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本博士学位论文围绕工作于中红外波段的InP基分布反馈量子级联激光器(DFB QCLs)这一主题，以实现室温低阈值分布反馈量子级联激光器为目标，研究和解决了若干单模量子级联激光器的关键科学技术难题，发展和优化了激光器的结构设计和器件制备工艺，建立了较完整的、先进的分布反馈量子级联激光器器件工艺链，用本实验室生长的高质量量子级联激光器材料成功制备了低阈值、高温、宽波长调谐的高性能分布反馈量子级联激光器。本论文工作取得的研究结果如下：
1.系统总结、分析了QCLs发展的国内外进展、发展趋势和存在的关键科学技术问题;讨论了器件性能表征的几个基本参数，分析了这些参数的内涵及其与器件工艺的关系，用于指导器件工艺的设计与优化；
2.优化设计了单脊条和双沟道量子级联激光器的器件结构，确定了器件结构中脊条宽度，脊条腐蚀深度，电极窗口的宽度，沟道宽度等对激光器性能有重要影响的关键尺寸；
3.优化了激光器脊条的制备工艺，选择了用于制备脊条的湿法腐蚀溶液。分析了干法刻蚀和湿法腐蚀两种方式用于制备激光器脊条的原理和各自的利弊，研究和发展了有特色的选择腐蚀液及其腐蚀技术。研究了Citric Acid∶H2O2、HCI∶H3PO4和HBr∶HCI∶H2O2∶H2O三种腐蚀体系对InGaAs/InAlAs/InP材料的腐蚀特性，并给出了相应的工艺参数；
4.研究了半导体激光器金属电极的制备工艺。有特色的利用反转胶的易剥离特性，结合磁控溅射淀积金属的工艺成功的制备了高致密度的金属电极，解决了湿法腐蚀金属电极不稳定性的关键科技难题；
5.发展了激光器后腔面蒸镀高反膜的材料体系和工艺，分析了高反膜材料选择和材料厚度对反射率的影响，设计和研制了用于激光器芯片后腔面镀膜工艺的特殊夹具；
6.对分布反馈量子级联激光器关键工艺-光栅的制备开展了深入的研究。优化了全息光栅系统和全息光栅掩膜的制备工艺，分析了各种工艺条件对光栅掩膜形貌的影响，研制出周期误差＜1‰的高质量光栅掩膜。发展了光栅湿法腐蚀的制备工艺，利用Citric Acid∶H2O2和HCI∶H3PO4的腐蚀体系，创造性地在InGaAs帽层和InP波导层上制备了深度可控的深腐蚀表面光栅并应用于实际器件；
7.通过对DFB QCLs材料、器件结构、器件工艺的整体优化，研制出室温低阈值电流密度、95％高占空比工作的7.6μm中红外分布反馈量子级联激光器，室温脉冲模式下激光器的阈值电流密度970A/cm2，达到国际一流水平，95％高占空比工作的最高温度达到130K，为国内最高水平；
8.研制了基于双声子辅助共振的四阱耦合有源区设计的8.51μm激光器，利用波导和光栅结构的优化设计和高质量GSMBE QCLs材料，研制出室温DFBQCLs，脉冲模式下的最高工作温度420K，阈值电流密度3.28kA/cm2；
9.研制了宽波长覆盖范围的分布反馈量子级联激光器。在具有宽增益谱的激光器材料结构的基础上，采用双光栅周期研制出宽波长覆盖范围的分布反馈量子级联激光器，两个不同光栅周期的激光器室温下激射波长分别为8.28μm和8.46μm，相差0.18μm，对量子级联激光器的单片集成工作做了进行了初步的探索研究。