低维半导体材料的载流子由于在一个或多个维度上受限，使其具有不同于体材料的新特性。随着材料维度的降低以及结构特征尺寸的减小，量子干涉效应、量子尺寸效应、量子隧穿效应、库伦阻塞效应以及非线性光学效应等都会展现的越来越明显，这从更加深刻的层次揭示出低维材料特有的新效应。基于低维材料的量子器件近些年来也以其固有的高效低功耗、高集成度、高性能展示出日益重要的应用前景。本文以实现高性能的低维结构光电器件为目标，开展了量子阱激光器的器件结构设计、工艺制备以及性能测试与表征的相关工作，同时，对量子点太阳能电池的内部机理进行了理论上的研究。在研究过程中主要取得了以下研究成果:　　1.开展了分布反馈激光器器件结构和光栅参数的设计工作，基于激光器模式理论，计算了波导中传播模式的有效折射率，进而确定光栅周期。同时又基于耦合波理论模拟了不同光栅深度和位置，对应的耦合系数，根据耦合系数和所选腔长的最佳关系，确定所选用的光栅深度。实验结果与模拟结果基本吻合，表明模拟计算的准确性。　　2.开展了2μm波段的脊波导分布反馈量子阱激光器的工艺研究，摸索优化了器件的工艺条件，最终制备了高性能2004nm InGaAs量子阱脊波导分布反馈激光器。器件能够稳定单模无跳模工作，发光波长可以在2000nm-2008nm范围内精细调控。波长的电流和温度调谐速率分别是0.0047nm/mA和0.127nm/K。器件在10℃最大功率达10.46mW，边模抑制比达到49dB，是当前报道的该波段脊波导量子阱DFB激光器的最好水平。　　3.研制了波长在2.1μm的耦合脊激光器阵列，设计了两种不同的器件尺寸;同时，又依据InP腐蚀与晶向的关系，沿不同方向进行脊阵列的制作。精细的图形给工艺实现带来了困难，我们对遇到的关键工艺问题进行了分析与解决，最终获得了好的光刻图形。制备得到的四种器件均有正常的电流-电压曲线和好的出光功率性能，证明了工艺的可行性。通过对四种器件性能进行对比，得到了不同尺寸以及脊形状与耦合脊激光器阵列性能的关系。其中，单脊宽为4μm、脊形状为正梯形的激光器在15℃的单面脉冲输出功率超过2W，并且得到了相位相干的远场。　　4.基于漂移扩散模型，对Ⅱ类量子点太阳能电池（InAs/GaAs0.6Sb0.4）的性能进行了模拟计算，并与InAs/GaAs量子点太阳能电池以及无量子点的GaAs参比电池的性能进行了比较。结果显示，相对于InAs/GaAs量子点太阳能电池，InAs/GaAs0.6Sb0.4量子点太阳能电池具有明显高的开路电压Voc，同时，在三种电池中具有最高的转换效率，这主要是因为电子和空穴的空间分离使载流子寿命变长，减少了电子和空穴的复合几率，显著增加了电荷收集区的电势。表明Ⅱ类量子点太阳能电池有望成为下一代光伏器件的主要候选者，具有可观的发展前景。