电流的侧向限制对半导体激光器具有重要意义，在半导体激光器有源区加入侧向限制结构一方面可以实现侧向限制，另一方面可以在一定范围内降低阈值电流密度。但是常规的侧向限制方法无论是侧向波导结构还是浅隔离槽结构都无法高效地抑制电流的侧向扩展。设计了新型的深隔离槽结构，利用Comsol软件仿真模拟侧向限制，发现深度超过外延层厚度的深隔离槽结构能更有效地提高电流的注入效率。在工艺中利用感应耦合等离子体刻蚀在距离脊型台两侧100 μm的位置刻蚀深度为4 μm的深隔离槽。实验结果表明，工作电流为5 A时，腔长4 mm具有深隔离槽结构的半导体激光器芯片输出功率为 3.6 W，阈值电流为0.3 A,阈值电流密度为78.95 A/cm2。结果表明新型深隔离槽结构可以有效抑制电流的侧向扩展。

针对大光腔结构往往导致阈值电流密度增大的矛盾，设计了一种具有较高势垒高度的三量子阱有源区。采用非对称宽波导结构的半导体激光器，该激光器在实现大光腔结构的同时保持阈值电流密度不增加。通过金属有机物化学气相沉积(MOCVD)生长InGaAs/AlGaAs三量子阱有源区以及3.6 μm超大光腔半导体激光器的外延结构。结合后期工艺，制备了980 nm脊形边发射半导体激光器。在未镀膜情况下，4 mm腔长半导体激光器阈值电流为1105.5 mA，垂直发散角为15.6°，注入电流为25 A时的最大输出功率可达到15.9 W。测试结果表明：所设计的半导体激光器在有效地拓展光场，实现大光腔结构的同时，保证了激光器具有较低的阈值电流。

要降低半导体激光器阈值电流密度和提高外微分量子效率,其中采取的主要方法之一是在发光芯片的两个端面选取适当的能量反射比。根据光学薄膜的设计理论,优化膜系结构,并采用电子束离子辅助蒸发技术,选取合适的薄膜材料,在条宽100 μm,腔长1 mm的850 nm半导体激光器发光芯片的两个端面沉积光学介质膜。其作用不仅获得一定的光谱特性,而且可以使发光腔面钝化。经过反复实验优化薄膜沉积的工艺参量,可以减少膜层材料的吸收,提高膜层的激光损伤阈值。经测试采用此方法制作出的高亮度半导体激光器使用寿命明显提高,发光芯片的输出功率可达3.7 W,与未镀膜的器件相比功率提高了2.8～3.1倍。

通过考虑不同因素对压应变和张应变量子阱激光器阈值电流和特征温度的影响，得到了俄歇复合和非俄歇复合对阈值电流起主要作用的转变温度T_c，小于T_c时，主要是非俄歇复合；大于T_c时，主要是俄歇复合，而且张应变量子阱激光器转变温度要比压应变量子阱激光器的转变温度要高；张应变量子阱激光器与压应变量子阱激光器相比，阈值电流更低，特征温度更高。

研究了用MOCVD方法生长的InGaAs/AlGaAs单量子阱(SQW)激光器阈值、温度依赖特性及光增益谱。在300 Κ下2000 μm腔长的激光器的激射阈值电流密度为200 A/cm2。在250 Κ到400 Κ范围内, 激光器表现出很好 的激射阈值温度稳定性,其阈值电流密度特征温度为179 Κ。在160～220 Κ范围内激光器的阈值电流随温度升高而减小,表现出负特征温度现象。

用MOCVD方法生长制备了多层InGaAs/GaAs量子点结构,并研制出量子点激光器.研究了多层量子点激光器阈值激射特性与量子点有源区结构之间的关系,结果表明激光器的阈值电流密度依赖于量子点的结构.通过采用多层量子点、对量子点层间进行耦合以及采用宽禁带AlGaAs作为量子点层势垒可以有效地降低激光器的阈值电流密度.获得了最低为20 A/cm2的平均阈值电流密度.量子点激光器的激射波长也与有源区结构有关,随着量子点层数增加,激射峰向长波方向移动.

利用一种改进的液相外延技术进行了GaAs衬底上InGaAsO材料的生长,10 K温度下光荧光半宽度(FWHM)为14 MeV,获得了阈值电流密度为300 A/cm2的SCH多层结构外延片,宽台面激光器最大连续输出功率达到2.1 W。