Un pozo cuántico se utiliza para confinar electrones a niveles de energía específicos. Los pozos cuánticos consisten en un semiconductor extremadamente delgado con un intervalo de banda pequeño, que descansa entre el material con un intervalo de banda más grande. Son extremadamente pequeños, por lo general entre 1 y 20 nanómetros. Se utilizan con mayor frecuencia en diodos láser e imágenes infrarrojas.
Esto utiliza bien las propiedades del comportamiento de los electrones y los huecos de banda para funcionar. Los huecos de banda son áreas en el orbital de un electrón entre el estado fundamental, donde los electrones descansan normalmente, y la banda de conducción, los orbitales de mayor energía a los que se mueven los electrones cuando están excitados. Los huecos son barreras entre las bandas de estado fundamental y las bandas de conducción, que evitan que los electrones alcancen la banda de conducción sin ganar más energía de la que tienen en sus estados fundamentales. Cuanto mayor sea la brecha de banda, más energía se necesita para que los electrones salten esta brecha y alcancen la banda de conducción.
Una vez que el electrón alcanza la banda de conducción, libera su exceso de energía y vuelve a su estado fundamental. Al colocar un semiconductor microscópicamente delgado entre el material con espacios de banda demasiado anchos para que los electrones salten fácilmente, los científicos pueden obligar a los electrones a permanecer en el área bidimensional del semiconductor delgado. Atrapar electrones de esta manera permite una manipulación de energía específica.
Dado que los electrones solo pueden moverse en dos direcciones, solo pueden producir el tipo de energía que desee el científico o el fabricante. Esta energía también se concentra en una corriente extremadamente estrecha. Debido a este enfoque, los pozos cuánticos crean láseres precisos para dispositivos ópticos. Un ejemplo bien conocido de pozo cuántico está en los láseres de lectura en los reproductores de discos compactos (CD).
Los pozos cuánticos se denominan «pozos» no solo por su comportamiento de atrapar electrones como si un pozo atrapara el agua, sino también por su apariencia cuando se grafican. Cuando los pozos cuánticos se representan en gráficos de energía frente a posición, se ven como valles profundos o pozos, a menudo en forma rectangular. Un pozo cuántico es un tipo de pozo potencial, lo que significa que existe la posibilidad de que se produzca una cantidad mínima y fija de energía.
Cultivado, en lugar de creado, un pozo cuántico generalmente está hecho de material como arseniuro de galio rodeado de arseniuro de aluminio. Los pocillos se cultivan, con mayor frecuencia, mediante un proceso llamado epitaxia de haz molecular, que utiliza una célula de derrame para disparar moléculas de la sustancia a una sustancia base. Este método crea una sola capa atómica del material del pozo con cada disparo de la celda.