En kvantbrunn används för att begränsa elektroner vid specifika energinivåer. Kvantbrunnar består av en extremt tunn halvledare med ett litet bandgap, vilande mellan material med ett större bandgap. De är extremt små, vanligtvis mellan 1 och 20 nanometer. De används oftast i laserdioder och infraröd avbildning.
Denna brunn använder egenskaperna hos elektronbeteende och bandgap för att fungera. Bandgap är områden i en elektrons omloppsbana mellan marktillståndet, där elektronerna vilar normalt, och ledningsbandet, som elektroner i orbitaler med högre energi flyttar till när de exciteras. Mellanrummen är barriärer mellan grundtillståndsbanden och ledningsbanden, som hindrar elektronerna från att nå ledningsbandet utan att få mer energi än vad de har i sina grundtillstånd. Ju större bandgapet är, desto mer energi krävs för att elektronerna ska hoppa över detta gap och nå ledningsbandet.
När elektronen når ledningsbandet frigör den sin överskottsenergi och faller tillbaka till sitt marktillstånd. Genom att placera en mikroskopiskt tunn halvledare mellan material med bandgap som är för stora för att elektroner ska hoppa lätt, kan forskare tvinga elektronerna att stanna kvar i den tunna halvledarens tvådimensionella område. Att fånga elektroner på detta sätt möjliggör specifik energimanipulation.
Eftersom elektronerna bara kan röra sig i två riktningar kan de bara producera den typ av energi som vetenskapsmannen eller tillverkaren önskar. Denna energi är också fokuserad i en extremt smal ström. På grund av detta fokus skapar kvantbrunnar exakta lasrar för optiska enheter. Ett välkänt exempel på en kvantbrunn är i läslasrarna i CD-spelare (CD).
Kvantbrunnar kallas ”brunnar” inte bara på grund av deras beteende att fånga elektroner som en brunn skulle fånga vatten, utan också på grund av deras utseende när de ritas. När kvantbrunnar avbildas på energi vs position grafer, ser de ut som djupa dalar, eller brunnar, ofta i en rektangulär form. En kvantbrunn är en typ av potentiell brunn, vilket innebär att det finns en potential för en minimal, fast mängd energi som ska produceras.
En kvantbrunn är odlad snarare än skapad, den är vanligtvis gjord av material som galliumarsenid omgiven av aluminiumarsenid. Brunnar odlas, oftast, genom en process som kallas molekylär strålepitaxi, som använder en utgjutningscell för att skjuta molekyler av ämnet mot ett basämne. Denna metod skapar ett enda atomlager av brunnsmaterialet med varje bränning av cellen.