光子晶体是一种折射率呈周期分布的微结构，能够有效地控制和操纵光波的辐射和传播。光子晶体微腔具有极高的品质因子，有望制作极低阈值的微腔激光器。光子晶体垂直腔面发射激光器则具有很宽的单模波长范围和单模高功率等优点。这两种新型的激光器具有很高的科学意义和应用价值。本论文从理论和实验上对光子晶体微腔激光器和光子晶体垂直腔面发射激光器进行了较系统的研究。　　 本论文工作是围绕目前课题组承担的国家自然科学基金项目“二维半导体光子晶体微腔面发射激光器研究”(项目编号：60377011)、“二维光子晶体及器件的微加工及特性研究”(项目编号：60345008)、国家863计划项目“二维半导体光子晶体激光器研究”(项目编号：2003AA311020)和所创新项目“半导体光子晶体器件研究”开展的研究。主要研究内容和创新性成果如下：　　 利用时域有限差分(FDTD)和Pade近似计算光子晶体微腔品质因子等特性。以一种单缺陷、引入变形和位移的光子晶体微腔为模型，详细地讨论了如何优化计算方法和光子晶体结构得到品质因子很高的光子晶体微腔。得到了品质因子近百万的单缺陷微腔，是目前世界上报道的最高结果。首次提出了若干种新型的光子晶体微腔，给出了初步的优化结果。　　 系统研究了InP基光子晶体微腔激光器的工艺流程，包括电子束曝光、干法刻蚀和湿法腐蚀空气桥等关键工艺，制作出了InP基光子晶体微腔。　　 系统分析了光子晶体垂直腔面发射激光器的基本原理和设计方法。讨论了DBR反射率随层数、厚度、吸收、入射角变化规律。利用转移矩阵法计算得到的垂直腔结构其量子阱与垂直腔内的驻波分布相匹配、DBR反射谱与垂直腔模相匹配。利用平面波展开法研究了光子晶体垂直腔面发射激光器的设计分析方法。详细分析并计算了三角晶格、正方晶格光子晶体的单缺陷、去掉七个孔缺陷的等效V参数。首次提出了正方晶格更容易实现单模工作。　　 系统研究了制作GaAs基光子晶体垂直腔面发射激光器的整个工艺流程。重点分析了湿氧化工艺中氧化深度、氧化速率、台面尺寸、氧化温度、氧化时间之间的变化规律。摸索了光刻和电子束曝光制作光子晶体的方法，掌握了光刻光子晶体图形的工艺。制作出了GaAs基光子晶体垂直腔面发射激光器。　　 搭建了光子晶体垂直腔面发射激光器的材料和器件测试系统，测得了外延材料的DBR反射谱、垂直腔模和量子阱峰值增益波长。在国内首次实现了GaAs基光子晶体垂直腔面发射激光器的激射，利用器件测试系统测得了激光器P-I特性、激射光谱、远场光斑等特性。