大功率半导体激光器具有电光转化效率高、寿命长和可靠性高等优点，广泛应用于泵浦固体激光器、激光打印、材料加工和通信等领域。近年来，随着半导体激光器光输出功率不断增大和性能不断提高，其应用范围也逐步扩大，但是，器件可靠性仍然是限制其应用的重要因素之一。因此，对大功率半导体激光器进行深入、全面的失效机理研究进而提高其可靠性，依然是一个非常重要的研究课题。　　本文以808 nm GaAs基大功率半导体激光器为代表，利用多种实验方法并对其失效机理进行了深入、详细分析研究。研究中我们提出了几种普适性的半导体激光器失效模式，为全面提高器件可靠性奠定了一定的基础。本文在理论和实验两方面主要完成了以下几方面的工作:　　首先，我们对1W GaAs基半导体激光器进行了恒温恒流老化实验，给出了器件在恒流老化过程中光学、热学以及电学参数的退化情况及其相互关系，通过这些参数关系我们确定了半导体激光器的长期失效机模式，即有源区非辐射复合增加是导致半导体激光器长期工作中失效的主要模式，缺陷扩散是非辐射复合增加的主要动力。另外，我们设计了一套实验方法对单管半导体激光器的腔面光学灾变损伤(COD)的动态过程和瞬态热特性进行了研究，建立了COD与器件温升和热阻构成的相互关系。实验表明，该实验方法可以有效评估半导体激光器抗COD能力，也可作为生产线上快速筛选器件品质的有效手段。　　其次，我们利用激光扫描共聚焦显微镜(LSCM)和阴极荧光(CL)等技术手段研究了激光器的横向空间烧孔失效，成功发现了老化后出光腔面上规则排列的熔化点和谐振腔内周期排列的黑色线性缺陷(DLD)，其位置与腔面熔化点位置相对应，为此我们确定了半导体激光器空间烧孔失效模式。利用LASTIP软件模拟了横向空间烧孔现象，对空间烧孔失效给出了理论解释。我们还系统分析了发生空间烧孔失效以后激光器芯片引入的热应力和应变，通过X射线衍射技术(XRD)测试了应力、应变值分别为85 MPa和6.3×10-4，并利用有限元方法(FEM)模拟解释了产生空间烧孔失效的应力临界值范围是40-50 MPa。研究表明，激光器老化过程中，横向空间烧孔效应会引入热应力，当热应力达到临界范围时激光器芯片发生塑性形变，导致最后失效。　　再次，我们利用热瞬态分析方法以及红外热像技术对AlGaAs/GaAs基大功率半导体激光器把条的热耦合现象进行了研究，芯片稳态温升随电流增加而呈现对数型增加，在垂直方向上芯片级热时间常数随电流增加而减小，而封装级热时间常数几乎保持不变，在水平方向上芯片级热时间常数随电流线性增加。我们引入了工作热应力的概念，它来源于有源区与热沉之间的温度差，我们发现工作热应力在阈值电流附近有一个扭折现象，且外延层的工作热应力梯度远大于衬底的工作热应力梯度。另外，基于我们提出的工作热应力概念并针对大功率半导体激光器把条的实际工作状态（脉冲高功率条件），我们设计了一套循环热应力实验，热应力峰值分别设为19.4和33 MPa，循环周期为200 s，占空比为50％。研究发现激光器阈值电流的增加与循环次数的平方根成正比，随着循环次数增加，激光光谱出现拖尾和分叉现象。随后我们利用XRD技术研究了老化前后芯片外延层的晶体结构变化，并计算了循环8000次后峰值为19.4和33 MPa两组实验中引入的热应变和应力分别为-1.6×10-4，21.4 MPa和-3.7×10-4，50.5 MPa，通过这些研究信息我们认为，热应力循环疲劳是大功率半导体激光器把条在高功率脉冲工作条件下的主要失效模式之一。　　最后，我们给出了半导体激光器的欧姆接触退化模式。为了更加精确地考核大电流密度下激光器欧姆接触退化情况，我们对圆环形传输线方法(CTLM)进行了改进，按照改进的方法，设计了一款考核激光器欧姆接触可靠性的芯片，并进行了流片。我们对电极之间施加0.8×105 A/cm2的高电流密度，老化过程中，利用Agilent B1500半导体参数综合测试仪测试接触电极之间的I-V特性，通过I-V曲线斜率得到了接触电阻，并且按照圆环形传输线方法计算了欧姆接触电阻率，发现欧姆接触电阻率随老化时间的变化呈指数型增加。对于老化后的芯片我们进行了俄歇电子深度能谱(AES)和扫描电子显微镜分析(SEM)，发现在金属接触层中出现了空洞现象，接触金属之间随着直流老化有相互扩散的趋势，我们认为在大电流密度的直流工作状态下，电徙动是导致激光器欧姆接触的主要失效模式。