能量-動量色散 同一個能帶內之所以會有不同能量的量子態，原因是能帶的電子具有不同波向量（wave vector），或是k-向量。在量子力學中，k-向量即為粒子的動量，不同的材料會有不同的能量-動量關係（E-k relationship）。

能量-動量色散
上述關於能帶結構的內容為了簡化，因此跳過了一個重要的現象，稱為「能量的色散」（dispersion of energy）。同一個能帶內之所以會有不同能量的量子態，原因是能帶的電子具有不同波向量（wave vector），或是k-向量。在量子力學中，k-向量即為粒子的動量，不同的材料會有不同的能量-動量關係（E-k relationship）。

矽的能帶結構。對於間接能帶半導體而言，電子從導帶落至價帶時，能量的釋放牽涉到動量守衡，故大部分以聲子的形式釋放能量，發光效率不高。

能量-動量色散關係式能決定電子或電洞的「等效質量」（effective mass），以代表，公式如下：

等效質量可視為聯繫量子力學與古典力學的一個參數。這個參數對於半導體材料而言十分重要，例如它和電子或電洞的「遷移率」（electrons or holes mobility）有高度關聯。電子或電洞的遷移率對於半導體元件的載子傳輸是相當基本的參數。
電子和電洞的等效質量不相等，這也造成了兩者的遷移率不同，進而讓N-通道和P-通道的MOSFET導電性不同。

砷化鎵的能帶結構。對於直接能隙半導體而言，電子從導帶落至價帶時，能量的釋放不必牽涉到動量守衡，故全部以光子的形式釋放能量。

半導體材料的導電帶底部和價電帶頂端在能量-動量座標上可能會處在不同的k值，這種材料叫做「間接能帶材料」（in-direct bandgap material），例如矽（silicon）或是鍺（germanium）。相對地，如果某種材料的導帶底部和價帶頂端有相同的k值，這種材料稱為「直接能帶材料」（direct bandgap material），最常見的例子是砷化鎵（GaAs）。電子在直接能隙材料的價帶與導帶的躍遷不涉及晶格動量的改變，因此發光的效率高過間接能隙材料甚多，砷化鎵也因此是光電半導體元件中最常見的材料之一。