大功率半导体量子阱激光器被广泛应用于泵浦固体激光器、材料加工和激光医疗等领域。而且，各种实际应用要求激光器的输出功率、转换效率和工作温度越来越高。本论文系统地研究了大功率量子阱激光器结构的设计理论，并以此为基础，对大功率808nm GaAs1－xPx/GaInP／AlGaInP非对称波导结构量子阱激光器和大功率808nm GaAsP／AlGaAs量子阱激光器结构进行了设计和优化，并对半导体激光器直接调制过程中的量子噪声引起的共振特性进行了分析和研究。其中的主要工作在国内外均属首次研究。主要研究内容如下：　　 1、对大功率量子阱激光器设计所必需的各种半导体材料物质参数的理论模型进行了分析和总结。(1)首次分析和总结了半导体材料折射率和热导率的各种理论模型：(2)总结了常用半导体材料能带结构参数和载流子迁移率的理论计算方法，分析了浅能级杂质对激光器常用半导体材料性质的影响。　　 2、分析和研究了半导体量子阱激光器结构的设计方法。(1)总结和分析了应变量子阱临界厚度的估算方法，量子阱导带和价带的子带能量、波函数和态密度，以及量子阱的增益和复合特性理论；(2)研究了大功率激光器常采用的宽波导大光腔结构的光学特性，首次提出了宽波导和窄波导结构的界限；(3)根据热传导理论，分析了大功率单管器件和列阵温升分布的一维和二维模型；(4)提出了量子阱光增益曲线的最优化光增益，首次导出了最优化光增益值和载流子密度；(5)对大功率激光器的输出光功率、载流子漏电流和电光转换效率进行了详细分析和研究。　　 3、应用非对称波导结构，降低大功率808nm量子阱激光器的光损耗，提高器件的转换效率。(1)详细计算和分析了各种GaAs1-xPx/GaInP量子阱的增益和辐射复合特性；(2)分析和研究了GaAs1-xPx/GaInP／AlGaInP非对称量子阱激光器波导结构的光学模式特性；(3)根据量子阱增益复合特性和非对称波导的光学模式特性，全面分析并设计了优化的器件结构。对这种大功率激光器新结构的理论研究为国际首次。　　 4、研究了大功率80gnm GaAsP／GaInP／AlGaInP分别限制量子阱激光器阈值电流温度特性。(1)计算和分析了有源区光限制因子对阈值电流密度温度特性的影响。(2)计算和分析了P型限制层杂质浓度对阈值电流密度温度特性的影响。研究发现，有源区光限制因子和P型限制层杂质浓度对阈值电流的温度特性都有较大影响，且比较类似。　　 5、研究了不同波导结构和材料组份对大功率808nm GaAsP／AlGaAs分别限制结构量子阱激光器工作特性的影响。分析表明：从波导结构看，采用波导层较厚的宽波导结构能够获得高功率和小的垂直发散角；从波导层和限制层的铝组分看，当波导层和限制层铝组分相差较小时，也有利于得到小的垂直发散角和高功率。　　 6、研究了量子噪声对半导体激光器直接调制信噪比的影响：信噪比随着工作电流密度的函数关系，以及载流子与光子噪声互关联系数、调制信号频率和激光器腔内光子寿命对信噪比的影响。研究结果表明，通过选择合适的工作(偏置)电流，可以应用量子噪声引起的共振机制来提高激光器直接调制信噪比。这个研究工作和获得的结论均为国际首次。