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(In Japanese)有機薄膜光集積回路

Patent code P190015797
File No. (S2016-0160-N0)
Posted date Jan 24, 2019
Application number P2017-564161
Date of filing Jan 13, 2017
International application number JP2017001076
International publication number WO2017130744
Date of international filing Jan 13, 2017
Date of international publication Aug 3, 2017
Priority data
  • P2016-012136 (Jan 26, 2016) JP
Inventor
  • (In Japanese)雨宮 智宏
  • (In Japanese)金澤 徹
  • (In Japanese)荒井 滋久
Applicant
  • (In Japanese)国立大学法人東京工業大学
Title (In Japanese)有機薄膜光集積回路
Abstract (In Japanese)フレキシブルで可視光にも対応可能な有機薄膜光集積回路を提供する。有機薄膜光集積回路(1)は、有機薄膜フィルム(2)上に、モノリシック集積技術により形成された光導波路(10)と、受光器(20)と、変調器(30)と、光スイッチ(40)と、金属グレーティングカプラ(50)と、を備える。受光器(20)は、ポリマーからなる下部クラッド層(21)と、下部クラッド層(21)上の機能性領域(60)に2次元配置された2次元系材料(22)と、2次元系材料(22)の2次元平面上に積層されたポリマーからなるコア層(23)と、コア層(23)を埋め込んで積層されたポリマーからなる上部クラッド層(24)と、コア層(23)を挟む第1電極(25)および第2電極(26)と、を有する。
Outline of related art and contending technology (In Japanese)

光ネットワークに用いられている各種光素子には、多重化素子、変調器、レーザ・変調器・光スイッチ・受光器等を集積した光集積回路がある。光集積回路とは、レーザ・変調器・合分波器などの各種モジュールを光ファイバを介さずに1チップ上に集積したものである。光集積デバイスの利点は、光通信における様々な機能を1チップの小型モジュールで実現することが可能になる。また、消費電力・製造コストともに減少させることができる。

上記多重化素子の材料としては、SiO2がある。また、上記変調器の材料としては、大きなEO(Electro-optic、電気光学)効果を示すニオブ酸リチウム(LiNbO3)、ランタン添加のチタン酸ジルコン酸鉛((Pb,La)(Zr,Ti)O3)などの無機光学結晶が広く用いられている。上記光集積回路の材料としては、インジウムリン(InP)またはSiがある。

例えば、InP系光集積回路は、光源も含めた機能集積技術で形成され、結晶成長を活かした多機能化が実現可能である(例えば特許文献1)。InP系光集積回路は、伝搬特性が良好な特徴がある。また、Si系光集積回路は、Siの閉じ込めを活かした高密度技術が実現可能であり、CMOS(Complementary MOS)プロセスとの互換性がある。ただし、光源のみモノリシック集積が不可である。
InP系またはSi系のいずれの光集積回路にあってもフレキシブル化は、実現されていない。
なお、有機半導体を用いた有機薄膜トランジスタ(OTFT:Organic Thin Film Transistor)では、フレキシブル化、軽量化などが図られている(例えば特許文献2)。
また、非特許文献1には、有機トランジスタを用いたフレキシブル電子デバイスが発表されている。

Field of industrial application (In Japanese)

本発明は、有機薄膜光集積回路に関する。

Scope of claims (In Japanese)
【請求項1】
 
可撓性を有する有機薄膜フィルムと、
前記有機薄膜フィルムの所定領域に2次元配置された2次元系材料と、
前記2次元系材料の2次元平面上に形成された有機材料からなる1または複数の光機能素子と、
を備えることを特徴とする有機薄膜光集積回路。

【請求項2】
 
前記有機薄膜フィルム上に、複数の前記光機能素子を備える場合、
各前記光機能素子は、同一の有機材料を用いて共通するプロセスで作製するモノリシック光集積技術により作製された
ことを特徴とする請求項1に記載の有機薄膜光集積回路。

【請求項3】
 
前記光機能素子は、コア層と、前記コア層を埋め込むクラッド層と、前記コア層を挟む一対の電極と、を有する受光器であり、
前記コア層の直下に前記2次元系材料を備え、
前記2次元系材料は、フォトキャリアを生成し、生成したフォトキャリアが前記一対の電極から引き抜かれる構造である
ことを特徴とする請求項1または請求項2に記載の有機薄膜光集積回路。

【請求項4】
 
前記光機能素子は、コア層と、前記コア層を埋め込むクラッド層と、前記コア層を挟む一対の電極と、コア層の下部に配置された下部電極と、を有する変調器であり、
前記コア層の直下に前記2次元系材料を備え、
前記2次元系材料の下方に前記下部電極を備え、
前記下部電極に電圧印加して、前記2次元系材料の化学ポテンシャルの位置を制御する構造である
ことを特徴とする請求項1または請求項2に記載の有機薄膜光集積回路。

【請求項5】
 
前記変調器は、前記2次元系材料がグラフェンである場合、化学ポテンシャルの位置を制御することによって、バンド間吸収に起因する誘電体的特性からバンド内吸収に起因する金属的特性へと変化させて強度変調を行う
ことを特徴とする請求項3に記載の有機薄膜光集積回路。

【請求項6】
 
前記光機能素子は、第1コア層と、第2コア層と、前記第1コア層および前記第2コア層を埋め込むクラッド層と、前記第1コア層および前記第2コア層をそれぞれ覆うヒータとを備え、前記ヒータの一方を通電加熱して一方のコア層とクラッド層との屈折率を変えてスイッチングを行う光スイッチである
ことを特徴とする請求項1または請求項2に記載の有機薄膜光集積回路。

【請求項7】
 
前記光機能素子は、コア層と、前記コア層を埋め込むクラッド層と、を備える光導波路を含む
ことを特徴とする請求項1または請求項2に記載の有機薄膜光集積回路。

【請求項8】
 
前記2次元系材料は、グラフェン、フォスフォレン、または、MoS2、WS2、WSe2を含む遷移金属ダイカルコゲナイドである
ことを特徴とする請求項1または請求項2に記載の有機薄膜光集積回路。
IPC(International Patent Classification)
F-term
Drawing

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JP2017564161thum.jpg
State of application right Published
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