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2-10μm波段红外激光源表现出了日益巨大的应用潜力：大气光学检测和环境监测,自由空间光通讯,红外对抗,清洁能源,煤矿安全,分子光谱测量、激光医疗、红外雷达、生物技术和热成像。例如,许多污染物和有毒气体、液体的特征谱线都恰好位于这个波段：甲烷(3.3μm), CO2 (4.6μm), CO (4.2μm),NOx(6.5μm)和SOx(7.3μm)。在各种复杂环境、高浓度和大范围(ppb到100%)下的多成分混合物中需要对这些物质进行在线精确测量。2-10μm红外波段半导体材料主要以锑化物研究为主。然而,锑化物多元合金材料存在不互溶区,尤其是其中的载流子吸收是个很严重的问题,会严重影响激光器的制备过程和性能,以及该波段半导体激光器的实际应用。本论文主要围绕2μm以上波段半导体激光器材料和器件开展了研究工作。1)计算和分析了多元化合物InGaAsSb、AlGaAsSb的晶格常数这一重要参数,并分别给出了AlGaAsSb材料的晶格常数与Al组分的关系,InGaAsSb材料的晶格常数与In组分的关系；引入弯曲因子对三元系材料的参数进行线性插值,得到AlGaAsSb、InGaAsSb带隙数据；采用Adachi模型,计算了AlGaAsSb、InGaAsSb的折射率。根据有效质量一维势阱中运动载流子的波函数及其薛定谔方程,求解了量子阱中电子基态(C1)和重空穴基态(HH)的本征方程,计算得到InGaAsSb/AlGaAsSb应变量子阱中电子基态能量以及重空穴基态能量随阱宽的变化关系。2)利用MBE,通过对Al源、掺杂源温度的精确控制,实现了高Al组分、高n型掺杂的AlGaAsSb层外延生长；通过调整As的组分降低InGaAsSb的与衬底失配。在较高的Ⅴ／Ⅲ比条件下生长了高质量InGaAsSb的外延材料；生长制备了InGaAsSb/AlGaAsSb多量子阱结构。首次采用AlSb缓冲层制备了室温2.3μm高质量InGaAsSb/AlGaAsSb量子阱结构材料。首次制备了纵横比接近1(纵向20nm,横向22nm)的InGaSb(柱型)量子点。3)在国内,率先开展了采用不同波导层宽度的InGaAsSb/AlGaAsSb多量子阱激光器的研究工作。系统研究了不同波导参数对激光器性能的影响。当波导宽度为1μm时,激光器的室温阈值电流约为225mA,最大输出功率约为16mW；当波导宽度为2.4μm时,激光器的室温阈值电流约为420mA,激光器在室温下约为20mW,且当温度从10。C升高到60。C,波长向长波长方向移动,红移率为2.8nm／℃。对比几种波导宽度的器件结果：波导层宽度的增加,导致阈值电流密度逐渐增加,激光器效率下降。其原因是增大了自由载流子对光的吸收,增大了内损耗及内阻,但激光器光学输出性能有所改善。4)首次将非对称波导结构应用于InGaAsSb/AlGaAsSb量子阱激光器,这种结构有效改善了锑化物半导体激光器的功率特性和光束特性。制备的非对称波导结构激光器样品在室温下,阈值电流为279 mA,斜率效率为0.49 W／A,当电流为323 mA时最大转换效率(PCE)为35%；垂直和水平发散角分别为θ⊥=30.2°和θ∥=7.1°。以上器件结果表明,本论文提出和采用的锑化物激光器材料生长和制备方法,为2μm以上波段中波红外半导体激光器研究提供了新的思路和有效的方法,对进一步研究中红外半导体激光器及应用具有重要意义。