量子点级联激光器的研究

量子级联激光器是基于多量子阱系统子带跃迁的新颖半导体激光光源。其独特的工作原理和优异性能使它们成为了在中红外和太赫兹领域主要的可调谐相干半导体光源。原则上来讲，这些激光器还是受限于宽调谐性、面发射以及高功效等方面。理论上已经预测可以通过研究量子点级联激光器来得到克服，在这里量子阱有源区被量子点有源区所取代了。通过利用SK生长模式的自组织量子点和双应变补偿有源区设计，我们最终实现了基于 InAs/In gaAs/InAlAs异质结的量子点级联激光器。   在量子点级联激光器的有源区能带结构设计中，我们使用了包络函数近似的一维薛定谔方程，该方程同时也考虑了有效质量的能量依赖性和应变效应，计算波长与实验结果一致，这也说明了这种简单模型的有效性。利用TEM和AFM信息，我们建立了有源区包含量子点的三维模型来计算可能的局域量子点态。该模型具有旋转对称性，我们求解了一个约化了的包络函数近似的三维薛定谔方程，该方程同时也考虑了有效质量的能量依赖性和三维应变场对带边、电子有效质量以及量子点形状的影响。最终我们得到了一系列的非常局域的耦合量子点态，考虑到单带模型的本征局限性，这些量子点态中的最高能量态和前面简单一维模型得到的低能态在本征能量上是一致的，表明量子点态作为下能级的确在电子的受激发射中起到很大作用。   最终器件在波长约为617m处激射，同时测试的电致发光谱半高宽超过3um，这些结果表明这种激光器理念非常有希望应用于太赫兹量子级联激光器方面，或将实现其室温工作。