半导体激光器因其体积小、重量轻、成本低、效率高、寿命长、易于调制及波长覆盖范围广等这些突出的优点而被广泛的应用于诸如光通信、材料加工、泵浦光源、军用及医疗等领域。但是，传统半导体激光器外垂直发散角大、单管功率相对较低、侧向光束质量差、光谱宽及波长随注入电流和温度变化大等问题也随着半导体激光器应用场景的不断扩展而变得日益突出。尤其是对于GaAs基大功率边发射半导体激光器，亟需在外延设计及表面结构设计上采用新的机理和方案来对上述缺点进行改善。光子晶体是一种折射率在空间呈波长尺度的周期性或准周期性分布的人工晶体结构，它可以对光场实现有效的调控。　　本论文基于课题组前期的研究基础，将光子晶体引入传统的边发射半导体激光器，可以大大改善传统边发射半导体激光器垂直发散角大、单管功率低等缺点，再结合其他表面结构设计，提高了半导体激光器的综合性能。本论文的主要工作及创新点如下:　　1.优化设计了980nm波段量子阱结构，分析了半导体激光器内损耗的来源并提出了降低半导体激光器降低内损耗的方案，分析了半导体激光器串联电阻与内损耗之间的相互影响。采用MOCVD设备及常用分析设备实验研究了AlGaAs/GaAs/InGaAs材料的生长。　　2.综合考虑波导结构的模式特性及垂直发散角，对980nm非对称超大光腔的外延结构进行了系统性的优化，并采用MOCVD设备生长了该的外延结构。基于该外延结构分别研制了宽接触激光器与窄脊条激光器，据分析外延结构内损耗为0.58cm-1，内量子效率达到98％。宽接触器件实现了9.9W的连续输出，最高效率为56.7％;窄脊条激光器实现了超过2W的连续输出，最高效率为54.8％，但是其垂直方向输出光束在光束质量测试时与拟合曲线偏离严重，表明其在垂直方向并非严格的基模激射。　　3.基于组内前期研究成果，基于理论与实验数据，分析了不同掺杂浓度对串联电阻和内损耗的影响;优化了980nm波段光子晶体激光器外延结构并采用MOCVD进行了生长，设计中采用了厚度约为5μm的光子晶体结构，相比国际上其他研究组采用的厚度近20μm的光子晶体结构，不仅缩短了材料生长的时间，还大大降低了器件的内损耗和串联电阻。实验中宽接触激光器实验表明光子晶体激光器外延结构内损耗仅为0.63cm-1，内量子效率为96.5％，目前国际上报道的光子晶体激光器最低的内损耗为1.3cm-1，因此优化设计的外延结构大大降低了光子晶体激光器的内损耗，且达到了目前边发射半导体激光器的国际水平。窄脊条激光器实验测试表明最大可实现单横模输出的脊波导宽度为7μm，最大单横模输出功率超过2W，C-mounts封装的器件最大功率效率达59％，相比于此前已报道采用散热效率更高的F-mouns封装的980nm光子晶体窄脊条激光器40％的最高效率，提升了近1/3，1.6A连续注入电流水平下器件亮度达到了78.9MWcm-2sr-1，这一结果是目前国际上980nm光子晶体窄脊条激光器报道的最高连续输出亮度。　　4.基于980nm波段光子晶体激光器外延结构，首次设计了窄脊条表面刻蚀光栅光子晶体激光器，基于耦合模理论对表面刻蚀光栅的结构参数进行了优化。实验采用一步刻蚀工艺及普通光刻和刻蚀工艺，该器件的输出同时具备垂直发散角低、单横模、窄光谱及波长稳定性高的特点。实验发现无光栅结构光子晶体窄脊条激光器光谱宽度为1.05nm，波长随注入电流增加的漂移速度为12.9nm/A，而窄脊条表面刻蚀光栅光子晶体激光器的光谱宽度降低到了0.45nm，波长随注入电流的漂移速度降低到1.5nm/A。　　5.首次基于980nm波段光子晶体激光器外延结构设计了窄脊条侧向耦合光栅光子晶体激光器，与上一部分研究工作相似，采用耦合模理论优化了侧向耦合光栅的结构参数。实验上获得的光谱宽度仅为0.2355nm，边模抑制比超过了35dB，波长随注入电流的漂移速度仅为1.035nm/A，相比无光栅结构光子晶体窄脊条激光器，窄脊条侧向耦合光栅光子晶体激光器光谱特性有了显著的改善。