若a//=as>ao>a⊥，则阱层内产生张应变（tensilestrain）
总的应变可分解为纯的轴向分量和静态分量。
图7.晶格失配引起的应变
（2）应变导致的材料能带变化
a、先不考虑阱中的量子效应，而只考虑纯粹的应变的影响（图8）。
图8.（a）无应变时能带分布；（b）压应变下能带变化；（c）张应变下能带变化
（a）静态分量将使价带整体上移h1（meV），而使价带整体下移h2（meV）（对于张应力h1<0，h2<0）。
即压应变的静态分量将使阱材料的禁带变宽，而张应变的将使其变窄。
这会改变激光器的输出波长。
（b）更重要的是，应变的轴向分量将会使价带产生更大的变化：
价带在整体移动的基础上，重空穴带和轻空穴带分离，分别上移和下移s/2（meV）（对张应力，s<0），对1%的晶格失配s约为60—80meV。
（c）在沿k⊥方向上轻重空穴的有效质量发生变化（对应图中曲线的曲率半径的变化），重空穴的变轻而重孔穴变重。
在压应变情况下，价带中能量最高的能带沿k//方向上的有效质量比沿k⊥方向上的轻，所以我们可在价带中最高的能带上获得轻的空穴，这可以提高导带和价带的对称性，提高激光器的性能。
b、应变对量子阱中能带的影响
（a）前已提到，在量子阱中导带和价带分裂为子能带，在k//方向上，导带中子能带仍是抛物线型，而由于混合效应，价带中子能带远非抛物线型，加剧了导带和价带能态密度的不对称性，降低了激光器的性能。
而压应变可以使价带中的轻重空穴带分离。
所以在量子阱中引入压应变可以使轻重空穴进一步分离，减轻混合效应，减小价带的能态密度，增加导价带能态密度的对称性，提高微分增益，降低阈值电流，提高激光器的性能。
如图9，轻空穴带被“推入”阱底，在图中不可见。
（b）对于张应变，由于它将会提升轻空穴带，而使重空穴带降低，且减小其有效质量，所以可以增加TE模与TM模的对称性，输出与偏振模式无关的激光或TM偏振模激光。
1993年7月日本的H.Tanaka等人用GaAs/AlGaAs张应变量子阱得到了输出波长为780nm（红外）的TM模CW振荡激光器。
并通过控制注入电极载流子浓度，用GaAs/AlGaAs多量子阱TM模振荡激光器实现偏振模调制。
由于张应变与量子效应分离轻重空穴带的效果相反，所以最终的能带分布要取决于应变与量子效应的“竞争”结果。
应变量子阱的出现从根本上改变了能带的结构，只要通过调节应变的类型与应变量的大小就有可能得到我们所需要的能带结构，使半导体器件的性能出现了大的飞跃，半导体激光器在许多领域内的应用成为现实，成为半导体光电子学发展史上的一个里程碑。
例如，用来泵浦掺铒光纤放大器、激射波长为980nm的半导体激光器就是依靠应变量子阱来实现的。
应变量子阱给正在发展中的Ge1-xSix/Si超晶格带来了活力，理论分析认为，通过布里渊区能带的折叠效应，就有可能实现Ge1-xSix/Si材料有间接带隙向直接带隙转变。
如果这一目的能实现，以其作为半导体激光器的有源层材料，则大规模的光电子集成将成为现实，其应用价值不言而喻。
3、半导体量子阱激光器的结构与特性
同通常的半导体激光二极管一样，量子阱激光器具有许多种条形结构：
氧化物条形[8]、掩埋条形[9]和脊形波导条形[10]等。
在氧化物条形结构中，注入电流通过氧化物上开的窗口流经有源区。
由于有源区横向上的组分和厚度是一样的，只有电流注入时才会引起折射率微小的变化，横向上的光波导是依靠光学增益来完成的，所以这是一种增益波导激光器。
在掩埋条形和脊形波导结构中，在有源区的横向上，折射率的实部都有足够大的差别，以便维持单模或低阶模光波的传输，所以它们是折射率波导激光器。
折射率波导激光器显示出了阈值工作电流低、单模工作稳定、特征温度T0高等优越性能。
同常规的激光器相比，由于有源区为量子阱结构，器件特性便具有下列新特点：
首先，量子阱中态密度呈阶梯状分布，导带中第一个电子能级E1c高于原导带底Ec价带中第一个空穴能级E1v低于原价带顶Ev，因此有E1c-E1v>Eg。
量子阱中首先是E1c和E1v之间电子和空穴参与的复合，所产生的光子能量hν=E1c-E1v>Eg，即光子能量大于材料的禁带宽度。
相应地，其发射波长λ=1.24/（E1c-E1v）小于Eg所对应的波长λg，即出现了波长蓝移。
其次，量子阱激光器中，辐射复合主要发生在E1c和E1v之间，这是两个能级之间电子和空穴参与的复合，不同于导带底附近和价带顶附近的电子和空穴参与的辐射复合，因而量子阱激光器的光谱的线宽明显地变窄了。
第三，在量子阱激光器中,由于势阱宽度Lx通常小于电子和空穴的扩散长度Lc和Lh，电子和空穴还未来得及扩散就被势垒限制在势阱之中，产生很高的注入效率，易于实现粒子数反转，其增益大为提高，甚至可高达两个数量级。
此外，还有一个十分有趣的物理现象，即在量子阱结构中,注入载流子通过同声子的相互作用，使较高阶梯能态上的电子或空穴转移到较低能态上,从而出现“声子协助受激辐射”。
可见，声子协助载流子跃迁是量子结构的一个重要特性。
如果量子阱数为m，条型宽率为W，腔长为L，那么量子阱激光器的阈值电流为
.（17）
式中Γ1为垂直方向的光学限制因子，也即此前所描述的光学限制因子，而Γ2为平行于结平面的光学限制因子，它计入了窄条宽度的影响。
由于条宽有限，光场在横向上会扩展至条外。
分析可得，阈电流等于Jth同结面积WL的乘积。
量子阱激光器的Jth可降至100A/cm2。
条宽通常为2μm或更窄，如果腔长L～1μm，则Ith仅为微安量级。
这种腔长仅为μm量级的激光器便是现今人们正在热心研究的微腔激光器。
众所周知，半导体器件对温度十分灵敏，其特性常常因温度升高而变坏。
在激光器中，Ith=Ithoexp（T/T0），T0为特征温度，它越大则器件性能越稳定。
对于AlGaAs激光器，T0通常为120K，而AlGaAs量子阱激光器的T0通常高于160K，甚至有的高达300K。
对于InGaAsP激光器，由于其价带的俄歇复合效应，使得电流泄漏较大，通常T0～50K。
而采用量子阱结构之后，其T0可达150K甚至更高。
因而量子阱使InGaAsP激光器的温度稳定性大为改善，这在光纤通信等应用中至关重要。
4、半导体量子阱激光器相关研究举例
1、小发散角量子阱激光器
半导体激光器的快轴方向发散角度由外延层的结构决定，确切地说是由波导模式确定，而波导模式又主要由波导的折射率构型决定。
在降低量子阱激光垂直发散角方面，已有一些研究机构进行了尝试，研制出采用大光腔、非对称包层、非对称脊波导等结构来减小发散角[11-15]。
在大功率情况下，目前存在的极窄波导、宽波导、模式扩展波导等结构方法，可将LD垂直方向的发散角降低到20°左右，但这时宽波导结构需要把波导层加厚到3μm左右，这在工艺实现上存在一定困难[16-17]。
李雅静[18]等使用三层平板波导理论分析了半导体量子阱激光器远场分布。
针对大功率激光器讨论了极窄和模式扩展波导结构方法减小垂直方向远场发散角，得到了极窄波导结构量子阱激光器远场分布的简化模型，获得了垂直发散角的理论值；使用传输矩阵方法模拟了模式扩展波导结构量子阱激光器的近场光斑及远场分布，获得垂直方向远场发散角的减小值。
实验测试了极窄和模式扩展波导结构量子阱激光器的垂直发散角，理论结果与实验测试获得的发散角基本一致，实现了降低发散角的要求，获得了小发散角量子阱激光器。
2、粒子辐射对激光器的影响
量子阱激光器凭借优异的特性在卫星激光通信中发挥着作用。
但是由于卫星激光通信终端面临着空间粒子辐射的影响，很有可能造成激光器性能下降，严重威胁系统的安全及寿命。
因此有必要对量子阱激光器的辐射耐受性进行深入的研究。
一般来说，辐射粒子与半导体相互作用主要有两种方式：
一种为电离效应，其会引起靶原子电荷的激发，将会在材料中产生瞬时的扰乱和半永久性的影响，只要辐射粒子交给电子的能量大于半导体的禁带宽度，就将使价带的电子激发到导带中去，产生电子空穴对,即非平衡载流子。
由于半导体中载流子是可以移动的，这些非平衡载流子最终将会复合，也就是说并不能产生永久的效应。
[19]辐射与材料的另一种作用方式是位移效应，即入射粒子将其能量的一部分交给靶原子，一旦这个能量足够大，晶格原子将克服周围原子对其的束缚，导致其离开正常的晶格位置，形成位移缺陷，称为位移损伤。
半导体激光器的首要损伤模式为位移损伤效应。
为了评估辐射环境下激光器的性能的变化，马晶[20]等使用加速器对量子阱半导体激光器进行了总通量1x1016cm-2的电子辐照实验辐射实验。
结果表明，在辐射环境下激光器的输出功率下降、阈值电流增加，从理论上分析了位移效应对量子阱激光器的影响，并推导了电子通量与相对闭值电流变化、相对输出功率变化的函数关系式。
该公式可用于预测激光器在辐射环境下的性能变化。
3、量子阱激光器的高温稳定性
作为Cs原子钟的核心部件，852nm半导体激光器需要在高温环境下稳定工作，因此要具有良好的温度稳定性，且其波长温漂越小越好。
由于有源区材料的禁带宽度、外延层材料的折射率等都会随温度发生变化，因此激射波长也会随之发生变化。
其中，量子阱的禁带宽度随温度发生的变化是最主要的影响因素，所以研究激光器设计中量子阱材料的选择非常重要。
目前，852nm半导体激光器的量子阱材料主要有AlGaAs，InGaAs，InGaAsP等。
法国的AlcatelThalesIII-V实验室采用InGaAsP量子阱，斜率效率达到0.9W/A，波长随温度漂移为0.26nm/℃，功率为280mW[21]；德国的FerdinandBraun研究所采用脊形波导结构，量子阱采用InGaAsP材料，斜率效率达到1W/A，波长随温度漂移为0.25nm/℃，功率为250mW[22]。
量子阱决定了半导体激光器的最终性能，因此精确控制及在线监测量子阱的外延生长非常重要。
反射各向异性谱（Reflectance AnisotropySpectroscopy，RAS）已经被证明是在线监测并研究外延层组份控制和多量子阱应变影响的有力工具[23-24]。
徐华伟[25]等设计并外延生长了具有高温度稳定性的InAlGaAs／AlGaAs应变量子阱激光器，用于解决852nm半导体激光器在高温环境下工作时的波长漂移问题。
基于理论模型，计算并模拟对比了InAlGaAs，InAlGaP，InGaAs和GaAs量子阱的增益及其增益峰值波长随温度的漂移。
结果显示，采用In0.15Al0.11Ga0.74As作为852nm半导体激光器的量子阱可以使器件同时具有较高的增益峰值和良好的波长温漂稳定性。
使用金属有机化合物气相淀积（MOVCD）外延生长了In0.15Al0.11Ga0.74As／Al0.3Ga0.7As有源区，通过反射各向异性谱（RAS）在线监测和PL谱研究了InAlGaAs／AlGaAs界面的外延质量，实验证明了通过降低生长温度和在InAlGaAs／AlGaAs界面处使用中断时间，可以有效抑制In析出，从而获得InAlGaAs／AlGaAs陡峭界面。
最后，采用优化后的外延生长条件，研制出了InAlGaAs／AlGaAs应变量子阱激光器。
实验测试结果显示，其光谱半高宽、斜率效率、激射波长随温度漂移的理论计算结果与实验测试结果相吻合，证明器件性能满足在高温环境下工作的要求。
4、电子阻挡层的设计
InGaAsSb/AlGaAsSb量子阱激光器是2～5μm波段的理想光源，在人体组织手术、痕量气体检测以及激光雷达等领域有着重要的应用[26-27]。
但是，高阈值电流和低特征温度一直是限制其转换效率和稳定性的主要因素[28-29]。
Xia[30]等证明了有源区Auger复合所造成的高能载流子泄漏是影响激光器阈值电流和温度敏感特性的重要因素之一。
另外，电子在p型限制层的泄漏产生的热量会使激光器的结温迅速升高，严重影响了器件寿命。
[31]增加阱数可以改善上述情况，但是阱数过多会增加器件的内损耗，激光
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