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量子通信与量子计算是量子信息技术研究的两个重要方向。量子保密通信采用量子密钥传输或者量子隐态传输，量子计算利用量子态的纠缠与相干特性来处理信息，均依赖于高品质的单光子或纠缠光子源核心量子器件。在实现量子光源的材料体系和量子结构的诸多方案中，半导体自组织量子点是典型“类原子”结构，其激子发光特性具有窄线宽、退相干时间和全同性优良、易于集成等综合优点，是目前国际上高品质量子发光器件研究方向的前沿热点。 本文聚焦半导体In(Ga)As/GaAs材料体系自组织量子点结构，围绕量子点制备、单光子发光效率及提取收集效率优化等关键科学问题，深入系统地研究了In(Ga)As量子点低密度分子束外延生长调控方法、分布布拉格发射微腔的设计制备、通讯波段量子点单光子发射器件、量子点与光纤耦合输出单光子组件的研究，开展了基于半导体量子点单光子器件的量子光源仪器的设计和制备研究。主要的研究成果如下: (1)发展了InAs/GaAs量子点的“烧点法”和“束流梯度分布”相结合的外延生长技术，得出了临界成岛淀积量的精确控制方法，实现了波长900～1000nm的InAs/GaAs量子点面密度的梯度分布可控生长，其中低密度量子点良率可控性接近100％。 (2)提出了双层耦合量子点和InGaAs应力缓冲层结构的生长方法，将InAs量子点的发光波长拓展至1310nm的光纤通信波段。低温光泵单量子点发光的二阶关联强度为0.11，实现了单光子发射。通过进一步降低上层量子点生长温度、在量子点附近δ掺杂Si并对微柱微腔形貌进行优化后，大幅提升了单光子发射速率和纯度:4K温度测量的二阶关联强度最小值达到0.014，80MHz脉冲激发下单光子计数率为8.8MHz，单光子提取效率约10％。 (3)研究A1GaAs/GaAs/InAs材料结构的短波长InAs量子点单光子源，实现了单光子波长覆盖860～900nm范围。进一步采用发射速率3MHz、波长864nm的量子点单光子与波长1950nm的激光在周期性极化铌酸锂(PPLN)波导中进行非线性下转换差频，实现了发射速率43kHz、波长1550nm的单光子发射，其二阶关联强度为0.22。 (4)提出了一种量子点微柱或微台阵列与光纤阵列直接耦合结构，实现了量子点单光子光纤耦合输出。采用FDTD模拟得出这种垂直耦合结构容差度高且易于工艺制备。57K温度下连续激发微柱光纤耦合结构的单光子发射二阶关联强度最小0.023，计数率1.83MHz。微台光纤耦合结构实现双激子—激子级联出射，通过交叉关联测试证明，光纤耦合效率约4.05％。基于量子点光纤耦合器件，设计了小型脉冲管制冷机集成的量子光源系统。 (5)研究了量子点发光波长进一步拓展至1550nm波段的外延结构和生长方法。采用GaAs衬底上引入渐变InGaAs过渡层结构，将InAs量子点发光波长拓展至1300～1600nm波段。