半导体激光器具有体积小、重量轻、效率高、寿命长等优点,在工业加工、医疗美容、航空航天、激光泵浦等领域应用极其广泛。随着半导体激光技术不断改进、器件可靠性不断提高和广泛应用领域的推动,半导体激光器向着更高的输出功率、高效率、高可靠性和高亮度的方向发展,研究高电光转换效率半导体激光器芯片具有重要的学术意义和商业价值。半导体激光器作为光电器件,电光转换效率这一参数是衡量器件性能的重要指标之一。高电光转换效率意味着产生较少的废热,高电光转换效率的泵浦源可以减少发热从而降低系统的散热成本,能有效提高器件可靠性,亦可以实现更高的输出功率。因此,研究高电光转换效率半导体激光芯片是实现器件高可靠性、小型化、经济性的基础。由于电光转换效率随温度的变化非常大,利用效率随温度的变化机制作为入手点,从一个特殊的角度研究制约电光转换效率提升的因素就显得十分有意义。能为器件性能的进一步优化提供方向。本论文中涉及的主要内容如下:(1)搭建了变温测试系统,利用该系统对半导体激光器的光电特性进行了测试。在-40℃~25℃的范围内详细研究了808 nm半导体激光器阵列的光电器件输出特性随温度的变化情况。(2)依据半导体激光器电光转换效率的物理内涵,针对高功率半导体激光芯片,分别分析了半导体激光器输入电功率的五种能量损耗路径,并与实验数据进行比对,通过理论计算结果,明确了室温下效率提升的关键因素,为器件的进一步优化设计指明方向。以此为依据,提出了优化外延结构设计的方法,为进一步提高半导体激光器的性能提供了理论指导。(3)采用优化后的外延结构,制备了高电光转换效率半导体激光芯片。808nm半导体激光阵列,在室温工作条件下电光转换效率为70%;976 nm半导体激光阵列在室温工作条件下,电光转换效率高达72%,热沉温度为15℃时达到74%,达到国际先进水平。