퀀텀웰에 대한 기초적인 지식

반도체를 이용하여 우물의 깊이가 finite한 potential well(전위우물)을 만들 수 있는데, 그러한 potential well을 Quantum well(양자우물)이라고 합니다.

 

양자우물은 band gap이 큰 direct band gap semiconductor 사이에, band gap이 작은 direct band gap semiconductor이 들어가 있는 구조로 만들 수 있습니다. 그림을 보면 다음과 같습니다.

 

반도체 구조

GaAs는 direct band gap semiconductor이고, Ga대신 Al을 넣어주면 Al의 비율이 38%가 되기 전까진 direct band gap semiconductor의 특성이 유지되고 GaAs보다 점점 band gap이 넓어집니다. Energy band를 그려보면 다음과 같습니다.

 

Energy band

서로다른 반도체의 band gap에 의해 위와 같이 Quantum well이 형성되고, 이전에 배웠듯 이 안에서의 전자와 정공은 양자화된 energy level을 가지게 될 것 입니다. 따라서 전자와 정공들은 낮은 에너지 상태를 선호하므로 최하위 level인 E.1과 E.h로 각각 몰릴 것 이며, 이렇게 되면 recombination이 일어나며 에너지차이에 해당하는 빛을 내게 됩니다.

 

 

이전의 potential well에서 구했던 양자화된 에너지의 식을 다시한번 가져와보겠습니다.

 

양자화된 에너지 식

위 식에서 주목해야 할 부분은 바로 L인데, 이 L은 위 반도체 구조에서 보면 GaAs의 두께 입니다. 따라서 GaAS의 두께가 줄어들 수록 Quantum well에서의 양자화된 Energy level이 올라가게 되고, 두께가 커지면 Quantum well에서의 양자화된 Energy level이 내려가게 됩니다. 따라서 두께를 조절하여 쉽게 원하는 빛을 낼 수 있습니다. 따라서 LED를 만드는데 양자우물이 많이 사용되게 됩니다.