近年来,GaN基绿光激光二极管的光电性能取得了很大的改善,在激光打印、激光测量、激光显示、激光照明以及通信等领域有着重要的应用。虽然在光电性能和应用方面取得了一定进展,但是GaN基绿光激光二极管仍存在影响其光电性能的关键问题。研究发现,激光二极管外延层间的电子泄漏严重、空穴注入效率低;因此,通过设计外延结构来减少电子泄漏、提高注入效率和光学限制因子对光电性能提升至关重要。本论文研究了GaN基绿光激光二极管量子阱层、波导层以及电子阻挡层与其光电性能之间的关系,在此基础上通过优化外延结构来提升器件的光电性能。研究内容和成果主要包括:（1）采用k·p方法,研究了量子阱周期个数对绿光激光二极管的光电性能的影响。模拟结果表明,量子阱周期个数从1个增加至3个时,电子的注入效率提高,有源区载流子浓度降低,从而减少了俄歇复合;量子阱周期个数为3个时,输出功率达234.95m W,电光转换效率达7.8%。当阱的个数继续增加时,由于极化场的积累效应,能带弯曲和载流子泄漏现象严重,导致器件性能下降。同时,量子阱数量增加,不仅外延生长时原材料消耗增大,而且还增加了高质量量子阱外延材料的生长难度。（2）波导结构决定了GaN基绿光激光二极管的光场分布,对光子损耗也有着重要的影响,从而影响器件的电学性能。设计了单波导和双波导结构的GaN基绿光激光二极管,研究结果表明:非对称双波导可以使器件光场分布在有源区和波导区,使光场远离p型层,从而减少了光子的吸收损耗;也可以减少载流子从量子阱中的泄漏,使电子和空穴辐射复合的几率增大,降低了量子阱区的极化效应。非对称双波导能减少外延层的电阻,使阈值电流降低到116.9 m A,从而提高器件的输出功率为227.5 m W和电光转换效率为7.2%。因此,相对于单波导GaN基绿光激光二极管,非对称双波导结构器件的光电性能更好。（3）在非对称双波导结构的基础上,接着讨论了GaN基绿光激光二极管外延结构中n-InxGa1-xN波导层中铟组分对其光电性能的影响。通过调控n-InxGa1-xN波导层中铟组分,提高了n侧限制层和波导层的折射率差,调控了外延层中的光场分布,使光场发生了偏移,进而减少光子损耗。同时,通过改变波导层铟组分来调节波导层的带隙。当波导层铟组分为0.07时,不仅能够降低空穴注入的势垒,而且能提高电子泄漏的势垒,降低非辐射复合效率,内量子效率达到80%,激光器的输出功率提高到234.95 m W和电光转换效率达到7.8%。（4）空穴注入是影响GaN基绿光激光二极管内量子效率的关键因素之一。四元Al In GaN电子阻挡层结构能降低价带带阶差,提高空穴注入效率,从而提高内量子效率,实现高功率和高电光转换效率的目的。通过设计并调控电子阻挡层中铝组分来提高GaN基绿光激光二极管的光电性能,结果表明台阶线性铝组分渐变电子阻挡层能够有效减小器件的工作电压,提高光输出功率,电光转换效率达到8.3%。能带结构模拟结果表明,台阶线性铝组分渐变电子阻挡层显著降低空穴注入势垒,改善其在量子阱内的浓度分布,降低非辐射复合电流密度,提高激光器的内量子效率。