Lasers de puntos cuánticos
Un láser de puntos cuánticos es un tipo de láser semiconductor que como medio activo en su región de emisión de luz usa puntos cuánticos. Estos exhiben una estructura electrónica similar a la de los átomos.
Los láseres basados en medios tan activos tienen un comportamiento parecido a los láseres de gas y no presentan algunos de los inconvenientes de los láseres de semiconductores tradicionales. Se obtienen mejoras en la modulación de ancho de banda, umbral de excitación, ruido relativo de intensidad, factor de realce de ancho de línea y estabilidad con la temperatura.
Este tipo de láser puede utilizarse para operar en longitudes de onda imposibles de obtenerse con la tecnología de láser semiconductor actual. Encontrándose aplicaciones en medicina (bisturí láser, tomografía de coherencia óptica), tecnologías de exhibición de imágenes (proyección, TV láser), espectroscopía y telecomunicaciones.
En comparación al desempeño de los láseres de pozo cuántico tensado convencionales del pasado, el nuevo láser de punto cuántico alcanza una estabilidad ante la temperatura perceptiblemente más alta.
PUNTOS CUÁNTICOS. QUÉ SON: Los puntos cuánticos (QD, quantum dots) son nanosemiconductores que tienen estados de energía completamente cuantizados. Un QD mimetiza las propiedades básicas de una átomo, permitiendo la aplicación práctica de la física atómica en el campo de los dispositivos de semiconductores.
Cuando el movimiento de un portador de carga en un cristal esta limitado a un volumen muy pequeño el espectro de energías queda cuantizado, dándonos un caso similar al del electrón en un potencial atractivo de Coulomb en un atómo. Los electrones en semiconductores actúan con masas efectivas pequeñas y así las "cajas" relativamente grandes de 10 nm pueden resultar en energías discretas. De esta manera podemos obtener ganancias materiales mayores que en un semiconductor normal.
LASERES DE PUNTOS CUÁNTICOS. UN POCO DE HISTORIA: A principios de los años 80 Arakawa y Sakaki predijeron que los láseres de QD deberían exhibir un comportamiento menos dependiente de la temperatura que los demás láseres de semiconductores y en particular que no se degradaría a grandes temperaturas.
Sin embargo las ventajas en la operación no dependen solo del tamaño absoluto de las nanoestructuras en la región activa sino también de una uniformidad en el tamaño. Una distribución amplia de tamaños expande la densidad de estados produciendo comportamiento similar al material completo.
Así, el desafío a la hora de realizar láseres de QD con operación superior a la mostrada por láseres de pozos cuánticos es la de formar un medio activo de alta calidad con puntos cuánticos uniformes. Inicialmente la aproximación seguida para formar puntos cuánticos fue a través de litografía por electrones apropiada para patrones pequeños de alrededor de 300 Amstrongs y a continuación su transferencia al substrato. El problema que han presentado estas estructuras de puntos cuánticos ha sido su baja eficiencia óptica: altos ratios superficie - volumen de estas nanoestructuras junto con el daño introducido durante el propio proceso de fabricación impidió la formación con éxito de un láser de QD a través de este método.
Otra forma que se ha probado consiste en aprovechar la alta eficiencia optica de los QD autoensamblados, formados sin necesidad de procesamiento externo y que crecen de forma natural. Bimberg et al. (1996) consiguieron una mejora en la operación láser incrementando las estructuras de puntos cuánticos, apilando sucesivas columnas alineadas de puntos cuánticos y así consiguiendo emparejamiento vertical tanto como lateral de los QD. Además de utilizar los efectos de tamaño cuántico de los QD en el medio activo, también han sido incorporados en la cavidad vertical de los láseres. Como con la demostración de las ventajas del láser de pozo cuántico que lo precedió, la completa promesa del láser de QD debe esperar avances en el entendimiento del crecimiento de materiales y de optimización de la estructura láser.
A pesar de que los puntos autoensamblados han provisto un enorme estimulo a trabajar en este campo aun quedan un buen número de asuntos críticos relativos al crecimiento y la formación.
Conforme vayamos entendiendo mejor la dinámica del confinamiento de cargas y evaluemos mejor los mecanismos de pérdida, mejoraran mas aun las características de los dispositivos.
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