Un láser de pozo cuántico es un diodo láser en el que la región activa del dispositivo es tan estrecha que se produce un confinamiento cuántico . Los diodos láser se forman en materiales semiconductores compuestos que (muy a diferencia del silicio ) pueden emitir luz de manera eficiente. La longitud de onda de la luz emitida por un láser de pozo cuántico está determinada por el ancho de la región activa y no solo por la banda prohibida de los materiales con los que está construido. [1] Esto significa que se pueden obtener longitudes de onda mucho más cortas de los láseres de pozo cuántico que de los diodos láser convencionales utilizando un material semiconductor particular. La eficiencia de un láser de pozo cuántico también es mayor que la de un diodo láser convencional debido a la forma escalonada de su función de densidad de estados .
En 1972, Charles H. Henry , físico y recién nombrado Jefe del Departamento de Investigación de Electrónica de Semiconductores en Bell Laboratories , mostró un gran interés en el tema de la óptica integrada, la fabricación de circuitos ópticos en los que la luz viaja en guías de ondas.
Más tarde ese año, mientras reflexionaba sobre la física de las guías de ondas, Henry tuvo una idea profunda. Se dio cuenta de que una heteroestructura doble no es solo una guía de ondas para las ondas de luz, sino también para las ondas de electrones. Henry se basaba en los principios de la mecánica cuántica, según los cuales los electrones se comportan como partículas y como ondas. Percibió una analogía completa entre el confinamiento de la luz por una guía de ondas y el confinamiento de los electrones por el pozo de potencial que se forma a partir de la diferencia de bandas prohibidas en una heteroestructura doble .
CH Henry se dio cuenta de que, así como hay modos discretos en los que la luz viaja dentro de una guía de ondas, debería haber modos de función de onda de electrones discretos en el pozo de potencial, cada uno con un nivel de energía único. Su estimación mostró que si la capa activa de la heteroestructura es tan delgada como varias decenas de nanómetros, los niveles de energía de los electrones se dividirían en decenas de milielectronvoltios. Esta cantidad de división del nivel de energía es observable. La estructura que analizó Henry se llama hoy " pozo cuántico ".
Henry procedió a calcular cómo esta "cuantificación" (es decir, la existencia de funciones de onda de electrones discretos y niveles de energía de electrones discretos) alteraría las propiedades de absorción óptica (el "borde" de absorción) de estos semiconductores. Se dio cuenta de que, en lugar de que la absorción óptica aumentara suavemente como lo hace en los semiconductores ordinarios, la absorción de una heteroestructura delgada (cuando se grafica frente a la energía del fotón) aparecería como una serie de pasos.
Además de las contribuciones de Henry, el pozo cuántico (que es un tipo de láser de doble heteroestructura) fue propuesto por primera vez en 1963 por Herbert Kroemer en Proceedings of the IEEE [2] y simultáneamente (en 1963) en la URSS por Zh. I. Alferov y RF Kazarinov. [3] Alferov y Kroemer compartieron un Premio Nobel en 2000 por su trabajo en heteroestructuras de semiconductores. [4]