该论文利用MBE技术制备了高质量InP基InGaAs/InAlAs量子级联激光器材料,通过X射线双晶衍射、透射电镜和子带间吸收谱等实验手段深入细致地研究了量子级联激光器材料的光学性质和生长机理.利用光刻、带胶蒸发剥离以及化学气相沉积(CVD)等技术制备出量子级联激光器条形器件以及微腔器件.取得了以下主要成果:(1)采用组分调节的方法,制备出失配度在10<'-4>量级的量子级联激光器器件结构的材料,利用子带间跃迁的吸收谱以及透射电镜等测试技术对InP基InGaAs/InAlAs量子级联激光器材料的质量和光学性质进行了深入细致的研究,成功地制备出激射中心波长5.1μm的量子级联激光器材料结构.(2)利用光刻技术、湿法化学腐蚀和化学气相沉积(CVD)等工艺制备出双沟量子级联激光器件以及圆柱状微腔.在扫描电镜(SEM)下观察,器件表面非常平整,微腔边缘非常完好,台阶仪测试的结果说明器件的腐蚀工艺非常成功,种种实验结果表明我们的工艺得到改进.(3)对Kane模型、传递矩阵法、隧穿透射率,以及运用自洽法求解薛定谔方程进行了理论上的说明.运用束传播(简称BPM)方法对多层(multilayer)半导体材料的垂直腔面方向的光强分布进行了理论上的计算.对高浓度掺杂效应、光波导损失进行了理论上深入的分析.为进一步优化设计光波导的结构打下坚实的基础.(4)对微腔效应在半导体激光器中的应用进行了回顾与展望.(5)对一个周期的注入区I-V特性进行了测试分析,针对出现的负微分电阻现象进行分析,并指出其不利之处.对器件的P-I特性进行测试,并指出提高器件性能的工艺改进方法,由此制备出阈值电流密度为0.73kA/cm<'2>的低阈值电流密度的量子级联激光器,这与目前世界上已经达到的最低阈值电流密度0.69kA/cm<'2>非常接近.