量子阱的概念解释

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，量子阱中因为有源层的厚度仅在电子平均自由程内，阱壁具有很强的限制作用，使得载流子只在与阱壁平行的平面内具有二维自由度，在垂直方向，使得导带和价带分裂成子带。量子阱中的电子态、声子态和其他元激发过程以及它们之间的相互作用，与三维体状材料中的情况有很大差别。在具有二维自由度的量子阱中，电子和空穴的态密度与能量的关系为台阶形状。而不是象三维体材料那样的抛物线形状。

20世纪90年代才在实验室制备出方势阱，即将一窄带隙半导体置于宽带隙半导体材料之间的结构，如典型的AlxGa1－xAs/GaAs/AlxGa1－xAs量子阱。高质量的量子阱样品都是用分子束外延或金属有机化学汽相沉积方法外延生长两种不同的材料而成的。除了方势阱，常见的量子阱结构还有半导体异质结构的三角势阱与抛物势阱。

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。另一方面，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。如果阱内存在几个分立能级，总的态密度包括所有子带的贡献，呈台阶状。方势阱中量子能级间的能量差大致与量子阱宽度的平方成反比，J.丁铎尔等首先在GaAs单量子阱的吸收光谱中观察到这种台阶形状的光谱线，并且台阶间的距离与量子阱的宽度平方成反比，从而实验上证实了量子阱的量子限制效应。

量子限制效应使半导体量子阱呈现各种独特且具有广泛应用前景的电子学和光子学特性，并可通过改变材料结构、薄层厚度、掺杂和组分对这些特性实行调控。最主要的特性有：双势垒量子阱结构中的共振隧穿效应，激子二维特性和室温激光发射。

量子阱（QW），是与电子的德布罗意波长可比的微观尺度上的势阱，是由两种不同的半导体材料相间排列形成的、具有明显量子限制效应的电子或空穴的势阱。量子阱是一种二维材料，在量子力学发展早期，量子阱概念即被提出，其相关技术与应用研究持续深入，量子阱激光器是量子阱的代表性应用领域。 　

　受量子阱宽度、阱壁限制，在量子阱中，载流子仅能够在与阱壁平行的二维平面内自由运动，不能向垂直方向运动。与三维材料相比，量子阱中的电子态、声子态、元激发、相互作用等均存在较大差别。根据新思界产业研究中心发布的 《2022-2026年量子阱行业深度市场调研及投资策略建议报告》 显示，受以上因素影响，应用在半导体材料领域，量子阱会呈现出独特的电学、光学性能，并可以通过改变材料组分、掺杂成分、材料结构、薄层厚度等对量子阱的特性进行调控。

半导体激光器体积小、可靠性高，具有可调制电流、可输出高速激光的特点，并且可与集成电路兼容，是一种重要的激光器类型，预计2020-2025年，全球半导体激光器市场规模将以9.6%左右的年均复合增速快速增长。量子阱激光器是半导体激光器的一种，量子阱一般应用在激光二极管的有源区，窄带隙有源区夹在宽带隙半导体材料中间，或者与之交替重叠，当载流子被限制在有源层内时，即形成量子阱。

根据新思界产业研究中心发布的 《2022-2026年量子阱激光器行业深度市场调研及投资策略建议报告》 显示，量子阱激光器具有频率小、阈值电流低、谱线宽度窄、输出功率高、调制速度快、温度适应范围宽等特点，是半导体激光器中的主流产品之一。量子阱激光器主要包括量子线激光器、量子点激光器两大类。相较来说，受量子点独特性能的影响，量子点激光器在阈值电流、温度适应性、增益效果等方面更具优势，未来应用前景更为广阔。 　

　量子阱激光器在激光加工、激光医疗、检验检测、环保等领域应用广泛，研发价值大。2019年，中国科学院半导体研究所团队突破了刻蚀与钝化等核心工艺，研制出新型锑化物半导体量子阱激光器，其单管和巴条组件分别实现1.62瓦和16瓦的室温连续输出功率，综合性能达到国际一流水平。

新思界 行业分析 人士表示，量子阱是一种二维材料，在传统半导体材料性能开发接近物理极限的情况下，拥有独特性能的二维材料开发与应用受到关注，量子阱市场空间正在快速增长。现阶段，半导体激光器是量子阱的主要应用市场，量子阱概念是随着量子力学发展而提出，未来在量子力学领域同样具有广阔发展空间。由此来看，未来量子阱行业发展前景良好。

量子阱有着三明治一样的结构，中间是很薄的一层半导体膜，外侧是两个隔离层。用激光朝量子阱闪一下，可以使中间的半导体层里产生电子和带正电的空穴。通常情况下，电子会与空穴结合，放出光子。科学家将量子阱的上层制造得特别薄，厚度不足30埃，这样就可迫使中间层产生的电子与空穴结合时，以变化的电场而不是光子的形式释放能量。电场的作用使邻近的量子点中产生新的电子和空穴，从而令它们结合并放出光子.

以上是别人的，不是我自己的。

经典物理学认为，粒子不可能贯穿能量较低的势阱，但量子力学的有关实验发现，粒子还是有小概率通过的。

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