半导体激光器是电光转换效率最高、波长范围最宽和可集成度最好的激光光源，广泛应用在光泵浦、光通信、光存储、激光打印以及材料处理等领域。半导体激光器的诸多性能参数如发散角、模式、光束质量、功率、相干性、时域特性等等决定了它有着许多特点和用途。光子晶体是一类介质材料折射率呈周期或准周期变化的人工微结构光电功能材料，其具有类似于半导体电子能带的光子能带结构，能够被用来灵活的调控光子态。众所周知，光子的粒子属性（能量、动量、质量等）和波动属性（频率、波矢、偏振等）密切联系，处于同一状态的光子数没有限制。光子态是如此的丰富，意味着其携带的信息也可以很丰富，所有的光学现象都是光子行为的表现。以半导体量子阱结构对电子的调控为基础，在传统半导体激光器中引入光子晶体结构，实现光子态-电子态的联合调控，将使半导体激光器的性能大大改善或出现新颖的特性。在半导体激光器的诸多性能参数中，我们最关心的面向通信或显示的三个主要性能参数:发散角、相干性和角动量。对于这些性能参数，目前国内外报道的情况要么是在1550nm波段生长材料困难，要么是同时实现电注入定向发射不容易，要么就是还没有实现电注入。　　本文基于光子晶体对光子态的调控，结合本组提出的横向腔面发射激光器，设计并制备了降低光束发散角或具有较低相干性的新型光子晶体面发射激光器，并提出了光子轨道角动量调控的电注入芯片级方案，主要研究工作和创新内容如下:　　1.理论上设计了光子晶体泄漏耦合阵列结构，结合成熟的光电子微纳加工技术制作了光子晶体阵列横向振荡垂直输出面发射激光器，在1545nm获得了脉冲功率2.3mW，直流功率0.5mW，边模抑制比为26dB，半高宽为0.12nm的激射。分析了不同刻蚀深度对远场发散角的影响，在刻蚀深度为0.4μm时获得了小于4.8°的发散角，测试分析得到的较小热阻为0.018K/mW。热阻越小，相应的有源区的温度越低，这有利于提高器件的稳定性和寿命。　　2.设计了孔径随机的光子晶体结构，计算了共振谱和场分布，研究了高斯随机分布方差为0，20，40和50nm时对结果的影响。实验上制备了不同随机程度下的光子晶体面发射激光器，随机结构的引入降低了激射阈值，同时证明随机结构中由于多重散射过程发生而形成的局域。实验结果与理论分析相吻合，最终获得了宽谱输出。此研究工作对可见光波段和其他波段的全场成像和显示具有参考和指导意义。　　3.基于四种基础结构（回音壁模式、角向光栅、V型槽和环形光栅）设计了一维光子晶体涡旋光发射器。利用一维光子晶体的反射特性，设计矩形结构在四个方向同时限制光场至中心区域，同时引入V型孔打破能量平衡，矢量调控使得能量沿着一定方向流动，理论上产生了涡旋光。最后还提出了一种电注入芯片级涡旋光产生的潜在可行性方案。