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锑化物半导体是2～4μm红外波段光电材料和器件研究的理想体系，GaSb基量子阱激光器以其光电转换效率高、材料稳定性好等综合优势成为迄今中红外波段电驱动室温连续工作激光器制备最为成功的技术路线，其在气体探测，红外对抗，外科医疗、自由空间通讯以及工业控制等诸多领域具有广泛应用价值。本文深入系统地研究了GaSb基Ⅰ型应变量子阱材料的分子束外延生长、激光器制备工艺，探索性研究了GaSb基带间级联ICL量子阱激光器材料的外延生长、界面和发光性质，取得的主要研究成果如下: (1)利用二元、三元材料参数差值法和Vegard's法则，计算出了AlGaAsSb、InGaAsSb、AlGaInAsSb等四元和五元材料的能带带隙与晶格常数等重要参数;基于Adachi模型计算了四元材料的折射率.基于上述物理参数，综合考虑光学限制因子等提出了发光波长覆盖2～3.5μm波段的GaSb基量子阱激光器结构的整套设计方案，其量子阱数目确定为2～3组，波导层厚度0.2μm～1μm，限制层厚度1.5μm～2.5μm;限制层组分Al0.6Ga0.4As0.05Sb0.95;对应2～2.7μm和2.7～3.5μm波段的波导层的组分分别为Al0.35Ga0.65As0.02Sb0.98和Al0.3Ga0.45In0.25As0.22Sb0.78 (2)研究了Al0.6Ga0.4As0.05Sb0.95、 Al0.35Ga0.65As0.02Sb0.98、Al0.3Ga0.45In0.25As022Sb0.78材料分子束外延生长优化参数;采用XRD、AFM、PL谱等测试方法研究了势垒材料、生长温度、量子阱内应变对3μm波段InGaAsSb/AlGaInAsSb量子阱的发光性质的影响，确定了在生长温度360℃、阱内压应变1.72％、五元势垒的量子阱的光学性能最佳，将锑化物Ⅰ类量子阱发光波长拓展到了3.83μm。 (3)基于上述生长条件设计制备了2μm GaSb基量子阱激光器外延材料;设计该材料F-P腔激光器制备工艺流程，并对其中核心工艺进行优化:采用H3PO4基腐蚀液腐蚀的脊条最佳深度为波导层下方、有源区上方;通过器件侧壁表面钝化降低了表面暗电流与绝缘介质层SiO2针孔密度;采用表面处理和退火实现了N型GaSb欧姆接触。根据上述工艺优化条件制备的2μm GaSb基量子阱激光器实现了室温连续激射，单管出光功率503mW，阈值电流密度106A/cm2，光电转换效率达到5％;实现了2.4μm激光器室温连续激射;制备了2μm宽波导激光器，其阈值电流密度140A/cm2，最大输出功率614mW，光电转换效率达8.18％。 (4)提出了GaSb基带间级联激光器W型有源区的优化方案，在W型有源区AlSb/InAs/Ga0.71In0.29Sb/InAs/AlSb的Ga0.71In0.29Sb空穴阱层中，插入2(A) InAs可以提高量子阱中电子与空穴波函数交叠。探索了W型有源区分子束外延生长优化条件。利用变温和变功率PL谱研究了类Sb界面、类As界面以及混合界面对于W型有源区发光性能与辐射复合过程的影响，通过拟合非辐射复合激活能、功率因子，发现在InAs/Ga0.71In0.29Sb界面采用类GaAs界面，InAs/AlSb界面采用混合界面，可以限制载流子泄漏，提高界面平整度，有助于W型有源区光学性能提升。