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量子级联激光器的研究，具有重要的理论和实际应用价值，不论在通讯，医学，还是光探测等方面，有着重要的应用前景。本论文主要研究半导体子带带间量子级联激光器的设计，比较基于不同的材料体系的量子级联激光器的特性，取得如下成果：
1.对不同的半导体材料体系的异质结结构进行了分类。建立半导体导带子带的计算方法。讨论了压电效应和应变对氮化物半导体GaN的导带子带带阶的影响。
2.研究计算半导体量子阱导带子带的计算方法——打靶法，和边界匹配条件。以及GaAs/AlGaAs和GaN/AlGaN的计算实例，讨论如何计算量子阱的束缚态的能级和包络函数。
3.建立子带带间量子级联激光器基本原理和设计规则，提出基于GaAs和SiGe价带带间和GaN导带带间的半导体级联激光器设计方案，通过调整量子阱阱宽和垒宽，实现激射波长的量子剪裁。
4.着重研究了氮化物基的量子级联激光器的设计，其优越性表现在AlGaN/GaN量子阱中，超快的纵向光学声子散射能够迅速的消除激光低能态的布居数，GaN的大纵向光学声子能量(～90meV)能有效地减少高温下产生激光低能态的热布居。理论分析显示，用一个相对较低的阈值电流密度(832A/cm2)就能在室温下产生50/cm的阂值光学增益。还发现这种结构的特征温度T0高于136K。