为了稳定半导体激光器激射光束在光纤传输过程的耦合效率, 提出一种沟槽结构的半导体激光器, 并对该结构激光器的光束、耦合效率及P-I特性进行研究。在普通条形半导体激光器的脊形区刻蚀了周期性的沟槽结构, 来改善半导体激光器有源区的增益分布。通过对比普通结构与沟槽结构半导体激光器的光束分析, 测试其耦合效率以及P-I特性。结果表明:沟槽结构的半导体激光器能够使光腔内模式更加稳定, 输出光束更加集中, 并避免了“Kink”效应的发生; 与此同时, 耦合效率提高至97.7%, 并且较普通结构激光器更为稳定。沟槽结构半导体激光器有效地解决了光斑跳动问题, 稳定了激光器的耦和效率。

电流的侧向限制对半导体激光器具有重要意义，在半导体激光器有源区加入侧向限制结构一方面可以实现侧向限制，另一方面可以在一定范围内降低阈值电流密度。但是常规的侧向限制方法无论是侧向波导结构还是浅隔离槽结构都无法高效地抑制电流的侧向扩展。设计了新型的深隔离槽结构，利用Comsol软件仿真模拟侧向限制，发现深度超过外延层厚度的深隔离槽结构能更有效地提高电流的注入效率。在工艺中利用感应耦合等离子体刻蚀在距离脊型台两侧100 μm的位置刻蚀深度为4 μm的深隔离槽。实验结果表明，工作电流为5 A时，腔长4 mm具有深隔离槽结构的半导体激光器芯片输出功率为 3.6 W，阈值电流为0.3 A,阈值电流密度为78.95 A/cm2。结果表明新型深隔离槽结构可以有效抑制电流的侧向扩展。

针对大光腔结构往往导致阈值电流密度增大的矛盾，设计了一种具有较高势垒高度的三量子阱有源区。采用非对称宽波导结构的半导体激光器，该激光器在实现大光腔结构的同时保持阈值电流密度不增加。通过金属有机物化学气相沉积(MOCVD)生长InGaAs/AlGaAs三量子阱有源区以及3.6 μm超大光腔半导体激光器的外延结构。结合后期工艺，制备了980 nm脊形边发射半导体激光器。在未镀膜情况下，4 mm腔长半导体激光器阈值电流为1105.5 mA，垂直发散角为15.6°，注入电流为25 A时的最大输出功率可达到15.9 W。测试结果表明：所设计的半导体激光器在有效地拓展光场，实现大光腔结构的同时，保证了激光器具有较低的阈值电流。