红外量子级联激光器是基于半导体耦合量子阱子带间跃迁而产生激光的单极性半导体激光器,波长覆盖范围广,在大气痕量气体检测、污染监控、激光光谱学等方面具有重要的应用前景。本文设计了一种新型激光器件,并对其具体工艺实现和器件性能表征进行了研究。这种新型器件的特点是,在普通FP腔脊形波导量子级联激光器的基础上,使用电化学腐蚀方法制作了弱无序多孔阵列,最终可对器件的高阶横模激射产生抑制作用。得到了以下主要成果:　　 (1)研究了使用电化学方法制备多孔半导体材料的原理和方法,特别针对n型InP材料的多孔腐蚀条件进行了总结。通过对实验条件如电压、腐蚀时间、腐蚀液成分、基片掺杂浓度等进行控制,在n型InP(001)材料上制作出垂直于表面方向延伸的弱无序分布竖直孔阵列,实现了多孔形貌在一定范围内的可控。同时对三元化合物InGaAs的电化学腐蚀进行了探索。　　 (2)设计了一种新型波导结构,这种结构在普通脊形器件的脊两侧部分增加了高阶模吸收区,可以增加高阶横模的波导损耗和阈值,从而令器件更易于获得基横模激射。利用有限元方法对四种不同脊宽条件下的器件横模模式、损耗和阈值进行了模拟计算,验证了设计结构的理论可行性。　　 (3)深入研究了将电化学腐蚀法与普通量子级联激光器制作流程相结合的器件工艺,应用电化学腐蚀方法在激光器脊形两侧制作弱无序多孔阵列,填充入高损耗金属后可作为高阶模吸收区。结合电化学腐蚀法自身特点,对器件制作工艺流程中的电极制作、压焊、光刻等步骤进行了优化改进。　　 (4)成功研制出波长4.5μm的InP基多孔波导量子级联激光器,在各不同脊宽参数条件下,多孔阵列吸收区均表现出了一定的对高阶模式激射的抑制作用。特别对于脊宽50μm器件,可实现基横模激射,远场发散角半高宽最小达4.9°。同时由于多孔阵列吸收区结构同时具有提高正面电极欧姆接触质量和加强有源区光限制的作用,带有此种结构的器件相比传统的FP腔器件,具有更低的阈值电流和更优良的波长稳定性。