中红外3-5μm波段是大气的重要窗口,锑化物半导体是此波段光电材料和器件研究的理想材料体系。GaSb基量子阱激光器以其光电转化效率高,材料稳定性好等优点一直以来是中红外波段探测器、激光器的首选材料。在大气污染监测、传感技术、红外成像、遥感、外科医疗、自由空间通讯、光电对抗、激光雷达等民用/军用等领域具有广泛的应用价值。本文主要研究了GaSb基量子阱基础材料的分子束外延生长,探索并深入研究了GaSb基“W”型量子阱激光器材料的外延生长、界面应变及其发光性质。本论文主要开展了3-5μm中红外半导体激光器材料外延,其主要研究内容包括如下:(1)构建了“W”型激光器能带结构理论模型,明确了InAs,GaSb,AlSb,GaInSb材料体系中的II型破带隙能带之间的排列,分析了材料组分、厚度、级联结构对波函数的影响;同时优化缓冲层、波导层、对称等效限制层等结构的设计。(2)采用MBE对设计结构进行外延生长,通过对束流、生长温度、V/III束流比、生长速率等生长参数优化,精确控制III-V族材料的组分、厚度及应变。采用RHEED进行原位监测,精确控制外延材料的生长过程,获得了高质量的材料界面,同时系统地研究了GaInSb三元合金中不同In组分的结构特性和发光特性,以满足设计的需求。(3)对设计的“W”型量子阱激光器全结构中的“W”型量子阱级联区进行外延生长,并对其进行物性研究,在此基础上进行外延生长“W”型量子阱激光器全结构材料的研究,其EL发光约为3.76μm,满足设计的目标波长。为了实现该结构在3-5μm范围内可调节,我们将“W”型量子阱级联区中的InAs厚度由4个原子层增加到5个原子层,其发光波长从3.63μm增加到4.07μm。实现了3-5μm波段发光波长可调的“W”型量子阱材料外延生长,为制备中红外半导体激光器奠定基础。