THzフォノン・メーザ実現のための半導体人工超格子を用いたフォノン共振器の設計

1992 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 03650001
• Research Institution: (Faculty of Engineering) Hokkaido University
• Principal Investigator: 田村 信一朗 北海道大学, 工学部, 助教授 (80109488)
• Keywords: 超格子 / 不規則系 / フォノン / アンダーソン局在 / 相関効果 / 透過係数 / 共振特性 / フォノン光学デバイス

Research Abstract

前年度に解析を行なったABA超格子においてB超格子をバルクな半導体で置き換えた場合のフォノンの共鳴透過特性を考察し,超格子の場合との比較検討を行ない,特にこの場合の共鳴条件を解析的に求めることを試みた。 さらにこの構造を周期的に繰返した場合,共振ピークの分裂とその重なりが生じ,その結果共鳴周波数は有限幅のバンドを形成していくことも,分散関係の導出と数値計算により明らかにした。
以上は二種類の半導体薄膜層を基礎とした規則的構造におけるフォノン共振特性を調べた結果であるが,さらに二種類の単一半導体(A,B)層をランダムに積層した不規則超格子について考察した。 不規則超格子系においては伝播するフォノンにコヒーレントな後方散乱が生じる。 その結果として表われる干渉効果のために,フォノンの透過はほとんどの周波数で禁止されてしまう(フォノンのAnderson局在)。 しかし,我々はAおよびB各層での共鳴条件を満たすフォノンはやはりこの系を鋭く透過することを明らかにした。 不規則超格子系での特徴は,規則構造に比べ充分に広くフォノン・ストップバンドを形成できる点にあり,実用上極めて有用である。 特にA,Bの積層秩序が完全にランダムな場合,配列に近距離の相関が入った場合,さらには準周期的な配列秩序をとる場合などの解析が応用との関係で大変興味深い。 例として相関効果を取り込んだ場合を考察したが,今後更なる研究がフォノン光学デバイスへの応用との関係で重要であると考えられる。

Research Products

• [Publications] S.Tamura: "Resonant transmission of acoustic phonons in multisuperlattice structures" Physical Review. B43. 12646-12649 (1991)
• [Publications] S.Mizuno,S.Tamura: "Theory of acoustic phonon transmission in finite size superlattice systems" Physical Review. B45. 734-741 (1992)
• [Publications] S.Mizuno,S.Tamura: "Impurity levels and resonant transmission of acoustic phonons in a double barrier system" Physical Review. B45. 13423-13430 (1992)
• [Publications] H.Kitagawa,S.Tamura: "Radiation of ballistic phonons from 2D electrons in Si-MOS structures:Interference effects of emitted phonons" Physical Review. B46. 4277-4278 (1992)
• [Publications] S.Mizuno,S.Tamura: "Transmission of sub-THz acoustic phonons in a Kroning-Penny system for phonons" Solid State Communications. 85. 639-642 (1993)
• [Publications] S.Mizuno,S.Tamura: "Multiple barrier systems for phonons:Transmission characteristics" Japanese Journal of Applied Physics.