量子井戸とは？

量子井戸は、特定のエネルギーレベルで電子を閉じ込めるために使用されます。 量子井戸は、バンドギャップの大きい非常に薄い半導体で構成され、バンドギャップの大きい材料の間にあります。 それらは非常に小さく、通常1〜20ナノメートルです。 それらは、ほとんどの場合、レーザーダイオードおよび赤外線イメージングで使用されます。

これは、電子の振る舞いとバンドギャップの特性をうまく利用して機能します。 バンドギャップは、電子が通常静止している基底状態と、電子が励起されたときに電子が移動する伝導バンドである伝導帯との間の電子軌道内の領域です。 ギャップは、基底状態のバンドと伝導バンドの間の障壁であり、電子が基底状態よりも多くのエネルギーを得ることなく伝導バンドに到達するのを防ぎます。 バンドギャップが大きいほど、電子がこのギャップをジャンプして伝導バンドに到達するためにより多くのエネルギーが必要になります。

電子が伝導帯に到達すると、過剰なエネルギーを放出し、基底状態に戻ります。 科学者は、電子が簡単にジャンプできないほどのバンドギャップを持つ材料の間に極薄の半導体を配置することで、電子を薄い半導体の2次元領域に強制的に留まらせることができます。 この方法で電子をトラップすると、特定のエネルギー操作が可能になります。

電子は2方向にしか移動できないため、科学者または製造者が望む種類のエネルギーしか生成できません。 また、このエネルギーは非常に狭いストリームに集中しています。 この焦点により、量子井戸は光学デバイス用の正確なレーザーを作成します。 量子井戸のよく知られた例は、コンパクトディスク（CD）プレーヤーの読み取りレーザーです。

量子井戸は、井戸が水をトラップするように電子をトラップする動作のためだけでなく、グラフに表示されるため、「ウェル」と呼ばれます。 量子井戸がエネルギー対位置のグラフで描かれている場合、それらはしばしば長方形の深い谷、または井戸のように見えます。 量子井戸は潜在的な井戸の一種です。つまり、最小限の固定量のエネルギーが生成される可能性があります。

量子井戸は、作成されるのではなく、成長して、通常、ヒ化アルミニウムに囲まれたヒ化ガリウムのような材料でできています。 ウェルは、ほとんどの場合、分子線エピタキシーと呼ばれるプロセスによって成長します。このプロセスでは、エフュージョンセルを使用して、物質の分子をベース物質に照射します。 この方法は、セルの各焼成でウェル材料の単一の原子層を作成します。