低维半导体材料从概念提出至今,引发了科学研究领域的热潮,人们不断对其理论机制与实验制备展开研究。目前,关于半导体量子阱器件的理论研究和生长制备技术已趋于完善,商业化的量子阱器件已经广泛深入人们日常生活的各个领域。更低维度的量子点器件,由于其δ态的电子波函数,在理论上拥有比量子阱更优越的性能,而成为近年来的研究热点。但是,在最具代表性的半导体激光器研究领域,大量的实验测试结果表明器件的性能与理论预测相比有较大的差距,甚至比不上目前成熟的量子阱器件。虽然量子点激光器的研究出现迟滞现象,量子点材料在其它器件应用,诸如硅基Ⅲ-Ⅴ族发光器件,单光子光源器件中,拥有量子阱和体材料无法替代的天然优势,而成为新的研究热点。本文从量子点材料的外延生长出发,根据材料生长动力学特点,逆向传统思维方法,蓄意生长具有双尺寸分布特点的量子点材料,并利用这种材料作为有源区制备了超辐射发光二极管材料和双波长量子点激光器材料。主要内容如下:1、基于MOCVD外延系统,在自组装生长模式下,针对各生长条件,如生长温度、生长速率、五三比、生长中断、沉积量等进行调研和研究,确定了双尺寸量子点材料的生长窗口。在生长温度530°C、生长速率1.64ML/s、五三比为45、生长中断10s、沉积量为5.26ML等条件下,得到具有明显双尺寸分布的量子点材料,其中大点平均高度4.8nm,小点平均高度3.5nm。2、首次使用双尺寸量子点材料作为有源区,制备了超辐射发光二极管器件,将两组点的基态和激发态串联起来实现了光谱宽度180nm(1000-1180nm),室温连续输出功率1.3mW。这一实验结果证明双尺寸量子点材料可以有效扩展超辐射发光二极管的发射带宽。3、使用双尺寸材料作为有源区,制备了双波长量子点激光器器件,利用大点和小点的激发态彼此独立工作,实现了最高室温连续165mW,双波长同时激射波段为1015.2nm和1023nm,两个波长的半高宽均为1nm。这是首次仅依靠F-P腔结构就实现的超高功率稳定的双波长激光器,对于器件的小型化,低成本,高集成度等有非常重要的现实意义。