是指具有多个导带极小值的半导体。常见的Ge、Si、GaAs都属于这种半导体。

从半导体量子阱的量子限制效应出发，研究了布里渊区中的多能谷效应。应用这一模型导出了超晶格中的谐波直接带隙，从而解释了锗硅应变超晶格发光特性，由此设计出优化的锗硅应变超晶格结构。进而讨论了多孔硅中的PL和PLE光谱，发现多孔硅表面吸附的化学键强化了量子态中的多能谷效应，形成一种表面化学键制约量子限制态。

半导体超晶格成为半导体物理中一个热门课题。原先扩展在整个晶体内的布洛赫函数被超晶格势垒压缩在势 阱层内，产生了量子限制效应。特别是使用有效质量包络函数理论以后，包络波函数形象地描绘出电子波函数的空间分布，从而能方便地解释各类光学、电学实验现象。这种波函数的空间压缩势必也要反映到k空间中来，认为形成超晶格以后，原有的晶格原胞扩大成超晶格的大原胞，于是布里渊区就被折叠成小布里渊区，应该使用小布里渊区来讨论。实际上要形成完整的空间量子限制效应，常常涉及十层以至更多的原 子层，这样布里渊区实际上被折叠得很小，使得原有晶体布里渊区中的一些重要能谷都相互重叠起来，难以区分，使用中不很方便。

就锗硅应变超晶格来说，通过布里渊区折叠把△能谷折叠到小布里渊区中的Γ点来产生直接跃迁。应变超晶格可能产生比间接带隙半导体Si和Ge效率更高的发光。应用布里渊区折叠概念，把导带底折叠到 Γ点形成直接带隙来改善发光性能。硅的导带底位于△轴上约0.83 (2π/c) 处，Ahatretier 等认为如果超晶格的周期d接近于晶格常数c的2.5倍，则△导带底就折叠到 r 点附近，这样就要求超晶格的周期约为10个单层。

在大布里渊区内， 一 共可以找到l/2个独立的有效波长波矢。 即这种量子限制态的波函数可由l/2个能谷组成，从而出现了多能谷效应。当某一仅正好为偶数时，该次谐波就被变换到Γ点。此时在超晶格中产生了谐波直接带 隙，这一谐波波函数就能与价带间产生直接光跃迁。随着超晶格周期d的增大，产生谐波直接带隙的谐波次数必须提高。对硅来说它不可能成为真正的偶数，只能求得近似于偶数的直接带隙谐波。

画出硅的导带和价带，当超晶格周期为10个单层时，导带底被折叠到小布里渊区的 Γ点附近，形成小布里渊 区中的直接带隙。画出10个单层周期下有效波矢在布里渊区内的变化，当n=0时，波矢在导带极值k0处。n=1时有效波矢变换到布里渊区外边，因而被反转至Γ点左端。n=3 时k3正好位于Γ点附近。随着谐波次数的进一步增大，有效波矢继续在布里渊区内来回振荡。在n=8时k3又回到了Γ点， 形成直接带隙。这里没有发生布里渊区折叠，因此产生的是大布里渊区中的直接带隙。

体材料也可以想像为由大原胞构成的超晶格，但是由于对应的包络波函数傅里叶展开系数为零，自然就不能 产生发光。这样就说明超晶格波函数的空间调制是产生发光的根源。其它超晶格周 期中还可以产生二次，四次和六次谐波直接带隙。其中四次谐波直接带隙正好解释了实验中观察到的周期不等于10个单层的锗硅超晶格的发光。实验中还未观察到10的7个单层周期超晶格中的二次谐波直接带隙可能具有最佳的发光性能。这样通过有效波矢变换就使满足发光的条件放宽了，从而为锗硅超晶格的研究开辟了新的途径。

异质谷间转移电子效应和Gunn效应 一样，都是谷间转移电子效应。 首先Gunn效应是在具有一定能带结构的体材料中产生的，而异质谷间转移电子效应只能在由直接带隙 / 间接带隙异质结构成的能带混合量子阱中产生。Γ电子在电场中加速获得能量后经由谷间散射转移到较高能谷的，它是一个散射参与的过程，总伴随有较大的能量损耗。而是通过能带混合在隧穿过程中直接从电场中获取能量后转移到 X 谷中去的，不存在散射损耗，可望达到较高的器件工作效率。强场畴的出现，使端电压的变化全降落在畴上，畴外电场不能通过外电压来控制，器件只能以畴渡越模式工作。而异质谷间转移电子效应全集中在极窄的异质结构中，电子转移过程取决于异质结构上的降压，它可以方便地通过外电路来控制，从而容易控制器件在各种模式中工作。

直接带隙 / 间接带隙异质结构和 一般的直接带隙 / 间接带隙异质结构之间存在有很大的差别。单能谷的贡 献可以简单地用单能谷的能带偏移来描写。异质界面上整个能带的变化，包含多能谷效应和能带混合。因此，当它们构成量子阱时，可用单能谷的一系列量子限制态来表征，还要涉及到Γ和X等不同能谷的各自的量子限制态。对于器件工作中经常涉及到的隧穿共振来说，全直接带隙量子阱仅对能量等于阱中量子限制能级的入射电子才是透明的，它构成入射电子的一种能量滤波器。而直接带隙 / 间接带隙量子阱中包含有两种能谷的量子限制态，当入射电子的能量对准另一能谷量子限制能级时，就有可能通过量子阱中的能带混合变换成另一能谷的电子输出，从 而发生异质谷间转移电子过程。这种情形下能带混合量子阱相当于一个动量滤波器。对于器件应用来说，全直接带隙量子阱的主要功能是在隧穿电流中产生负阻，可以利用这种非线性伏安特性来进行混频或产生微波振荡。而直接带隙 / 间接带隙量子阱还可以利用其多能谷量子限制态来实现谷间电子转移，由此发展出许多新的功能器件。

为了分析二极管直流隧穿伏安特性中的异质谷间转移电子效应，使用计算机模拟的方法，研究了器件隧穿中的 电子运动过程。常规的耿氏器件都用速场特性来描述载流子谷间转移，即载流子的谷间分配由电场来确定。 当异质结向有源层中注入 X 电子时，这种稳态谷间分布受到了破坏，使得两个能谷中电子的布居不能由电场来单值决定，而还要受制于流过该点的两种能谷的电子流。于是必须联立求解每个能谷的连续方程，谷间电子转移方程与决定电场的泊松方程，来求出两能谷的电子布居，两能谷的电流以及电场分布。在这一理论分析中，异质结构在外电压下产生的能带混合能向有源层注入大量上能谷电子，它使有源层中的电子谷间布居偏离于稳态耿氏分布。在有源层内电子的谷间分布取决于两能谷电子流的散度和耿氏谷间电子转移。不仅这种电子谷间转移依赖于电场而且两种电子流的漂移运动又受控于电场。于是联立求解这些连续方程和泊松方程就能弄清两种谷间转移电子效应间的相互作用，从而理解器件隧穿伏安特性和微波工作模式的特征。