基于Python语言，编写具有UI界面的半导体激光二极管（LD）仿真EDA程序，该程序可以设置LD芯片有源区的材料组分，分析材料参数并计算波导折射率，绘制折射率分布曲线和光强分布曲线，计算芯片的有源区的能带结构及增益特性并绘制在不同载流子浓度下的光增益谱曲线。通过该EDA程序，对791 nm波长的半导体激光二极管芯片进行了仿真，参考仿真结果制作了发光区条宽为190 μm，腔长为4 mm的芯片，15 A电流下其峰值功率达16.25 W。

为探究不同铟(In)组分InxGa1-xN势垒对绿光激光二极管光电性能的影响，本文采用SiLENSe(simulator of light emitters based on nitride semiconductors)仿真软件对一系列具有不同In组分InxGa1-xN势垒的激光二极管进行研究，结果发现InxGa1-xN势垒中In组分最佳值为3%，此时结构的斜率效率最高，内部光学损耗最低，光学限制因子最大，性能最优。在具有In0.03Ga0.97N势垒的多量子阱结构基础上，设计了一种组分阶梯(composition step-graded， CSG)InGaN势垒多量子阱结构，提高了激光二极管的斜率效率和电光转换效率，增加了光场限制能力。仿真结果表明，当注入电流为120 mA时，具有CSG InGaN势垒的多量子阱结构，电光转换效率从17.7%提高至19.9%，斜率效率从1.09 mW/mA增加到1.14 mW/mA，光学限制因子从1.58%增加到1.62%。本文的研究为制备高功率GaN基绿光激光二极管提供了理论指导和数据支撑。

本文设计了GaAs基1 060 nm高性能激光二极管的有源区结构, 通过在有源区中引入锑化物的应变补偿结构GaAsP/InGaAs/GaAsSb/InGaAsSb/GaAsP, 改变了有源区的能带结构, 解决了禁带宽度对发光波长的限制, 将弱Ⅱ型的量子阱能带结构变为Ⅰ型, 增大了电子空穴的波函数重叠, 提高了激光二极管跃迁概率和辐射复合概率及内量子效率, 降低了非辐射复合, 有效增强了器件输出功率和电光转换效率。同时, 设计了非对称异质双窄波导结构, p侧采用导带差大、价带差小的AlGaAs作为内、外波导层, 有利于价带空穴注入有源区且对导带中的电子形成良好的限制。n侧采用导带差小、价带差大的GaInAsP作为内、外波导层, 有利于导带电子的注入且对价带中的空穴形成更高的势垒。电子注入势垒和空穴注入势垒分别由原先的218、172 meV降低到148、155 meV, 提高了激光二极管的载流子注入效率; 电子泄漏势垒和空穴泄漏势垒分别由252、287 meV上升到289、310 meV, 增强了载流子限制能力。最后获得的激光二极管的输出功率和电光转换效率分别达到了6.27 W和85.39%, 为制备高性能GaAs基1 060 nm激光二极管提供了理论指导和数据支撑。

半导体激光功率的提升对于**安全、激光通信、激光探测/传感、激光照明、医疗美容等领域有着重要的意义。半导体激光共孔径合成技术可以在保证光束质量的情况下大幅提升输出功率，近年来得到了广泛的关注。半导体激光共孔径光谱合成和半导体激光共孔径相干合成是两种典型的半导体激光共孔径合成技术手段，多家国内外机构在这两种技术上一再取得突破。本文综述了上述半导体激光共孔径合成技术的发展，并对该技术的发展前景进行了展望。

为了提升深紫外激光二极管（DUV LDs）的载流子注入效率，优化其工作性能，提出了阶梯型超晶格（SSL）电子阻挡层（EBL）和楔形（WS）空穴阻挡层（HBL）结构。使用Crosslight软件分别仿真了具有矩形EBL和HBL、矩形超晶格（RSL）EBL和塔形（TS）HBL以及SSL EBL和WS HBL的DUV LDs。仿真结果表明，SSL EBL和WS HBL更有效地增加了量子阱（QWs）中的载流子注入，减少了非有源区的载流子泄漏，提高了辐射复合率，降低了阈值电压和阈值电流，提高了DUV LDs的输出功率和电光转换效率。

本文提出利用双凹波导层来改善深紫外（DUV）激光二极管（LDs）的辐射复合特性。利用Crosslight软件对四种不同的波导层结构进行了仿真研究。结果表明，双凹下波导层的引入提高了空穴的有效势垒高度，有效地抑制了空穴从多量子阱（MQW）区的泄漏，增加了MQW区载流子的浓度。优化后的结构辐射复合率显著提升，具有更好的P-I特性和光学约束因子，为提高DUV LDs的性能提供了一个有效的解决方案。

针对典型卫星轨道辐射环境下激光二极管（LD）的可靠性评估问题，对自研的975 nm GaAs基量子阱（QW）LD开展了10 MeV质子、3×10⁸~3×10¹¹ cm^-2注量的地面模拟辐照实验。结合蒙特卡罗软件仿真模拟和数学分析方法，全面研究了器件位移损伤退化规律，以及不同注量、不同辐照缺陷对器件功率特性、电压特性和波长特性等关键参数的影响。结果显示，质子辐照会引入非辐射复合中心等缺陷并破坏界面结构，导致载流子浓度降低、光电限制能力下降，宏观上体现为器件阈值电流增加、输出功率下降、波长红移和单色性受损。同时，3×10¹⁰ cm^-2以上注量的10 MeV质子等效位移损伤剂量辐照会对975 nm QW LD性能产生较大影响。

为了优化深紫外激光二极管（DUV-LD）的电光转换效率与输出功率，提出了单调组分渐变空穴存储层（MCG-HRL）和对称组分渐变空穴阻挡层（SCG-HBL）结构。使用Crosslight软件对采用基础结构、矩形空穴存储层（R-HRL）、MCG-HRL以及MCG-HRL和SCG-HBL的DUV-LD进行了仿真研究。结果表明，采用MCG-HRL 和SCG-HBL能够更加有效地提升DUV-LD量子阱（QWs）内的空穴浓度，减少n型区的空穴泄露，增加QWs内的辐射复合率，降低其阈值电压与电阻，提升其电光转换效率与输出功率。

2 μm波段激光用途广泛，既可以应用于激光雷达、激光测距和医疗手术等领域，又可以作为中长波红外波段激光器的泵浦源。采用激光二极管直接泵浦掺铥晶体获得2 μm波段激光，是一种直接高效的技术手段，受到了广泛关注。本文介绍了Tm∶YAG、Tm∶YAP和Tm∶YLF脉冲激光器的研究进展，并进行了总结与展望。

为有效降低深紫外激光二极管 (DUV-LD) 在有源区的电子泄露, 提出了一种阱式阶梯电子阻挡层 (EBL) 结构。利用 Crosslight 软件对矩形、阶梯形和阱式阶梯形三种不同的结构分别进行了仿真研究, 详细对比分析了三种结构器件的能带图、辐射复合率、电子空穴浓度、P－I 以及 V－I 特性等, 结果表明阱式阶梯 EBL 对电子的泄露抑制效果最好, 从而使得器件的光学和电学性能得到优化。