设计并制备了一款短波长红光640 nm的大功率半导体激光器。利用金属有机化学气相沉积技术生长了AlGaInP材料的激光器外延层，其中，限制层使用低折射率的AlInP材料，有源区使用张应变的GaInP/AlGaInP量子阱。外延层有源区的光致发光谱出现两个分裂的发光峰，位于627 nm及616 nm处，分别对应于电子到轻空穴及重空穴的跃迁。对芯片窗口区域进行选择性Zn扩散，量子阱原子发生混杂，波长蓝移了43 nm。不带非吸收窗口的器件在1.9 A发生腔面灾变性光学损伤（COD），功率为1.4 W。而带窗口结构的器件没有产生COD，功率输出受限于热饱和，最大功率为2.3 W。室温连续电流测试，1 A下波长为639 nm，1.5 A下波长为640 nm。器件水平发散角为6°，垂直发散角为41°。

利用Zn扩散形成非吸收窗口的技术, 制备了大功率660 nm半导体激光器。在芯片窗口区用选择性扩Zn方式, 使得窗口区有源层发光波长蓝移了61 nm, 有效降低了腔面的光吸收。制备的激光器芯片有源区条宽为150 μm, 腔长为1000 μm, p面朝下用AuSn焊料烧结于AlN陶瓷热沉上。封装后的器件最高输出功率达到了4.2 W, 并且没有出现灾变性光学腔面损伤的现象。半导体激光器的水平发散角为6°, 垂直发散角为39°, 室温1.5 A电流下的激光峰值波长为659 nm。使用简易的风冷散热条件, 在1.5 A连续电流下老化10只激光器, 4000 h小时仍未出现失效现象。可见, 所制备的660 nm半导体激光器在瓦级以上功率连续输出时同时具有可靠性高及使用成本低的优势。

通过对大功率激光器腔面光学灾变损伤的研究, 分析了激光器腔面镀膜的损伤机理。为了提高激光器的输出功率, 采用TiO2替换Si作为高折射率材料, 建立非标准膜系降低电场强度, 同时优化膜层材料的粗糙度, 并采用离子源进行清洗和助镀, 有效提高了激光器的腔面光学灾变损伤阈值。结果表明, 所制作的808 nm激光器, 最大连续输出功率达到13.6 W。

结温/热阻是反映激光器器件散热能力的综合参数，与封装焊料层的烧结质量关系密切。本文分别通过正向电压法和波长漂移法，测试计算得到激光器的工作结温，利用扫描声学显微镜分析了激光器焊料层中空洞分布；验证了结温测试方法的可行性，并确认了激光器结温与焊料层烧结质量之间的对应关系，相关结果将指导半导体激光器的研制改进和器件分筛。

为改善940 nm大功率InGaAs/GaAs半导体激光器输出特性，通过模拟计算了非对称波导层及限制层结构的光场分布，并参照模拟制作了非对称结构半导体激光器器件。采用低压金属有机物气相沉积（LP-MOCVD）生长技术，获得了低内吸收系数的高质量外延材料，通过实验数据计算得到激光器材料内吸收系数仅为0.44 mm-1。进而通过管芯工艺制作了条宽100 μm、腔长2000 μm的940 nm半导体激光器器件。25 ℃室温10 A直流连续（CW）测试镀膜后器件阈值电流251 mA，斜率效率1.22 W/A，最大输出功率达到9.6 W，最大光电转化效率超过70%。

为改善宽面940 nm半导体激光二极管(LD)的输出功率及光电转换效率(WPE)，设计并制作了一种包含梯度渐变折射率(GRIN)结构的新型量子阱激光器。通过二维自洽软件模拟计算了新结构激光器与传统分别限制结构(SCH)激光器的能带结构，结果表明新的激光器结构能够显著消除各异质结间的过渡势垒。通过低压金属有机物化学气相沉积(LP-MOCVD)的方法生长了高质量激光器外延材料。制成后的100 μm条宽、 2000 μm腔长的激光器器件在室温25 ℃下经过连续(CW)电流测试发现，梯度渐变折射率结构激光器较分别限制结构激光器在10 A电流下电压约低0.07 V。通过结构与生长优化，激光器内吸收系数从0.52 cm-1降至0.43 cm-1，最大光电转换效率由69%提升至76%。最终制成的940 nm半导体激光器器件室温25 ℃下输出功率10.0 W(10 A电流时)，斜率效率高达1.24 W/A。

针对半导体激光器的能量损耗情况，设计优化了半导体激光器的结构，改进了材料的金属有机化学气相沉积（MOCVD）生长条件。采用低压MOCVD外延技术生长了GaAsP/GaInP/AlGaInP应变量子阱大光腔结构，进而设计制作了808 nm大功率连续激光器芯片。25 ℃下，当输入电流10 A时，输出功率超过11.5 W，最大电光转换效率约62%。对5 W输出功率的808 nm激光器进行了老化实验，1000 h衰减小于2%。

Asymmetric broad-waveguide separate-confinement heterostructure (BW-SCH) quantum well (QW) laser diode emitting at 808 nm is analyzed and designed theoretically. The dependence of the optical field distribution, vertical far-field angle, and internal loss on different thicknesses of the upper waveguide layer is calculated and analyzed. Calculated results show that when the thicknesses of the lower and upper waveguide layers are 0.45 and 0.3 \mu m, respectively, for the devices with 100-\mu m-wide stripe and 1000-\mu m-long cavity, an output power of 7.6 W at 8 A, a vertical far-field angle of 37°, a slope efficiency of 1.32 W/A, and a threshold current of 189 mA can be obtained.