数のナノチューブが、光導波路の能動部分のどちらの側にも配置された少なくとも２つの電極と電気的に相互作用する電気−光学部品を形成するそのような部品も提案する。よって、電気−光学結合が、
−  上記電極間で印加され、または検出される一方の電気信号と、
−  光導波路の上記能動部分において発せられ、または受け取られる他方の光信号との間に誘導される。
【００４１】
好ましくは、電気信号は、電極間に光導波路の縦軸を実質的に横断する電界または電流を発生させるように、能動部分の周りに、光導波路のどちらの側にも位置する、例えば反対符号などの少なくとも２つの相補電極によって印加され、または検出される。典型的には、これらの電極は、相互と光導波路の縦軸とに平行とすることができる。
【００４２】
一変形では、電極は、電極間に光導波路に沿って延在するギャップを持たせ、よって電極間に、上記光導波路の縦軸に実質的に平行な電界または電流を発生させるように能動部分の周りに配置することができる。
【００４３】
ある実施形態では、電極は、これらのナノチューブ内に電界を発生させることにより、これらのナノチューブとの電気的接続なしで群のナノチューブと相互作用する。その場合この電界はこれらのナノチューブ内で、光導波路の能動部分を流れる光束の全部または一部を吸収するカー効果および／またはシュタルク効果を引き起こす。
【００４４】
この吸収は、例えば、電界吸収（electro-absorption）現象などによって得ることができる。またこの吸収は、例えば、位相変調または吸収シフトを強度変調に変換するために干渉計（マッハツェンダー、共振器）へ導入される光導波路の能動部分における吸収ピークシフトを伴うカー電界屈折（electro-refraction）効果および／またはシュタルク効果によっても得ることができる。
【００４５】
よって本発明は、光導波路のこの能動部分を流れる光束の変調を、電極に受け取られ、または印加される電圧または電気信号の関数として実行することを可能にする。
【００４６】
あるいわゆる配向型（aligned）実施形態では、この部品は、光導波路の能動部分および能動領域の全部または一部を含み、ナノチューブ群内のナノチューブの大部分が同じ方向に配向されている、いわゆる配向領域を備える。
【００４７】
これらの配向型実施形態は、例えば前述の変調器のためのそのような能動構造の効率を改善することを可能にする。
【００４８】
一特徴によれば、いわゆる接続型実施形態では、大部分の配向領域内のナノチューブの全部またはほとんどが、さらにそれぞれ両電極に接続されている。
【００４９】
これらの電極に電圧または電気信号を印加することにより、これらの接続されたナノチューブにおいて電荷のキャリア、正孔または電子の注入が生じ、光導波路の能動部分の全部または一部を含む光学モード内での光束の放射であるエレクトロルミネセンス現象を引き起こす。
【００５０】
よって本発明は、電極に印加される信号から、または電圧から縦方向の光束を生成することにより、この光導波路内で光源を作成することを可能にする。
【００５１】
電極に接続されたナノチューブを有する構成の使用は、例えば、ナノチューブの抵抗率などにより電極間の電界の生成を妨げるものではないことに留意すべきである。したがって、この「接続型」構成は、例えば、異なる役割を目的とする複数の近接した能動領域を同時に配向させることにより、または同じ能動領域を、光源と変調器といった２つの異なる役割において連続して使用することにより製造工程を簡略化するなどのための、電界変調器としての実装と両立させることができる。
【００５２】
逆の使用では、光導波路の能動部分内の光束または光信号の通過は、ナノチューブ群による吸収によって、これらの接続されたナノチューブ内の電圧および／または電流の差異を生じさせる。その場合これらのナノチューブは、電極端子において光電流および／または光電圧を発生させる。
【００５３】
よって、この光導波路を通過する光束または光信号の関数として電気信号を送る電気検出器を作成することが可能である。
【００５４】
さらに、同じ部品を両方の役割において連続して使用することができ、それによって設計柔軟性が高まり、部品が内部で使用される回路およびデバイスのコンパクト性が改善されることに留意すべきである。
【００５５】
よって本発明は、光導波路における光束または光信号の生成、変調または検出の機能を、良好な、さらには改善されたレベルの光強度で、集積回路上および／または光電子デバイスもしくはフォトニックデバイス内におけるより高い密度を可能にするより優れたコンパクト性に従って果たすことを可能にする。
【００５６】
１つまたは複数の線形光導波路との結合の相互作用は、ナノチューブがこの導波路の周囲に位置決めされ、これによって特に、部品のすべての要素を数層の厚さの集積回路の２次元内にのみ配置することが可能になるために、円滑化され、より優れた収率が得られる。
【００５７】
コンパクト性、簡潔さおよび結合の収率の点でのこれらの性能は、光回路であれ電子回路であれ、集積回路における部品の小型化および集積のより高い可能性をもたらす。またこれらの性能は、得られる回路の性能と加熱とのより良好な折り合いも可能にする。
【００５８】
本発明の一特徴は、ナノチューブ群内で、ほとんどの場合２つの電極だけしか必要としない印加または検出電気信号、おそらくは両極性信号を使用する可能性であることに留意すべきである。
【００５９】
この両極性電気信号は、例えば、非接続構成において電界を発生させることによって印加することができるが、ｅ−およびｈ＋の電荷キャリアの注入を得るために選択される異なる金属でできた２つの電極を使用して接続型のナノチューブを有する構成においても印加することができる。
【００６０】
これは、３端子ＦＥＴトランジスタとして、またはさらに電界の維持、すなわち合計４端子を必要とするＰＮダイオードとして動作する最新技術の様々なデバイスと比べて、簡潔さおよびコンパクト性の点での利点を表すものである。
【００６１】
本発明の一特徴によれば、そのような部品は、完全に、または部分的に同じナノチューブ群内のナノチューブで被覆されている複数の光導波路、例えば、同じ光導波路の完全に独立した、または異なる能動部分などを備える。これらの光導波路は、それぞれ、複数の独立した能動領域を定め、それによって本発明による複数の部品を作り出す少なくとも２つの電極と、相互に独立して相互作用する。これらの部品は、同じナノチューブ群を使用するが、相互に機能的に独立している。
【００６２】
これらの異なる能動領域は、例えば、少なくとも５ミクロン（マイクロメートル）、さらには１０もしくは１５ミクロン（マイクロメートル）の距離だけ隔てることができる。さらに、ナノチューブ群は、ある能動領域では配向され、または接続されさえし、別の能動領域では配向されず、接続もされないように作成し、または処理することもできる。
【００６３】
本発明の別の特徴によれば、そのような電気−光学部品は、電子回路と光集積回路との両方において組み込むことができ、この集積電子光回路は、上記電気−光学部品を介して相互にやりとりする。
【００６４】
これらの異なる特性は、相互に完全に組み合わせることができることが認められるであろう。そのようにさらなる相乗効果を可能にする一態様によれば、本発明は、よって、本発明による１つまたは複数の電気−光学部品を介して相互にやりとりする少なくとも１つの光回路と少なくとも１つの電子回路とを備える、集積された、すなわちハイブリッドでもある、電子光回路を提案する。その場合この、またはこれらの電気−光学部品は、この光回路とこの電子回路との両方に組み込まれる。
【００６５】
よって本発明は、内部光分配が組み込まれた集積電子回路の簡単でコンパクトな作成を可能にする。そのようなハイブリッド集積回路は、例えば、ハイブリッド集積回路内の１つまたは複数の光集積回路を介して送られる光信号によって相互にやりとりする複数の電子組立品などを備える。ハイブリッド集積回路内部では、これらの異なる電子組立品がそれぞれ、少なくとも１つの本発明による電気−光学部品を使用してこれらの光信号とやりとりする。
【００６６】
そのようなハイブリッド回路は、特に、電子信号では達成するのが困難な周波数で、電子回路におけるそのような高周波数に結び付けられる欠点および制約条件、例えば近接した部品や外部電界との干渉などを生じずに、異なる電子組立品間の超高速通信を可能にする。
【００６７】
特に、本発明による異なる電気−光学部品のコンパクト性のために、設計および製造は、より簡素化され、特に、組立品および／または光電子回路を一緒に組み込んでいるハイブリッド集積回路におけるより高いコンパクト性および密度を可能にする。
【００６８】
さらに、異なる機能、すなわち光源や変調器や検出器に同じ種類の半導体材料を使用するために、本発明は、数および環境および供給の制約条件の点で、使用される材料の簡素化を可能にすると共に、製造工程および技術の標準化も可能にする。
【００６９】
この部品の構造および特性の性格は、特に、実装を簡潔にし、製造時に使用される異なる材料に結び付けられる精度要件を制限し、または低減することさえも可能にする。さらに、単一の材料を使用することによる技術的段階数の低減も想定される。
【００７０】
様々な種類の機能を、様々なナノチューブ群の構造、基板上の導波路の位置決めと組み合わせることができ、様々な電極の配置と、すなわち、縦方向のみならず横方向にも、様々な中間角でも組み合わせることができることに留意すべきである。
【００７１】
本発明による部品では、光導波路を、例えば、シリコンや窒化シリコンで作ることができ、ナノチューブ群は主として、例えば単相型（ＳＷＣＴ）などのカーボンナノチューブを含む。
【００７２】
能動光導波路部分の長さは、例えば、１０から１００ナノメートルの間、さらには２０から５０ナノメートルの間など、数十ナノメートル程度のものとすることができる。
【００７３】
電極は、１から１０マイクロメートル、好ましくは２から６マイクロメートルの距離だけ隔てることができる。
【００７４】
可能な場合には、金属ナノチューブを含まないナノチューブ群、好ましくは、光源については１％、さらには２％未満、検出器または変調器については１０％、さらには１５％未満の金属ナノチューブを有するナノチューブ群が埋め込まれる。
【００７５】
ナノチューブ群の厚さは、好ましくは、ナノチューブの単層よりも、１層分から最大おおよそ２μｍの厚さまで、さらには６００ｎｍから１μｍの間の厚さだけ大きい。
【００７６】
この新規性は、一部は、光相互接続または光通信のための完全な高周波数光リンクの作成を成し遂げるために、光源、変調器および光検出器の作成に同じカーボンナノチューブを使用することに基づくものである。本発明では、ナノチューブは、能動媒質として使用され、シリコン、ポリマーまたは他の任意の材料でできた導波路に組み込むことができる。
【００７７】
シリコンプラットフォーム上の異種技術に関して重要な利点が、光源、変調器および検出に同じ種類の材料を、おそらくは、カーボンナノチューブの単一カイラリティを用いて使用することである。この結果として、同じ工程段階がすべての基本部品に使用されるために、実施される技術の簡素化が得られる。さらに、この技術は、超小形電子技術用に開発される将来の技術とも適合するであろう。
【００７８】
作成方法
また、この同じ背景に照らして、本発明は、本発明による部品、より詳細には、本明細書で説明する電気−光学部品または集積回路を作成するための方法も提案する。
【００７９】
本発明によれば、この方法は、少なくとも、少なくとも１つの光導波路と１つまたは複数のナノチューブとの間に電気−光学結合を作り出すために、
−  光導波路の少なくとも１つの部分を被覆し、光導波路の上記部分のどちらの側にも位置する少なくとも２つの電極と電気的に相互作用する１つまたは複数のナノチューブの群を形成する少なくとも１つの領域を作成する操作、または
−  光導波路の少なくとも１つの部分のどちらの側にも位置する少なくとも２つの電極と電気的に相互作用する１つまたは複数のナノチューブの群を形成する少なくとも１つの領域によって完全に、または部分的に被覆された光導波路の上記部分を作成する操作、または
−  これら２つの操作の組み合わせを含む。
【００８０】
一特徴によれば、作成する操作は、
−  例えばシリカまたはＳＯＩの基板上などに、シリコンまたは窒化シリコンでできた少なくとも１つの光導波路を形成するエッチングし、または堆積させるステップと、
−  場合によっては、ナノチューブ群による導波路のより適切な包囲を可能にする導波路の能動部の下の基板のアンダーエッチングを行うステップと、
−  例えば、半導体型の１つまたは複数のナノチューブ（例えば、液体またはゲルまたはポリマー中に挿入された１つまたは複数のナノチューブなど）の「パッチ」などを形成することのできる群を形成する領域を堆積させて、この群またはこのパッチがこの光導波路の少なくとも１つのいわゆる能動部分の周囲の全部または一部を囲むようにするステップと、
−  どちらの側でも光導波路のこの能動部分を囲み、この能動部分を囲むナノチューブと電気的に相互作用するように配置された電極をエッチングし、または堆積させるステップとを含むことができる。
【００８１】
配向型実施形態については、配向は、例えば誘電泳動（dielectrophoresis）により例えばナノチューブの堆積の間に、堆積領域を堆積時の、例えば一時的な電極や事前の電極などによる電界にさらすことによって実行することができる。その場合、堆積時のこの電界の方向は、堆積されるナノチューブの配向の方向を決定することになる。
【００８２】
接続型実施形態については、本発明による方法は、このナノチューブ群を、光導波路の能動部分のどちらの側にも分配された２つの切断領域としてエッチングし、または切断するステップも含む。このステップでは、これらの切断領域は、この群内の同じ複数のナノチューブを切断するように配置される。
【００８３】
切断領域をエッチングし、または切断するこのステップは、好ましくは、配向型ナノチューブを堆積させるステップと、電極を作成するステップとの間に置かれる。
【００８４】
その場合、後続の電極を作成するステップは、これらの電極をナノチューブ群内の同じ複数のナノチューブの２つの端部へ電気的に接続するように、これらの切断領域内でこれらの電極を堆積させ、または成長させるステップを含む。
【００８５】
電気−光学部品を作成するための方法の別の特徴によれば、作成する操作は、
−  （任意の順序で）一方では、例えばシリカまたはＳＯＩの基板上に、シリコンまたは窒化シリコンでできた少なくとも１つの光導波路を形成する材料を、他方ではどちらの側でも光導波路のいわゆる能動部分を囲む電極をエッチングし、または堆積させるステップと、
−  例えば、半導体型の１つまたは複数のナノチューブ（例えば、液体またはゲルまたはポリマー中に挿入された１つまたは複数のナノチューブなど）の「パッチ」などを形成することのできる半導体型のナノチューブ群を堆積させて、これらのナノチューブが光導波路の少なくともこの能動部分の周囲の全部または一部を囲み、これらの電極と電気的に相互作用するように配置されるようにするステップとを含むことができる。
【００８６】
場合によっては、方法は、ナノチューブ群に光導波路の下部を被覆させるように能動部分のレベルにおいて実行される、基板の、または上記光導波路の下に位置する層をアンダーエッチングするステップも含むことができる。このアンダーエッチングは、そのようにしてアンダーエッチング空間に浸透することができる非配向型ナノチューブについては特に有益である。しかしこのアンダーエッチングは、配向型ナノチューブについて、例えば、可能な限り光導波路を囲む光学モード結合領域の確立を円滑に行わせるなどのためにも有益となり得る。
【００８７】
他のすべての特徴と組み合わせることのできる一特徴によれば、本発明による方法は、ナノチューブ群を形成する少なくとも１つのモノブロック領域を作成するステップも含むことができ、続いて、機能的に独立しており（または別種のものでさえあり）、同じナノチューブ群内で作成される本発明による複数の部品を作成する１つまたは複数の操作が行われる。
【００８８】
よって、一度だけ、単一の領域において堆積された同じナノチューブの領域を複数の部品に使用することにより、製造を簡素化し、コンパクト性を高めることが可能である。
【００８９】
本発明の別の態様によれば、光電子ハイブリッド集積回路を作成するための方法は、同じ集積回路内において、一方で少なくとも１つの電子回路を作成するステップと、他方で少なくとも１つの光回路を作成するステップとを含むことができる。またこの方法は、この電子回路とこの光回路との両方に組み込まれた、少なくとも１つの本発明による電気−光学部品を作成する少なくとも１つのステップも含む。
【００９０】
場合によっては、本発明による作成方法は、光導波路の能動部分との結合を実行する半導体ナノチューブ群において、特定の、かつ／または非金属型のワインディングインデックス（ｎ、ｍ）のナノチューブを選択的に得るために、例えば公知の方法などによる、ナノチューブの精製の段階を含み、またはこれを用いることもできる。
【００９１】
使用されるナノチューブのこの精製の段階は、例えば、ポリマーによる、特にＰＦＯによる、遠心分離法を用いた選択的抽出のステップなどを含むことができる。
【００９２】
有利には、本発明による方法は、カイラリティインデックスとも呼ばれる、結合のナノチューブのワインディングインデックス（ｎ、ｍ）の選択による、光結合または電気−光学結合の光波長を制御するステップも含むことができ、（ｎ、ｍ）はそれぞれ、ワインディングと直径とを表す。
【００９３】
例えば、ユニダイム（Unidym）が供給するＨｉＰＣＯ型のナノチューブから開始して、１．２マイクロメートルの波長を有する光信号を生成、変調または検出するにはインデックス（８．６）が使用され、１．３マイクロメートルの波長ではインデックス（８．７）が使用される。
【００９４】
本明細書で開示される様々な任意選択の特性を、それらのすべての可能な組み合わせとして組み込んだ本発明の様々な実施形態が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００９５】
本発明の他の特徴および利点は、いかなる点においても限定的ではない実施形態の詳細な説明と、添付の図面とから明らかになるであろう。
【図１】線形光導波路の入力軸に単一のナノチューブおよびマイクロキャビティを有する最新技術の電界効果トランジスタを示す図である。
【図２】本発明によるナノチューブのボリュームと光導波路との間の光結合のための構成の一例を示す斜視図である。
【図３】図２の構成において得られる光結合を実証する試験結果を示すグラフである。
【図４】変調器機能を果たす、複数の非配向型ナノチューブおよび包囲を有する一実施形態における、図２と同様であるが電極を上部に有する構成の断面図である。
【図５】変調器機能を果たす、複数の非配向型ナノチューブを有する一実施形態における、図２の構成の断面図である。
【図６】ナノチューブのボリュームをエッチングする操作および電極を堆積させる操作の前後において、検出器またはエミッタの機能を果たす複数の接続型ナノチューブを有する一実施形態における、図２の構成の模式的断面図（図６ａ及び図６ｂ）及び平面図（図６ｃ）である。
【図７】変調器機能を果たす、複数の非接続型ナノチューブを有する一実施形態における、図２と同様であるが導波路を横断する電極を有する構成の平面図である。
【図８】検出器またはエミッタの機能を果たす単一の接続型ナノチューブを有する一実施形態における、図２の構成の断面図である。
【図９】図９、図１０、および図１１は、ナノチューブのボリュームと１つまたは複数の光導波路との間の結合の異なる可能な形状を示す、図２の種類の結合の構成の断面図であり、図９は、光導波路が２つの連続するナノチューブ層の間にある場合の断面図である。
【図１０】光導波路が下層に埋め込まれ、ナノチューブのボリュームで覆われている場合の断面図である。
【図１１】光導波路が相互に結合された２つの個別の光導波路を備える場合の断面図である。
【図１２】光集積回路と電子集積回路の両方を備える集積回路の例示的実施形態の模式的平面図である。
【００９６】
《先行技術の説明》
図１に、文献「Fengnian et al. in Nature Nanotechnology Vol. 3 October 2008」に記載されている最新技術を示す。
【００９７】
この部品は、電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）のソースおよびドレインを形成する２つの電極１３１および１３２で覆われた単一のナノチューブ１２１を備え、ＦＥＴのゲートはｐ＋ドープシリコンの下位層によって形成された第３の電極１３３によって作り出されている。
【００９８】
ナノチューブへの電流の注入がエレクトロルミネセンスを引き起こし、エレクトロルミネセンスは第３の電極１３３上に堆積された銀のミラー１０１に基づくキャビティ１５０によって増幅される。このマイクロキャビティは、ナノチューブのどちらの側にも、シリカの層１０２と、金のミラー１０４が載ったＰＭＭＡの層１０３とを備える。
【００９９】
この増幅は、図の上方の、部品の様々な層の面に対して垂直な方向Ａ１９へ向かう光束１９を提供する。
【０１００】
この最新技術には記載されていないが、この光束１９の上方の出力方向により、光束１９を（点線で示す）想定される線形光導波路１１へ注入することができるようにこの方向Ａ１９へ集められることが必要になる。この注入は、例えば、この線形導波路を、その入力面１１０がキャビティ１５０の出力面１０４に平行になるように部品の各層に垂直に配置することを必然化し得る。
【０１０１】
この制約条件は、集積回路の設計における複雑さの原因を構成し、生じ得る問題の中でも特に、コンパクト性を制限すると同時に製造上の複雑さを増すおそれがあることが明確に理解される。
【０１０２】
《図を参照した発明の説明》
本発明の発明者らは、レーザ効果を得るための最初のステップである、カーボンナノチューブに基づいて薄層内で光学利得を得ることが可能であることを実証した。変調には、カー効果およびシュタルク効果を活用することができ、検出には、ナノチューブを吸収媒質として使用することが可能である。特に、ナノチューブとシリコンとの間の結合を得ることが、集積部品内での、複数の電子組立品間のそのような光リンクの実現性の確立を可能にする。
【０１０３】
図２および図３に、この結合を用いた実験を例示し、よって、シリコン／ナノチューブ集積の第１の結果を提示する。
【０１０４】
よってナノチューブは能動媒質とみなされ、シリコン、またはポリマーまたは他の任意の半導体もしくは誘電体材料でできた導波路へ挿入することができる。
【０１０５】
図２には、本発明によるナノチューブのボリュームと光導波路との間の光結合のための構成例が示されている。
【０１０６】
よってこの部品２は、支持体または基板２００上に、その能動部分２１０の周囲が１つまたは複数の実質的に半導電性のナノチューブの群２２で囲まれている線形光導波路２１を備える。これらのナノチューブは、光導波路のこの能動部分２１０のどちらの側にも延在する能動領域２２０においてその外部環境と相互作用する。
【０１０７】
信号または光束による相互作用の場合には、例えば、群２２内のナノチューブに光束２２８をあてると、ナノチューブはオプトルミネセンスにより、導波路の縦軸Ａ２１に沿って能動部２１０内で光束２１９を発する。よって、受け取られる光束２２８と導波路内を伝搬する光束２１９との間に光−光結合が生じる。
【０１０８】
例えば、電極２３１および２３２によって受け取られ、または印加される電気信号２２９による電気的相互作用では、群２２のナノチューブは、エレクトロルミネセンスにより、導波路の縦軸Ａ２１に沿って、能動部２１０内で光束２１９を検出し、または発し、または変調する。
【０１０９】
図２に示す構成は、群２２内のナノチューブの位置を指定しておらず、したがって、配向型実施形態の例示とも非配向型実施形態の例示ともみなすことができることに留意すべきである。
【０１１０】
図３は、図２の構成で得られる光結合を実証する試験結果を示すグラフである。
【０１１１】
この結合は、入射光束２２８による励起の影響下で群２２内のナノチューブの吸収により得られたものである。
【０１１２】
グラフは導波路２１の透過スペクトルを表している。結合されていない基準導波路と比べて認められるレベルの差は、光とチューブとの相互作用を、したがって、光導波路２１の周りの群２２内のナノチューブの配置によって得られる結合を実証するものである。
【０１１３】
電気−光学部品の実施形態の例
図２、図４、図５、図６および図８に示す例では、電気信号２２９は、能動部分２１０の周りの、光導波路２１のどちらの側にも位置する少なくとも２つの電極２３１、２３２、および４３１、４３２によって、それらの電極間に、光導波路２１の縦軸Ａ２１を実質的に横断する電界を発生させ、または電流を発生させ、もしくは検出するように印加され、または検出される。典型的には、これらの電極は、相互と光導波路の縦軸とに平行である。
【０１１４】
図７に、２つの電極７３１、７３２が、電極間に光導波路２１に沿って延在するギャップＥ７３を持たせ、よって電極間にこの光導波路の縦軸Ａ２１に実質的に平行な電界または電流を発生させるように、能動領域７２０の周りに配置されている構成が表されている。典型的には、これらの電極は相互に平行であり、光導波路の縦軸を横切る。
【０１１５】
電極が光導波路２１と交わるところで、２つの電極７３１および７３２に、電極の金属が導波路の外表面に過度に接近し、導波路内の光の透過を妨げる危険を回避するように、各電極を２つの半分の電極に分離するために、電極の下部に、あるいは電極の全高にさえも及ぶ凹み７３１１、７３２１を持たせることができる。
【０１１６】
図４、図５および図７には、典型的には変調器型機能のための、非配向、非接続型実施形態、すなわち、群４２、５２、７２内のナノチューブが電極２３１、２３２および４３１、４３２および７３１、７３２に接続されていない実施形態が示されている。
【０１１７】
これらのナノチューブは無秩序に堆積されており、相互に対しても、環境に対しても配向されていない。このために、ナノチューブ群は、いかなる点においてもこの群内での１つまたは複数のナノチューブの位置を想定していない均一な交互のハッチングで表されている。
【０１１８】
この部品４、５および７では、ナノチューブの群４２、５２、７２は、電極４３１、４３２、５３１、５３２、７３１、７３２の間に、光導波路２１の能動部分２１０を囲む、またはこれと接する実質的に平坦な層を形成している。電極は、群４２、５２、７２中のナノチューブ内でカー効果および／またはシュタルク効果を引き起こす電界を発生させることにより、上記ナノチューブと相互作用する。この効果は、電極に印加される電圧または電気信号２２９の関数として、光導波路の能動部分２１０を流れる光束の変調を生じさせる。
【０１１９】
この変調は、例えば、電界吸収現象などにより強度において得ることができる。またこの変調は、カー電界屈折効果による位相変調において、かつ／または光導波路の能動部分における吸収ピークシフトのシュタルク効果による吸収シフトにおいて得ることもできる。能動部分は、例えば、位相変調または吸収シフトを強度変調に変換するために干渉計（マッハツェンダー、共振器）へ導入される。
【０１２０】
電界屈折用途では、能動領域は、位相変調（電界屈折）を強度変調に変換するために干渉計（マッハツェンダー、共振器）へ導入することができる。
【０１２１】
図５の構成は図２の構成であり、２つの電極５３１および５３２は、群５２の側面で、群５２と同レベルで基板２００に取り付けられている。この配置は、例えば、導波路２１０を取り付け、続いて、ナノチューブ５２、次いで電極５３１および５３２を取り付ける、または電極、次いでナノチューブを取り付けるという順序などで実行することができる。
【０１２２】
図４には、電極４３１、４３２がナノチューブ群４２の上部に堆積されている同様の構成が表されている。この構造は、電極がナノチューブに接続されないことによって容易になる。この構造が有利となり得るのは、例えば、群４２の両辺を切断せずにこれらの電極を堆積させることが可能になるからである。これは作成を簡素化し、複数の部品が相互に近接して、かつ／または図１２を参照して後述するように同じナノチューブ層上に作成されるときにより高い密度を可能にする。この配置は、例えば、導波路２１０、次いでアンダーエッチング２０９、次いでナノチューブ４２、次いで電極４３１、４３２を取り付けるという順序などで実行することができる。
【０１２３】
図６および図８に、典型的には電源または検出器型機能のための、いわゆる配向型および接続型の実施形態を示す。
【０１２４】
この部品６、８では、ナノチューブ群６２、８２は、電極６３１、６３２、８３１、８３２の間に、光導波路２１の能動部分２１０を囲む、またはこれと接する実質的に平坦な層を形成している。この群では、光導波路２１の能動領域２１０を囲み、この場合は能動領域６２０全体に対応するいわゆる配向領域が作成されている。この配向領域では、ナノチューブ群６２、８２内のナノチューブは、主として、それぞれ、同じ方向Ａ６２およびＡ８２に配向されている。
【０１２５】
配向領域内のナノチューブ６２１〜６２１ｎおよび８２１の大部分は、それぞれ、２つの電極６３１、６３２、８３１、８３２に接続されている。
【０１２６】
図６ａからわかるように、ナノチューブ群はまず堆積され、次いで配向される。次いで、配向方向Ａ６２のどちらの側にも位置するこの群の外部領域６３１０および６３２０が、例えば、化学エッチングによって、またはレーザを用いて切断される。次いで電極がこれらの領域に堆積されて、能動領域６２０のすべてのナノチューブ６２１〜６２１ｎの対応する端部ｅｘ１およびｅｘ２と電気接続する。
【０１２７】
次いで、こうして得られた部品６、８を、光源または検出器として、あるいは別々のときに両方としても使用することができる。
【０１２８】
前述の図に加えて、図９〜図１１には、光導波路に対するナノチューブ群の可能な配置の様々な例が表されている。これらの配置は、本明細書で説明した本発明の様々な実施形態と組み合わせることができる。
【０１２９】
図４では、導波路の能動部２１０の下の支持体または基板２００のアンダーエッチングにより空間２０９の解放が可能になり、その下側の包囲が増大する。
【０１３０】
図６では、導波路の能動部２１０の一部が、ナノチューブ６２および電極６３１、６３２を受ける支持体または基板２００に埋め込まれている。
【０１３１】
図９では、導波路の能動部３１０は、２つの電極３３１および３３２で囲まれ、おそらくは２つの電極に接続されているナノチューブの２つの層３２１および３２２の間に配置されている。この配置は、例えば、ナノチューブ３２１、次いで導波路３１０、次いでナノチューブ３２２を取り付けるという順序などで実行することができる。
【０１３２】
図１０では、光導波路２１０は、支持体または基板２００中に完全に没しており、ナノチューブ群２２によって完全に覆われている。
【０１３３】
図１１に示すように、これらすべての部品は、その近接性によって相互に結合され２９９、ナノチューブ群２２と一緒に結合された、複数の能動光導波路部２１１および２１２、この場合は２つを備えることもできる。
【０１３４】
光電子ハイブリッド集積回路の例示的実施形態
図１２に、内部光リンクが組み込まれたハイブリッド集積回路９を備える本発明の例示的実施形態を示す。
【０１３５】
この回路９は、光信号９２９によって相互にやりとりするための、部品９０１、９０２、９０３および９９１をそれぞれ含む少なくとも１つの本発明による電気−光学部品をそれぞれが備え、使用する組立品９９ｈおよび９９をそれぞれ含む複数の電子組立品を備える。
【０１３６】
より正確には、この図には、クロック信号の光分配を実行するように配置された光リンクを有するそのような回路が示されている。この光信号９２９は、全体のハイブリッド集積回路９００内に含まれるハイブリッド集積回路自体を構成するハイブリッド光クロック信号発信組立品９０から発せられる。
【０１３７】
このハイブリッド発信組立品９０では、例えば図６または図８に示すような本発明によるナノチューブ電気−光学エミッタ９０１が、光導波路部９１１において光束を生成し、よって光源を構成する。
【０１３８】
本発明によるナノチューブ電気−光学検出器９０２が、例えば図６または図８に示すような同じナノチューブ群９２の同じ配向領域において作成され、光源９０１の下流側の光導波路部９１２における光束の強度または波長を制御する。
【０１３９】
例えば図４、図５または図７に示すような本発明によるナノチューブ電気−光学変調器９０３が、同じナノチューブ群９２を形成するシートの非配向部において作成され、その能動光導波路部９１３において、光源９０１から発せられる光束を受け取る。またこの変調器９０３は、ハイブリッドクロック組立品９０に組み込まれた電子クロックブロック９９ｈ自体からの電気クロック信号も受け取る。この電気クロック信号に基づき、変調器９０３は、光クロック信号９２９を生成するために光源９０１から発せられる光束を変調する。この光信号は光回路９１により全体回路９００において配信される。
【０１４０】
この回路９００の様々な電子組立品９９〜９９ｎはすべて、光信号９２９として集積光回路９１によって配信されるクロック信号を使用する。この信号は、例えば図６または図８に示すような本発明による電気−光学受信機９９１を介してこれらの電子組立品のそれぞれによって受け取られる。
【０１４１】
よって本発明は、様々な必要要素を同じチップ９００にモノリシックに組み込むことにより全体部品９００内に組み込まれた高速光リンクを作成することを可能にすることがわかる。
【０１４２】
よって、集積光電子回路９００は、光回路９１と、複数の電子回路９９ｈおよび９９〜９９ｎとをそれぞれ備えることがわかる。これらの電子回路は、この光回路９１と、これらの様々な電子回路９９ｈおよび９９〜９９ｎとの両方にそれぞれ組み込まれている、本発明による少なくとも１つの電気−光学部品９０１、９０２、９０３および９９１をそれぞれ介して相互にやりとりする。
【０１４３】
よって、これらの電気−光学部品９０１、９０２、９０３および９９１はそれぞれ、電子回路９０と、集積光回路９１との両方に組み込まれており、これらの集積電子光回路は電気−光学部品を介して相互にやりとりする。
【０１４４】
当然ながら、本発明は以上で説明した例だけに限定されず、これらの例には、本発明の範囲を逸脱することなく多くの調整を加えることができる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６ａ】
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【図６ｂ】
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【図６ｃ】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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