Mimo teoretycznej możliwości oparcia emisji na dziurach, jak dotąd nikomu nie udało się jej wykorzystać w praktyce.
W materiale półprzewodnikowym nośniki zajmują dwa pasma energetyczne: walencyjne, w którym znajdują się elektrony o niskiej energii oraz przewodnictwa, do którego trafiają elektrony wysokoenergetyczne. Pomiędzy tymi pasmami istnieje jeszcze tzw. pasmo wzbronione, w którym nie ma stanów dozwolonych, które mogłyby zająć elektrony – jest ono zatem puste. Emisja promieniowania w laserze półprzewodnikowym zachodzi, gdy elektron z pasma przewodnictwa rekombinuje z dziurą z pasma walencyjnego. Powstaje wtedy foton o energii określonej przez przerwę wzbronioną.
W QCL stosuje się , czyli periodyczną strukturę złożoną z różnych półprzewodników lub ich stopów. Oznacza to, że w całej tej strukturze występuje zmienny potencjał elektryczny, zatem elektron może znajdować się w poszczególnych warstwach z różnym prawdopodobieństwem. Zgodnie z prawami mechaniki kwantowej, w obiekcie takim nastąpi rozszczepienie pasm energetycznych na wiele dyskretnych podpasm.