量子阱的能带结构及其特点

量子阱是一种具有离散能量值的势阱，可以将能够在三维空间自由运动的粒子束缚在一个平面区域。当量子阱的厚度达到载流子对应物质波的波长相同的数量级时，量子束缚效应就可以发生，造成子能带，也就是说载流子只能具有离散的能量值。量子阱的基本特征是由于量子阱宽度与电子的德布罗意波长可比的尺度的限制，导致载流子波函数在一维方向上的局域化。载流子只在与阱壁平行的平面内具有二维自由度。这种限制电子和空穴的特殊能带结构被形象地称为“量子阱”.

量子阱中电子（或空穴）沿外延生长方向的运动受到限制，可形成一系列分立的量子能级，电子（空穴）的波函数主要局域在量子阱中，称为量子限制效应。在平行于量子阱界面的平面内，电子仍作准二维的自由运动。量子阱中每个分立能级对应于一个二维子带，电子态密度为常数.

多量子阱是势阱足够窄，势垒足够高，阱间足够宽的组分超晶格。实际上可以使用不止一个量子阱作为有源区，而是采用层厚5～10nm的多层有源区，构成多量子阱。采用多量子阱，电子和空穴在空间上受到更大的限制，复合机率更大，器件有更好的性能.

在量子阱中，由于量子限域效应，在量子阱中又产生了一次能级分立，产生区别于体状态抛物线能态密度的台阶状能态密度。由于台阶状的能态密度分布，使量子阱激光器比起双异质结激光器有较低的阈值电流密度.

量子阱在半导体中的作用主要有以下几个方面:

1、限制电子和空穴

提高电子、空穴的复合机率

3、在LED中作为发光的有源层

4、降低阈值电流密度

在能带理论的框架下描述半导体发光，即为电子从导带向价带跃迁，释放出E

g能量的光子。这个过程同样可以理解为半导体价带中的空穴和导带中的电子复合而产生光子。而在半导体中，并不止有电子向低能级跃迁产生的光辐射，还有电子的激发、非辐射复合等过程。即使发光也存在本征发光（带间跃迁或自由载流子复合发光，激子发光）和缺陷发光（DAP、eA、Dh、深能级发光）.

对于电子来说，导带底为能量零点，向上为能量增加的方向；对于空穴来说，价带顶为能量零点，向下为能量增加的方向。