高品质、高效率的单光子源是实现量子信息通信技术的核心部件。半导体量子点有着“人造原子”的别称,具有高量子效率、高亮度、易于集成等优点从而成为制备单光子源的理想固态系统。受腔量子电动力学的影响,与腔耦合的半导体量子点单光子源的各项性能更是得到大幅度提升。本文以制备高效率的微腔耦合量子点单光子源为目标,计算分析了量子点能级结构,讨论了量子点的跃迁机制并基于腔量子电动力学得到了高效率半导体量子点单光子源的最优结果。本课题的主要研究内容如下:1、采用有效质量近似,基于薛定谔方程对AlxGa1-xAs/GaAs柱形量子点进行能级和跃迁分析。根据波函数在边界条件连续最终得到纵向和径向的电子和空穴本征能量的表达式。结果表明,量子点尺寸越小,周围AlxGa1-xAs材料铝组分越大,量子点能级越分立。本论文还提出可以用不同的钝化材料替换径向上的AlxGa1-xAs,利用钝化材料的良好绝缘性来消除柱形量子点的表面散射,从理论上计算了不同钝化材料对量子点能级的影响,并得到了无限深势阱下GaAs量子点横向尺寸小于7.35 nm。最后讨论了量子点中载流子在分立能级上跃迁发光的机制。这对制备高质量的量子点单光子源提供了理论指导。2、基于腔量子电动力学,考虑纯消相过程和腔内外损耗比,计算了任意失谐单模腔耦合的量子点单光子源的效率。结果表明:在失谐系统中存在一个最佳的内外腔损耗比以使单光子源的效率最大化;在适当的内外腔损耗比范围内,纯消相可以提高器件的效率。进一步研究了效率与温度的关系,发现通过适当的设计,高温下的效率可以高于低温下的效率。这对制备高效单光子源提供了重要的理论依据。