半导体激光器由于具有电光直接转换、响应速度快、体积小、可靠性高、使用寿命长等特点,被广泛应用于光存储、光传感、光通信等领域。现有的边发射半导体激光器多为分布反馈（Distributed Feedback,DFB）激光器和分布式布拉格反射（Distributed Bragg Reflector,DBR）激光器,这两类激光器均采用了掩埋光栅结构,器件制作时需用电子束光刻（Electron Beam Lithography,EBL）定义一阶光栅图案,并在紧靠有源区的位置刻蚀光栅,再利用金属有机化学气相沉积（Metal Organic Chemical Vapor Deposition,MOCVD）技术二次外延,生长上盖层,整个制作过程复杂、工艺要求较高,特别对于GaAs/AlGaAs材料体系的半导体激光器,再生长过程中易发生氧化,整个刻蚀再生长工艺会给激光器的可靠性带来更大的挑战。另外,对于某些波长的激光器,由于外延材料生长工艺还不成熟,不适宜采用掩埋光栅方案。因此设计和制作一款无需再生长、工艺简单、高可靠性、低成本的单纵模半导体激光器极具现实意义和应用价值。本论文研究了一种基于高阶表面光栅的DBR半导体激光器,器件采用高阶表面光栅代替传统掩埋光栅来提供光反馈并实现波长选择,激光器制作时只需一次外延生长,光栅刻蚀在脊波导表面,这样的设计避免了二次外延可能产生的材料缺陷,降低了光栅制作难度,节省了工艺步骤,降低了制作成本。论文对表面光栅参数及激光器结构进行了优化设计,摸索并开发了基于窄槽宽、高深宽比表面光栅的DBR激光器制作工艺,实验制作了O波段的高阶表面光栅激光器,并对其进行了性能测试。主要的研究内容和创新点如下:（1）构建了基于散射矩阵方法的光栅分析理论模型,并利用时域有限差分方法对散射矩阵方法的数值计算结果进行了验证。通过对传统矩形槽高阶表面光栅进行仿真,分析了光栅槽宽、深度、周期、长度等参数对光栅区的反射、透射及损耗的影响。结果表明,减小槽的宽度可以有效地降低光栅的散射损耗,并且当光栅槽宽约为四分之一光栅布拉格波长时,光栅区的损耗最低,此时的损耗只有常规1微米宽槽表面光栅的十分之一。在此基础上,考虑到实验中工艺制作的影响,分析了V形槽高阶表面光栅,通过优化设计,提出了一种低阈值高斜率效率的V形窄槽宽高阶表面光栅激光器。（2）采用耦合波方程对光栅进行了描述,并结合时域行波方程建立了适用于高阶表面光栅DBR激光器模拟的时域行波模型,用该模型设计模拟了窄槽宽高阶表面光栅DBR激光器。理论表明,所设计的窄槽宽高阶表面光栅DBR激光器具有良好的器件特性。（3）开发了InP基V形窄槽宽高阶表面光栅激光器的制作工艺,并首次实验制备、测试了InP基V形窄槽宽高阶表面光栅激光器。通过测量测试结构,提取了制作激光器的关键参数,为器件性能分析和后续的优化设计提供了实验依据。（4）优化了V形窄槽宽高阶表面光栅激光器的设计结构和制作工艺,实验制备了优化后的V形窄槽宽高阶表面光栅激光器,并对所制作激光器芯片进行测试,详细表征了解理面和镀膜两种情况下激光器的静态特性和调制特性。测量结果表明,所制作的V形窄槽宽高阶表面光栅激光器具有稳定的单模特性,其阈值约为10 m A,斜率效率为0.28 m W/m A,边模抑制比大于50 d B,3 d B直接调制带宽约15 GHz。