大功率半导体激光器在光通讯、医疗、印刷、激光制造和光泵浦等领域中有着广泛的应用前景。特别是现代战争中,大功率半导体激光器在高精度武器的应用,凸现其重要作用。然而当通过增加注入电流提高传统半导体激光器的光束输出功率时,要受到电热烧毁和光腔面灾变性烧毁(COD)的限制。另外,大功率半导体激光器光束质量差、发光效率较低等问题也大大影响了半导体激光器的工作特性。通过反向偏置的隧道结将多个有源区级联起来的新型高效大功率半导体激光器很好的解决了传统激光器存在的问题,研制并改进这种新型激光器有着重要的意义。 在本文中,首先较详细的介绍了新型隧道级联多有源区大功率半导体激光器的工作机理和特点,理论推导了新型结构激光器效率的数学表达式。新型结构激光器突破了内量子效率≤1的限制,可以在工作电流不变的情况下成倍地提高激光器的发光效率,因此输出功率的提高并没有显著增加焦耳热,有效的减少了COD的发生。其次对新结构中的重要组成部分——隧道结的光学、电学、热学特性进行了较为详细的理论分析,其中考虑了将隧道结引入激光器可能产生的影响。为了准确控制GaAs材料的掺杂水平,制备高质量的隧道结,本文结合MOCVD外延生长实验的结果分析了温度、Ⅴ/Ⅲ比、掺杂剂流量等生长条件对掺杂浓度的影响。在器件设计方面,通过模拟激光器的激射模式及光场分布,优化了材料结构参数;为了抑制电流扩展,设计了双沟槽深腐蚀结构。制备了双有源区级联结构的量子阱激光器,激射波长918.2nm,器件阈值电流为230mA,未镀镆情况下斜率效率达0.93W/A,约为普通激光器的两倍。