1970年，美国国际商用机器（IBM）公司的江崎玲於奈（Leo Esaki，日本，1925～）对超薄层晶体的量子尺寸效应进行研究，研究发现当超薄有源层材料的厚度小于半导体中电子的德布罗意波长时，电子和空穴沿垂直阱壁的方向运动时将出现量子化特点，即量子尺寸效应。1975年，美国贝尔实验室利用分子束外延技术首次成功研制在液氮温度下工作的光泵浦砷化镓或铝镓砷（GaAs/AlGaAs）量子阱激光器。1978年，单量子阱和多量子阱半导体激光器实现了在室温下的连续激射。1981年，曾焕添等采用分子束外延技术和折射率渐变分别限制波导结构，通过优化量子阱势垒高度和厚度、与有源层相邻层的掺杂浓度、激光器腔长等参数，将砷化镓或铝镓砷量子阱激光器的阈值电流密度降低至160安/厘米²，内量子效率接近95%，量子阱激光器进入了实用化研究的新阶段。

量子阱边发射半导体激光器分为单量子阱边发射半导体激光器和多量子阱边发射半导体激光器。

一个窄带隙超薄层被夹在两个宽带隙薄层之间的结构（见图1），其结构与双异质结半导体激光器相似。将双异质结半导体激光器的有源层厚度降低至数十纳米以下，即可得到单量子阱半导体激光器。由于单量子阱半导体激光器的有源区较薄，光场限制因子较小。

图1 单量子阱半导体激光器示意图

由多个量子阱排列组成（见图2）。由几种不同的半导体材料薄层交替生长形成的多层结构，其势垒层足够厚，以致相邻势阱之间载流子波函数不发生交叠，多层结构将形成许多分离的量子阱。多量子阱相较单量子阱有更高的光场限制因子。

图2 多量子阱半导体激光器示意图

量子阱半导体激光器有源层厚度仅在电子平均自由程范围，阱壁可起到良好的限制作用，使阱中载流子只在平行于阱壁的平面内有二维自由度，载流子的态密度与能量的关系呈阶梯状分布，其阶梯状能带允许注入的载流子依子带能级逐级填充。量子阱半导体激光器具有许多优异的性能，如阈值电流低、俄歇复合速率低、光谱线宽窄、特征温度高、量子效率高、微分增益高、调制频率高、啁啾低等。且量子阱半导体激光器的工作波长可调，量子阱的厚度越薄，发射光的波长越短。

量子阱半导体激光器的出现，使半导体激光器在性能上实现了飞跃。21世纪初，量子阱半导体激光器已成为半导体激光器的主流产品，是半导体激光器发展的根本动力。