一般半導(dǎo)體激光器有源層厚度約為0.1～0.3μm，當(dāng)有源層厚度減薄到玻爾半徑或德布羅意波長(zhǎng)數(shù)量級(jí)時(shí)，就出現(xiàn)量子尺寸效應(yīng)，這時(shí)載流子被限制在有源層構(gòu)成的勢(shì)阱內(nèi)，該勢(shì)阱稱(chēng)為量子阱，這導(dǎo)致了自由載流子特性發(fā)生重大變化。量子阱激光器比起其他半導(dǎo)體激光器具有更低的閾值，更高的量子效率，極好的溫度特性和極窄的線寬。量子阱激光器的研制始于1978年，已制出了從可見(jiàn)光到中紅外的各種量子阱激光器。

多量子阱(MQW) DFB激光器

　　同常規(guī)的激光器相比，量子阱激光器具有以下特點(diǎn)：

　　1.在量子阱中，態(tài)密度呈階梯狀分布，量子阱中首先是E1c和E1v之間電子和空穴參與的復(fù)合，所產(chǎn)生的光子能量hv＝E1c－E1v＞Eg，即光子能量大于材料的禁帶寬度。相應(yīng)地，其發(fā)射波長(zhǎng)凡小于幾所對(duì)應(yīng)的波長(zhǎng)九，即出現(xiàn)了波長(zhǎng)藍(lán)移。

　　2.在量子阱激光器中，輻射復(fù)合主要發(fā)生在E1c和E1v之間。這是兩個(gè)能級(jí)之間的電子和空穴參與的復(fù)合，不同于導(dǎo)帶底附近的電子和價(jià)帶頂附近的空穴參與的輻射復(fù)合，因而量子阱激光器光譜的線寬明顯地變窄了。

　　3.在量子阱激光器中，由于勢(shì)阱寬度Lx通常小于電子和空穴的擴(kuò)散長(zhǎng)度Le和Ln，電子和空穴還未來(lái)得及擴(kuò)散就被勢(shì)壘限制在勢(shì)阱之中，產(chǎn)生很高的注入效率，易于實(shí)現(xiàn)粒子數(shù)反轉(zhuǎn)，其增益大大提高，甚至可高達(dá)兩個(gè)數(shù)量級(jí)。

　　4.量子阱使激光器的溫度穩(wěn)定條件大為改善，AlGaInAs量子阱激光器的特征溫度馬可達(dá)150K，甚至更高。因而，這在光纖通信等應(yīng)用中至關(guān)重要。

　　1.量子線激光器

　　世界上第一只量子線激光器樣品是由美國(guó)Bellcore公司研制的。這種新型激光器所需電流，只有目前用于CD唱機(jī)上的普通二極管激光器的十萬(wàn)分之一。量子線激光器是通過(guò)其“心臟”部分的一個(gè)極小的線狀的芯而將電轉(zhuǎn)化為光的，由于它的工作電流將比以前的激光器小得多，故在未來(lái)的信息處理裝置中將是非常有用的。量子線激光器所需激活電流極低，能夠在電路之間起到微型光通訊系統(tǒng)的作用。

　　2.量子點(diǎn)激光器

　　量子點(diǎn)激光器的性能與量子階激光器或量子線激光器相比，具有更低的閾值電流密度、更高的特征溫度和更高的增益等優(yōu)越特性。這主要由于在量子點(diǎn)材料(又稱(chēng)零維材料)中，載流子在三個(gè)運(yùn)動(dòng)方向上受到限制，載流于態(tài)密度與能量關(guān)系為6函數(shù)，因而具有許多獨(dú)特的物理性質(zhì)，如量子效應(yīng)、量子隧穿、非線性光學(xué)等，極大地改善了材料的性能。因此，不但在基礎(chǔ)物理研究方面意義重大，而且在新型量子器件等方面顯示出廣闊的應(yīng)用前景。

　　目前，量子點(diǎn)材料結(jié)構(gòu)及其應(yīng)用為國(guó)際上最前沿的研究領(lǐng)域之一，仍處于探索階段。上世紀(jì)90年代初，利用MBE和MOCVD技術(shù)，通過(guò) Stranski—Krastanow(S—K)模式生長(zhǎng) In(Ga)As／GaAs 自組裝量子點(diǎn)等量子點(diǎn)半導(dǎo)體材料有了突破性的進(jìn)展，生長(zhǎng)出品格較完整，尺寸較均勻，且密度和發(fā)射率較高的InAs量子點(diǎn)，并于1994年制備出近紅外波段 InGaAs／GaAs量子點(diǎn)激光器。目前國(guó)際上已有一些實(shí)驗(yàn)室制備了In(Gs)As／GnAs量子點(diǎn)激光器。

　　為了進(jìn)一步改善量子阱激光器的性能，人們又在量子阱中引入應(yīng)變和補(bǔ)償應(yīng)變，出現(xiàn)了應(yīng)變量子阱激光器和補(bǔ)償應(yīng)變量子阱激光器。應(yīng)變的引入減小了空穴的有限質(zhì)量，進(jìn)一步減小了價(jià)帶間的躍遷，從而使量子阱激光器的閾值電流大為降低，量子效率和振蕩頻率大大提高，并且由于價(jià)帶間躍遷的減小和俄歇復(fù)合的降低而進(jìn)一步改善了溫度特性，實(shí)現(xiàn)了激光器無(wú)致冷工作。在阱和壘中分別引入不同應(yīng)變（張應(yīng)變/壓應(yīng)變）實(shí)現(xiàn)應(yīng)變補(bǔ)償，不僅能改善材料質(zhì)量，從而提高激光器的壽命，而且可利用壓應(yīng)變對(duì)應(yīng)于TE模式、張應(yīng)變主要對(duì)應(yīng)于TM模式的特性，制作與偏振無(wú)關(guān)的半導(dǎo)體激光放大器?；贛OCVD外延技術(shù)的量子阱器件的發(fā)展粗略可分為下面幾個(gè)階段：體材料激光器→普通量子阱激光器→應(yīng)變和補(bǔ)償應(yīng)變量子阱激光器→與偏振無(wú)關(guān)半導(dǎo)體激光放大器→光子及光電器件的集成。

非制冷量子阱DFB激光器

　　量子阱結(jié)構(gòu)對(duì)載流子還只是一維限制，量子線和量子點(diǎn)具有更高級(jí)的量子化特點(diǎn)。事實(shí)上，量子線激光器和量子點(diǎn)激光器均已問(wèn)世，對(duì)它們的研究必將為半導(dǎo)體光電學(xué)帶來(lái)許多更新、更好的特性，也為光電子集成開(kāi)拓更美好的前景。