高功率垂直腔面发射半导体激光器（VCSEL）内部的自生热是影响器件功能的重要因素，为改善器件的散热性能，采用AlN膜做钝化层研制了基于AlN膜钝化层的980 nm高功率VCSEL器件。对高功率VCSEL进行模拟仿真与理论分析表明，采用AlN膜钝化层可以改善器件内部的温度分布，降低器件的热阻，提高器件的散热能力；采用相同的外延片与工艺实验制备了出光孔径同为200 μm的AlN膜钝化层和传统的SiO2膜钝化层的高功率VCSEL器件；对两种不同的钝化层的器件性能进行了实验对比测试，结果表明AlN膜钝化层的高功率VCSEL器件室温下的最大输出功率可达470 mW，比同温度下SiO2膜钝化层的高功率VCSEL器件的最大输出功率高140 mW。AlN膜钝化层的高功率VCSEL在外界温度80 ℃时，仍能正常激射，具有良好的温度适应性与光电性能。

为提高高功率垂直腔面发射激光器(VCSEL)光电性能，对氧化限制型高功率VCSEL湿法腐蚀工艺进行了实验研究。实验中采用H3PO4系溶液替代以往制备此类器件常用的H2SO4系溶液作为高功率VCSEL外延片的腐蚀液，利用扫描电镜(SEM)研究了腐蚀后外延片氧化窗口的腐蚀形貌变化与腐蚀液浓度的关系，消除了以往采用H2SO4系溶液腐蚀时，高功率VCSEL氧化层侧壁出现的“燕尾”结构; 通过改变湿法腐蚀工艺的外部温度条件和腐蚀液的浓度配比，实验研究了高功率VCSEL湿法腐蚀速率规律，最后得出了制备高功率VCSEL时湿法腐蚀工艺的最佳外部温度条件与腐蚀液的最佳浓度配比。

The enlargement of the emitting aperture is usually one of the important methods of increasing verticalcavity surface-emitting laser (VCSEL) optical output power. However, in a VCSEL with a larger aperture, the inhomogeneity in the injected current often causes inhomogeneous or even no emission. To solve this problem and to increase VCSEL output power, as well as to improve its thermal characteristics, we develop a new type of injected VCSEL with a larger aperture and a reticular electrode, where the conventional circular injection electrode of the P side is turned into a reticular one, and the heat sink is on the N side. The tests of the new VCSEL show an improvement in homogeneity in not only the injected current but also the emission intensity. The optical output power is also considerably increased, and the device optoelectronic performance is improved.

为改善高功率垂直腔面发射半导体激光器的热特性,提高它的输出功率,研制了新型径向桥电极高功率垂直腔面发射半导体激光器器件.对新型半导体激光器的结构模型进行理论分析表明,采用径向桥式电极可以降低器件P型DBR电阻,减小焦耳热;降低热阻,提高器件的散热能力.实验制备了出光孔径同为200 μm的径向桥电极与常规电极的高功率垂直腔面发射半导体激光器,并对器件的性能进行了实验对比测试.结果表明径向桥电极高功率垂直腔面发射半导体激光器器件的微分电阻为0.43 Ω;室温下最大输出功率可达340 mW,是常规电极垂直腔面发射半导体激光器的1.7倍;器件的热阻为0.095 ℃/mW,在80 ℃时,仍能正常激射,具有良好的热特性,径向桥电极高功率垂直腔面发射半导体激光器的光电特性与温度特性要远好于常规电极的高功率垂直腔面发射半导体激光器器件.

为实现对垂直腔面发射半导体激光器氧化孔径的精确控制, 提高其光电特性, 对湿法氧化工艺进行了实验研究.在不同的氧化温度下, 对相同结构的垂直腔面发射半导体激光器模拟片进行湿法氧化.采用X射线能谱分析仪, 对氧化后模拟片的氧化层按不同的氧化深度对其氧化生成物进行检测.依据氧化生成物中氧元素组分浓度的变化, 对氧化过程进行了分析与讨论, 推导出在一定的温度下, 氧化速率随时间变化的一般规律.提出了在垂直腔面发射半导体激光器的湿法氧化工艺过程中, 适当降低氧化温度, 延长氧化时间, 可减小氧化限制孔径的控制误差,提高氧化工艺的准确性与稳定性.

为改善垂直腔面发射半导体激光器(VCSEL)的热特性, 提高其光电性能, 研制了新型辐射桥结构的VCSEL, 即采用辐射桥状的电流注入通道取代以往传统结构VCSEL的环形电流注入通道。研究表明辐射桥结构可以降低VCSEL器件的体电阻和热阻, 改善器件的模式特性。在同一外延片上, 采用相同的工艺制备了辐射桥结构与传统结构两种VCSEL器件, 并对两种器件的光电性能进行了对比测试。结果表明, 辐射桥结构VCSEL比传统结构的VCSEL微分电阻降低25％, 输出功率提高到1.6倍;辐射桥结构的VCSEL具有良好的温度特性与模式特性, 80 ℃时仍能正常激射, 60 ℃时最大输出功率可达17 mW, 器件的热阻可达1.95 ℃/mW;器件单模工作, 其总体性能远优于传统结构的VCSEL器件。

为实现垂直腔面发射激光器(VCSEL)氧化孔径的精确控制，对垂直腔面发射激光器湿法氧化工艺的氧化速率规律进行了实验研究。在不同的温度下对垂直腔面发射激光器样品进行湿法氧化，氧化后采用扫描电镜(SEM)对氧化层不同氧化深度处生成物组成进行了微区分析。结果表明在不同氧化深度处氧化生成物各元素的组分含量不同，尤其氧元素的组分含量差别较大。分析和讨论了氧化不同阶段的反应类型和反应生成物，并建立了氧化速率随时间变化的数学模型，推导出在湿法氧化过程中，氧化速率随时间按指数规律变化，指出在一定的温度下，氧化时间越长，氧化速率越趋于稳定; 适当降低氧化温度，延长氧化时间可提高氧化工艺的可控性与准确性。