亚波长以及纳米级别的超小型化激光器研究对于生物医学领域的探测及成像有许多潜在应用,超小型化激光器也是激光技术及光子集成电路的重要课题,对于未来通信技术发展具有基础作用。本文在前人设计的金属半导体激光器基础上,对谐振腔结构进行全新设计,提出双凹型谐振腔激光器的设计思路,包括具有高斯光束形状的谐振腔结构,以及具有侧壁独立可调的双凹型谐振腔结构。高斯型谐振腔具有圆柱形反射端面和高斯光束波前分布形状弯曲侧壁。圆柱形反射端面使谐振模式的光场能量集中于腔中心,远离金属侧壁减小损耗。弯曲侧壁结构减小垂直金属侧壁的电场分量,减小表面等离激元模式并减小金属损耗。通过理论研究及数值仿真,理论证明了高斯型谐振腔相对传统矩形腔结构及胶囊型结构的优越性。例如,激发波长为1550 nm附近的高斯型结构,当谐振腔体积为0.423λ~3时,数值仿真证明了62.4?（32）的超小阈值电流,这对于金属半导体纳米激光器的结构设计提供了新机制和新方法。在高斯型谐振腔结构启发下,设计了更具一般性的双凹型谐振腔结构。双凹型谐振腔的侧壁形状是内凹曲线,本文研究了三类内凹曲线,均与圆柱形端面相互独立,这对于谐振腔设计灵活性有进一步提升。通过数值仿真理论上证明双凹型结构有效降低谐振腔的辐射损耗,提高谐振腔Q值。本文提出的两类谐振腔设计结构能够有效的提升激光器性能并同时缩小体积,为拓展超小型化激光器在生物医学领域的应用前景奠定了理论基础。