量子点激光器的性能及其研究进展

　　量子点激光器的性能与量子阶激光器或量于线激光器相比，具有更低的阂值电流密度，更高的特征温度和更高的增益等优越特性。这主要由于在量子点材料（又称零维材料）中，载流子在三个运动方向上受到限制，载流于态密度与能量关系为6函数，因而具有许多独特的物理性质，如量子效应、量子隧穿、非线性光学等，极大地改善了材料的性能。因此，不但在基础物理研究方面意义重大，而且在新型量子器件等方面显示出广阔的应用前景。目前，零维材料结构及其应用为国际上最前沿的研究领域之一，仍处于探索阶段。90年代初，利用MBE和MOCVD技术，通过Stranski—Krastanow（S—K）模式生长In（Ga）As/GaAs自组装量子点等零维半导体材料有了突破性的进展，生长出品格较完整，尺寸较均匀，且密度和发射率较高的InAs量子点，并于1994年制备出近红外波段InGaAs/GaAs量子点激光器。目前国际上已有一些实验室制备了In（Gs）As/GnAs量子点激光器。

　　对于量子点激光器理论研究，中国已处于世界最领先地位。2011年10月21日，华工科技聘任国际纳米专家王肇中为公司首席科学家，负责量子点激光器中试研发。计划投资6000多万元为王肇中建试验室，目前已投资3000多万元。华工科技副总裁杨肖表示，“这项技术在发达国家只处于中试阶段，华工科技站在了世界技术前沿。”

　　同时美国官员还表示，中国超强功率的固态激光器技术也是世界一流，激光束可在3千公里距离获得每平方厘米35K焦耳能量密度，这比攻击导弹破坏力高出近1个数量级，有效杀伤力超过3万公里。

　　半导体量子点材料是一种人工设计、制造的新型半导体材料，载流子在三个空间方向上的运动都受到约束，具有很强的三维量子限制效应，体现出明显的量子隧穿、量子干涉、库仑阻塞、非线性光学等效应，是新一代固态量子器件的物理基础，在纳米电子学、光电子学和新一代超大规模集成电路等方面有极重要的应用前景。

　　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。

　　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：