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In(Ga)As/GaAs自组织量子点(QD)材料体系因具有三维量子限制效应，以其作为增益介质的量子点器件表现出许多独特的性能。量子点激光器(QD-LD)具有更低的阈值电流密度和更高的特征温度；量子点超辐射发光管(QD-SLD)可以同时具有更宽的发光光谱和更高的发光功率。理论预言，以QD结构作为有源区材料的半导体光放大器(QD-SOA)不仅可以获得较宽的增益带宽，而且具有高饱和输出功率和高比特率无码型效应的光信号放大和处理功能。另外，基于QD-SOA的波长转换器也比基于体材料或量子阱SOA的波长转化器有更加优越的性能。本论文主要利用MBE生长的In(Ga)As/GaAs自组织量子点结构作为有源层，分别制作了F-P腔的边发射QD-LD和带有7°倾斜波导结构的QD-SOA管芯，获得的主要结果如下：
(1)对MBE生长的量子点材料分别进行了变温PL光谱测试和变激发功率PL光谱测试。随温度升高，量子点材料发光峰值波长迅速红移，峰值强度逐渐减小。这主要是由量子点的尺寸不均匀性引起的。低温下，光激发的载流子迁移较小，分布在非均匀展宽的量子点能级上，形成局域化，发光光谱展宽与量子点的非均匀性一致；随着温度升高，由于热激发和隧穿效应，载流子转移到能级较低的大量子点中，并在低能级位置发光，发光峰值波长快速红移。当温度进一步升高时，载流子热逃逸增大，且非辐射复合增强，导致基态发光峰值减小，激发态和基态光谱强度差别减小，激发态对光谱半高宽的贡献增大，导致光谱半高宽迅速加大。随着光激发功率的增大，PL光谱多峰结构越来越明显，且高能端的肩峰比低能端的峰强度增长更快，呈现出能级填充效应。高能端对应激发态发光，低能端对应基态发光。
(2)对脊型波导结构进行了束传播模拟。随波导脊宽加大，高阶模式增多，且基模横向扩展增大。2μm条宽的脊型波导中可以实现基横模传输。当脊宽与有源层厚度相当时，基横模模式分布均匀，可以有效降低耦合损耗。对于QD-SOA器件，通过设计倾斜条形波导结构来减小端面反射率。然而，随着波导倾角的增大，波导损耗加剧，不利于光在波导中传输。并且，大的倾角也不利于器件与光纤耦合。
(3)分别制作了QD-LD和QD-SOA管芯，并进行了P-I测试和电致发光光谱测试。QD-LD在室温下脉冲激射阈值电流小于30mA，斜率效率达到0.36W/A，400mA注入电流时，单面输出功率达到133mW。QD-SOA在室温下脉冲激射阈值电流超过950mA，可以工作在高的偏置电流下，激发态和浸润层能级做为载流子库为基态提供载流子，基态能级反转度高。QD-LD和QD-SOA室温下的激射光谱均表现出多峰形式，且峰值波长均处在基态的非均匀展宽内。这是由于量子点集群与光子模式相互作用的结果。在量子点光增益的均匀展宽内，共振和不共振的量子点能级都发生受激辐射，激射模式的频率集中在中心共振能级位置，形成窄的量子点集群激射峰。非均匀展宽的量子点内有多个均匀展宽的量子点集群，形成多峰激射。多峰间隔在7-8nm，可以近似为量子点的均匀展宽值。如果将同处在均匀展宽内的调制光信号和连续波信号同时输入进QD-SOA中，由于交叉增益调制，调制信息会转移到连续波光信号上，形成波长转换。基于QD-SOA的波长转换器，可以有较大的失谐波长，高速高效的转换效果。
(4)对QD-LD和QD-SOA在室温下分别测试远场。激光器的远场水平方向发散角(θ1/e2,||)约为13°，垂直方向发散角(θ1/e2，⊥)约为35°，半高处发散角(θ⊥)约为21°。较小的θ⊥主要是由于～250nm厚的量子点有源层和折射率差别很小的缓变限制层引起的。4.7μm脊宽可以估算出θ||约为13°。QD-SOA的远场相比激光器要差很多，不仅发散角大，而且光场形成两个强度中心。QD-SOA的远场性质主要归因于倾斜波导结构内壁的侧向反射。另外，阈值以下注入时，各项同性的ASE对光束的发散也产生较大的影响。