Квантовий колодязь — це тонкий шар напівпровідника (зазвичай товщиною від кількох до кількох десятків нанометрів), поміщений між шарами з іншого напівпровідника з більшою шириною забороненої зони (бандгепом).
- Цей шар створює потенціальний «колодязь», в якому носії заряду (електрони і дірки) обмежені у одному напрямку (перпендикулярно шару), але можуть вільно рухатися в двох інших напрямках.
Фізична суть
- Обмеження руху у одному напрямку призводить до квантового обмеження.
- Енергетичні рівні стають дискретними у напрямку обмеження (перпендикулярному до шару), але залишаються безперервними у двох інших напрямках.
- Це означає, що носії заряду займають певні квазідвовимірні стани.
Основні властивості
- Дискретизація енергетичних рівнів у напрямку товщини шару.
- Поліпшення оптичних та електронних характеристик за рахунок зменшення немонотонності розподілу енергетичних станів.
- Залежність оптичних спектрів і ефективності генерації від товщини колодязя.
- Можливість налаштування довжини хвилі випромінювання за рахунок зміни товщини та складу матеріалів.
Як створюють квантові колодязі?
- Використовують методи молекулярно-променевого епітаксійного зростання (MBE) або хімічного осадження з парової фази (MOCVD).
- Наприклад, шар GaAs товщиною 10 нм поміщають між шарами AlGaAs з більшою шириною забороненої зони.
Застосування
- Напівпровідникові лазери (наприклад, лазери на основі квантових колодязів у волоконній оптиці).
- Світлодіоди (LED) з покращеною ефективністю.
- Фотодетектори.
- Транзистори з високою частотою роботи (HBT, HEMT).
- Оптичні модулятори.
Квантові колодязі дозволили значно підвищити ефективність і продуктивність оптоелектронних пристроїв, які ми використовуємо в щоденних гаджетах та телекомунікаційних системах.