光电子支柱产业：我国量子点激光器进展情况

网讯：边长为数nm左右，将电子之类的载流子束缚其中的半导体立体构造就叫作量子点。量子点 激光器（QDLD）具有分立的态密度函数，因此有着比传统的量子阱激光器（QWLD）更加优越的性能，如超低阈值电流密度（￡2A/cm2，比QWLD低一个量级以上）、超高阈值电流温度稳定性、超高微分增益（比QWLD高一个量级以上）、极高的调制带宽和在直流电流调制下无波长漂移工作、对衬底缺陷不敏感等。这些特性将使 半导体激光器的性能有一个大的飞跃，有力地推动激光物理学科的发展，开辟半导体激光器制造的新方向，并有可能成为21世纪光电子技术产业的支柱之一。

　　量子点最初设想应用于电子元器件。但率先实用化的是激光器。比如：富士通等成立的风险企业“QDLaser”于2010年与东京大学合作量产了面向光通信市场的量子点激光器。量子点激光器比传统激光器的耗电量小，相对于光输出温度变化的稳定性高。

何为量子点激光器？

　　简单的说，量子点激光器是由一个激光母体材料和组装在其中的量子点以及一个激发并使量子点中粒子数反转的泵源所构成。

量子点激光器的优点：

　　同常规的激光器相比，由于有源区为量子机构，器件特性便具有下列新特点：

　　1、态密度线状分布，导带中第一个电子能级E1c高于原价带中第一个空穴能级E1，低于原价带顶Ev，因此E1c-E1v大于Eg，所产生的光子能量大于材料的禁带宽度。相应的其发射波长出现了蓝移。

　　2、量子激光器中，辐射复合主要发生在E1c和E1v之间，这是连个能级之间电子和空穴参与的复合，不同于导带底附近和价带顶附近的电子和空穴参与的辐射复合，因此量子激光器的光谱线宽明显地变窄了。

　　3、在量子激光器中，由于尺寸通常小于电子和空穴的扩散长度，电子和空穴还未来得及扩散就被势垒限制在势阱之中，产生很高的注入效率，易于实现粒子数反转，其增益大为提高，甚至可高达两个数量级。

量子点激光器的未来：

　　量子点激光器的研制在近几年内取得了长足进步，已经向传统半导体激光器开始了强有力的挑战，但其性能与理论预测相比仍有较大的差距。进一步提高量子点激光器的性能，必须解决以下几个问题：

　　1、如何生长尺寸均匀的量子点阵列。虽然量子点的材料增益很大，但由于尺寸分布的不均匀性，使得量子点发光峰非均匀展宽，发光峰半宽比较宽，远大于量子阱材料。

　　2、如何增加量子点的面密度和体密度，尽可能提高量子点材料的增益

　　3、如何优化量子点激光器的结构设计，使其有利于量子点对载流子的俘获和束缚

　　4、如何通过控制量子点的尺寸或者选择新的材料体系，拓宽量子点激光器的激射波长工作范围

　我国在量子点激光器领域进展情况

　　980nm量子点激光器可广泛应用于大功率光纤放大泵浦源、激光手术刀、材料加工和防伪检测等领域；1.3 mm、1.55mm和可见光的单模量子点激光器在大容量光纤通信，高速光计算、光互联和信息处理等许多方面都有极其重要的应用前景。量子点激光器已成为目前国际上前沿研究的热点和重点方向之一。

　　该项目在自组织量子点、量子线材料的可控生长和器件应用方面取得了多项突破性进展：

　　(一) 研制成功In(Ga)As/GaAs、InAlAs/AlGaAs/GaAs和InAs/InAlAs/InP等一系列高质量的自组织量子点和量子线材料　　通过对所选材料体系应变分布的设计（高指数面衬底、特殊设计的缓冲层和种子层诱导作用等）、生长动力学控制（生长温度、生长速率等）和优化生长工艺（多层垂直耦合量子点层数、隔离层的厚度和量子点的组分等），在原子、分子水平上初步实现了对量子点尺寸、形状、密度和分布有序性的控制，量子点材料的性能达到了国际先进水平。