随着光通信和光传感技术近年来逐步向小型集成化发展,半导体激光器的应用越来越广泛。其中,面发射激光器因其具有低功耗、低成本的优点,在数据中心和三维传感中得到了大量应用。然而,现在面发射激光器大都是多横模的。为了在光通信中提高传输距离、在传感中提高检测分辨率、在原子钟泵浦中提高泵浦效率,单模面发射激光器面临着迫切的需求。针对这一需求,本论文主要研究了低功耗的850 nm分布式反馈（Distributed Feedback,DFB）单模面发射激光器,主要的研究内容和创新点如下:在实现单模面发射激光器方面,提出了一种新型的单模面发射激光器—基于表面光栅的DFB面发射激光器。该激光器采用表面光栅来增大光栅的耦合系数,具有和DFB激光器一样的单模优势。另一方面,该激光器采用二阶光栅衍射光场、利用氧化孔径减小载流子注入体积,具有和垂直腔面发射激光器（Vertical-Cavity Surface-Emitting Laser,VCSEL）一样的低阈值面发射特性。本文首先研究了InGaAs量子阱的个数、应变量、厚度对激光器增益谱的影响。在此基础上设计了激光器的有源区,仿真得到的峰值材料增益为886 cm-1、对应波长为843 nm。为了获得大的光栅耦合系数,研究了表面光栅结构参数对光栅耦合系数的影响。进一步分析研究了水平腔DFB激光器的纵向模式选择机理,通过在二阶光栅中插入λ/4相移,获得了单纵模谐振腔。为了实现低电阻、低阈值电流的激光器,深入分析了激光器的掺杂以及氧化孔径对电流注入的影响。在单模面发射激光器的工艺研制方面,开发了基于表面光栅的DFB面发射激光器制备工艺,包括:柠檬酸+双氧水选择性湿法腐蚀GaAs/AlGaAs;Cl2/BCl3/CH4干法慢速刻蚀表面光栅;湿法氧化Al0.96Ga0.04As。并首次在实验上制备了基于表面光栅的DFB面发射激光器。测试结果表明,DFB面发射激光器阈值电流为9 mA,边模抑制比（Side-mode suppression Ratio,SMSR）达到44 dB,实现了单模激射。在降低单模面发射激光器功耗方面,优化了DFB面发射激光器的结构和制作工艺:改进了外延结构,并提出了无源分布式布拉格反射镜（Distributed Bragg Reflector,DBR）+有源DFB+无源DBR三段式结构。优化后的激光器的氧化结构为矩形氧化孔径,具有面积大、电阻小的优点。进一步利用时域行波模型模拟了三段式DFB面发射激光器,分析了有源无源区长度对激光器的阈值电流和斜率效率的影响。然后在实验上制备了优化后的表面光栅DFB面发射激光器。测试结果表明,激光器的光栅耦合系数提升到300 cm-1。对于50μm有源区长度的激光器,其阈值电流降至1.8 mA,实现了低阈值电流的水平腔面发射激光器。在6.5 mA的注入电流下,该激光器的SMSR高达47 dB,具备非常好的单模面发射特性。同时,该激光器在9 mA注入电流（5倍阈值电流）下具有17 GHz的驰豫振荡频率。综上所述,本文针对如何实现低功耗的单模面发射激光器做了深入研究,提出并研制了基于表面光栅的DFB面发射激光器。该激光器具有三大结构创新:1)大耦合系数的表面光栅;2)含λ/4相移的二阶光栅;3)大面积的矩形氧化孔径。本文在实验上实现了单模、低阈值电流特性的DFB面发射激光器,充分证明了该激光器在未来光通信和光传感等领域中的应用潜力。