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半导体激光器具有诸多优势，包括效率高、尺寸小、重量轻、寿命长、波长范围宽、易于集成等。因此半导体激光器广泛应用于材料处理、光泵浦、医疗、军事、信息光电子等领域，近些年来始终占据激光器营收近一半份额并且表现出较高的增速。在一些应用中，半导体激光器需要有高亮度、低垂直发散角、窄光谱的特性。普通宽接触半导体激光器能够实现高功率输出，然而其侧向光束质量差导致亮度低。锥形半导体激光器能够同时实现高功率和高光束质量，进而实现高亮度输出。然而传统的锥形激光器也存在垂直发散角大和光谱宽的问题，这将限制其应用。光子晶体结构能够调控光场，从而改善半导体激光器性能。本论文基于普通的半导体工艺技术首次研制了不同结构的锥形光子晶体激光器，改善了侧向光束质量和垂直方向的模式特性，实现高亮度、低垂直发散角输出。在锥形光子晶体激光器基础上，我们设计了不同的光栅结构，调控纵模特性，实现窄光谱输出。本论文主要工作和创新内容如下: 1.首次在锥形激光器上引入了光子晶体结构，研制了2mm锥形光子晶体激光器。理论分析了光子晶体对垂直模式的调控和脊形波导对侧向模式的影响。实验上获得3W连续输出，电光转换效率达到35％。垂直发散角在15°左右，比普通结构激光器的垂直发散角减小50％。低注入水平下M2因子小于2，实现了近衍射极限和稳定的垂直模式输出，器件亮度16.5MWcm-2sr-1，明显高于普通宽接触半导体激光器。 2.为了提高输出功率和亮度，研制了4mm腔长、4°锥角的锥形光子晶体激光器，理论分析了模场分布随光子晶体结构参数的变化规律，优化了器件设计和工艺制作。实验上获得7.3W连续输出，电光效率为46％，脉冲功率17W。垂直发散角降低到11°左右，这是锥形激光器已报道的最小垂直发散角。亮度提高到41.7MWcm-2sr-1。为了进一步改善器件性能，我们研制了6°锥角的锥形光子晶体激光器。器件连续功率11.2W，电光转换效率49.7％，达到锥形激光器国内领先水平。垂直发散角在11°左右，首次获得了锥形激光器的近圆形光斑输出。高功率下的光束质量进一步改善，使得器件亮度提高到53.3MWcm-2sr-1。 3.设计并制作了窄锥角锥形光了晶体激光器，解决了锥形激光器侧向光束质量随电流增加迅速变差的问题。实验上获得3.3W连续输出，电光效率43％。垂直发散角在11°左右，侧向发散角在5°以内，垂直和侧向远场都是单瓣分布。侧向光束质量因了M2始终小于2.5，亮度提高到85.3MWcm-2sr-1，与窄脊条光子晶体激光器相比，功率提高37％、效率提高13％、亮度提高18％。双量子阱结构的窄锥角锥形器件电光效率达到52％，研究了封装和腔面钝化对功率的影响。 4.首次设计了基于狭槽结构的锥形光子晶体激光器，研究了狭槽位置对器件性能的影响，进一步解决了光谱宽的问题。实验上获得2W左右连续输出，两种器件在1W内光谱宽度在0.25nm左右，侧向M2因子都小于3。为了进一步改善光谱特性，设计了表面高阶DFB锥形光子晶体激光器并进行了初步实验，在3.2W时光谱宽度0.24nm，比无光栅的锥形激光器减小了92％，边模抑制比35.1dB。垂直发散角8.6°，比普通结构的垂直发散角减小71％。同时，狭槽结构和表面高阶DFB结构制作简单且成本较低。