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量子级联激光器(Quantum Cascade Laser，简称QCL)是目前光电子器件的前沿研究课题，本文以GaN基量子级联激光器为研究方向，对AlGaN/GaN及InAlGaN/GaN两种GaN基量子级联激光器进行了物理及材料方面的研究，主要的工作如下：
第1章主要综述了量子级联激光器的研究进展，包括它的工作原理、分类、材料进展和未来研究新方向。
第2章对AlGaN/GaN量子级联激光器进行了物理上的研究，首先通过偶极矩阵元的计算获得了垒层的最佳Al组分；其次采用子带间跃迁元方法计算了AlGaN/GaN三阱QCL的增益谱，并在非平衡格林函数基础上计算了AlN/GaN超晶格QCL的增益谱；最后利用传输矩阵理论对AlGaN/GaN三阱QCL的界面声子及声子势进行了理论研究，并对QCL的界面与受限声子进行了比较分析。
第3章对InAlGaN四元系材料的物理参数进行了讨论，在此基础上对晶格匹配的InAlGaN/GaN双阱量子级联激光器的结构参数进行了优化计算。
第4章在速率方程组的基础上构建了大信号电路模型，并进行了Spice小信号与大信号模拟，得到了激光器的动态特性；其次在速率方程组引入噪声源的基础上进行理论计算，得到了激光器噪声特性。
第5章介绍了Huang对AlGaN/GaN三阱QCL以及Inoue对AlN/GaN超晶格QCL的实验表征结果，另外我们对InAlGaN四元系薄膜进行了三个不同温度下的MOCVD生长，对样品进行了AFM、XRD和PL实验表征，并对实验结果进行了比较分析。