半导体微腔激光器因其具有低阈值、高品质因子、集成度高、几何形状简单等特点,在光互连、光通信、气体检测等众多领域具有非常广阔的应用前景。其中,全光网络、高速通信系统对半导体激光器提出了高功率、并行光输出的新需求。为此,本文以回音壁模式量子级联半导体微腔激光器为研究对象,探索研究能够得到高功率、高并行光输出的激光器线列、阵列结构,同时有效提高器件输出功率水平。首先,本文阐述了回音壁模式量子级联微腔激光器的基本理论。对In Ga As/In Al As量子级联材料半导体微腔激光器的激光输出进行了模拟仿真,结果显示形变因子为0.42的蜗线形微腔具有较好的定向输出特性。在单管激光器实现定向输出的基础上,创新设计了一种半导体微腔激光器错位阵列结构,有效提高了阵列单元密度。其次,对半导体激光器热特性和器件传热学基本理论进行分析,并采用ANSYS有限元分析软件,分别对半径为100μm的半导体微腔激光器1×3线列、新型错位阵列的温度分布进行模拟仿真。模拟仿真结果显示,当线列周期为550μm时,1×3线列器件热串扰行为得到明显改善;当错位阵列分布横向间距550μm纵向间距280μm时,器件温度场分布无明显叠加。然后,研究了半导体微腔激光器的关键制备工艺,优化了光刻、刻蚀、欧姆接触和焊接封装等工艺的条件参数,成功制备半导体微腔激光器1×3线列、新型错位阵列器件。最后,对蜗线形半导体微腔激光器远场测试结果显示器件具有较好的定向输出特性。分别对蜗线形量子级联半导体微腔激光器1×3线列和新型错位阵列的输出功率进行测试显示,1×3线列器件峰值输出功率为33.3m W,新型错位阵列结构器件峰值输出功率为51.2m W。实现有效半导体微腔激光器输出功率的目标。