近年来，工作在1.3 μm通信波段的半导体激光二极管因其在高速光数据通信、硅光子集成方面的应用而受到广泛关注[1], [2], [3]。InAs/GaAs量子点（QD）激光器特别适合这些应用，因为QD的离散态密度和三维载流子限制能够支持低阈值操作、提高热稳定性以及高光学反馈容忍度[1], [2], [3], [4]。Martinez、Ramdane、Cong、Dagens及其同事的开创性工作进一步证明，1.3 μm InAs/GaAs QD激光器可以表现出低线宽增益因子、温度不敏感的操作和直接调制的高速传输，使这种材料系统成为长波长GaAs基激光器设备的有力候选者[5], [6], [7], [8], [9]。
在目前的器件中，活性区域可以被视为点在阱（DWELL）异质结构，其中InAs QD嵌入在InGaAs/GaAs波导环境中。这种DWELL设计已被广泛用于将InAs/GaAs QD的发射扩展到1.3 μm光谱区域，并改善活性区域内的载流子限制[10], [11], [12]。在这种配置中，InGaAs阱改变了载流子限制势，有助于将发射波长扩展到O带，并直接影响载流子向局域QD状态的传输[13], [14], [15]。最近对InGaAs QD激光二极管的研究表明，势阱厚度强烈影响载流子传输特性和器件的输出行为[13]。因此，DWELL活性区域不应仅仅被视为光学跃迁层，还应视为电活性载流子传输、捕获和电荷储存区域[13], [14], [15]。
电致发光（EL）对于评估这类DWELL QD激光结构尤为重要，因为它能够探测在实际结偏压条件下的电注入载流子的辐射复合。与基于光学生成的载流子的光致发光不同，EL要求载流子通过p-n结注入，穿过包层和波导区域，被DWELL活性区域内的QD状态捕获，然后发生辐射复合。在InAs/GaAs QD激光二极管中的EL测量已被用于识别与QD相关的发射，并区分基态和激发态跃迁的贡献[16], [17], [18]。特别是，对多层In(Ga)As/GaAs QD激光结构的EL分析表明，发射强度和跃迁行为与载流子注入、载流子逃逸和QD活性区域内的复合过程密切相关[18]。此外，InAs/GaAs QD激光结构的发射特性对内部电场敏感，证实了在这些低维异质结构中光学发射和载流子传输之间存在强耦合[14]。
载流子迁移率是解释EL响应的关键参数，因为只有当注入的载流子以足够的传输效率被供应到活性DWELL区域时，QD中的辐射复合才能高效发生。有限的迁移率可能导致电荷积累、载流子注入延迟和非辐射损失增加，而热辅助或电场辅助的传输可以促进载流子向局域QD状态的供应。在1.3 μm InAs/GaAs QD器件上的载流子捕获动力学研究表明，载流子弛豫、捕获进入QD状态以及从周围状态的重新填充是控制QD基活性区域操作的关键过程[15]。在基于导纳的分析中，低迁移率也会影响明显的电响应，并可能使电容和电导特性的解释复杂化[19], [20]。此外，电容-电压和导纳研究已被用于探测自组织InAs/GaAs QD中的局域电子态，表明电谱学可以提供关于与QD相关的载流子状态的直接信息[21]。因此，迁移率分析提供了关于载流子传输阶段的直接信息，这是最终EL发射过程之前的步骤[13], [15], [19], [21], [22], [23]。
在这种情况下，确定所研究的InAs/GaAs QD激光结构中的迁移率不仅是一种辅助的电学分析，也是一种将载流子传输与光发射联系起来的方法。EL揭示了最终的辐射跃迁，而从温度和电场依赖的电响应中提取的迁移率提供了关于实现这种跃迁的注入、传输和电荷储存过程的信息。这种解释得到了先前研究的支持，这些研究结合使用了电容-电压/导纳光谱和光学光谱将InAs/GaAs QD结构的电响应与其限制的载流子态和光学跃迁联系起来[21], [24], [25]。因此，与EL分析同时获取迁移率提供了一种比单独评估光学输出更完整的物理方法。这种综合评估特别适用于DWELL QD激光器，因为载流子通过InGaAs阱的传输和捕获进入局域QD状态对于高效的辐射复合和激光操作都是必不可少的[13], [15], [18]。
在当前结构中，观察到的1320 nm处的EL发射对应于大约0.95 eV的光学跃迁能量。从迁移率分析得到的活化能约0.93 eV和0.97 eV接近这一EL跃迁能量。这种能量上的接近性表明，电检测到的弛豫过程发生在与QD相关的光学跃迁相当的能量尺度上。对于InAs/GaAs QD系统也报告了类似的电-光相关性，其中电容相关特性和光学跃迁被解释为与点内的限制电子态有关[21], [24]。因此，迁移率得到的活化能与EL发射之间的比较表明，载流子传输和辐射复合通过DWELL/QD活性区域耦合，而无需将弛豫峰归因于单一的载流子类型或独特的微观路径。
因此，本研究重点关注1.3 μm InAs/GaAs QD激光异质结构中电场辅助载流子传输、迁移率得到的活化能和电致发光之间的关系。0.93 eV和0.97 eV的迁移率相关活化能与大约0.95 eV的辐射跃迁能量之间的吻合表明，电检测到的弛豫过程发生在与QD相关的光学跃迁相当的能量尺度上。因此，结合使用基于导纳的迁移率分析和EL表征为评估长波长GaAs基QD激光器件中的载流子注入、传输效率、捕获进入QD状态和辐射复合提供了一个互补的框架。
