GaAs基垂直腔面发射激光器在干法刻蚀过程中，台面侧壁形成的缺陷会导致器件出现层结构分层、断裂以及氧化孔不规则等问题。针对该问题，提出了一种干法刻蚀与硫化铵钝化相结合的氧化前预处理方案，研究了硫化铵钝化处理对器件层结构以及氧化工艺稳定性的影响。扫描电子显微镜测试结果表明：器件侧壁层结构的分层现象减少，器件结构稳定性更好；高 Al 层的氧化速率更稳定，氧化孔形状更为规则。将该工艺方案用于制备氧化孔直径为5 μm的940 nm垂直腔面发射激光器，室温下，与传统工艺制备的器件相比，钝化后的器件的斜率效率提高了5%，各器件之间的性能一致性更好。同时，在1 mA的驱动电流下，激光器的边模抑制比可达36 dB，处于单模激射状态。在优化后的氧化工艺条件下，制备了形状规范的氧化孔结构，进一步改善了氧化限制型垂直腔面发射激光器的性能。

为了改善用于铷原子钟的795 nm垂直腔面发射激光器（VCSEL）的偏振稳定性，研究了不同氧化孔径和椭圆度对VCSEL偏振性能的影响。利用COMSOL Multiphysics的波动光学频域模块模拟了不同氧化孔径对有源区谐振光强的影响。结果表明，当氧化孔径为3.5~4.0 μm时，有源区的谐振强度最高。采用可实时观察的湿法氧化系统，研究了氧化温度对氧化速率和氧化孔椭圆度的影响。随着注入电流的增加，三种不同椭圆氧化孔的VCSEL表现出不同的模式特性、偏振特性和偏振角旋转特性。测试结果表明，带有长轴径为3.7 µm、椭圆度为1.7的椭圆氧化孔的VCSEL性能最佳。在85 ℃下，当注入电流为1.5 mA时，输出功率为0.86 mW，激光波长为795.4 nm，边模抑制比（SMSR）为43 dB，线宽为65 MHz，正交偏振抑制比（OPSR）为23.8 dB。在0.6~2.7 mA的范围内，VCSEL的主偏振方向保持不变。

湿法氧化工艺是垂直腔面发射激光器(VCSEL) 制备过程中极为关键的技术,但目前氧化工艺的稳定性和可控性仍有待完善。针对氧化过程中的核心因素——氧化温度进行深入研究,通过设置对照实验,探究了氧化温度对氧化速率及氧化孔形状的作用规律,这对精确控制氧化孔的尺寸和形貌并改善器件的电光特性具有重要意义。同时根据AlGaAs氧化反应机理,优化设计了氧化温控曲线,实验结果表明,通过该氧化温控氧化的样品具有非常良好的热稳定性,整体结构可靠性高。

在湿法氧化过程中采用一种自制的新型红外光源显微镜和CCD相机俯视成像系统监测被氧化晶圆片上氧化标记点颜色的变化, 通过CCD相机得到的氧化标记点尺寸大小与实际氧化标记点尺寸大小的比例计算, 由氧化标记点变化颜色的尺寸大小获得实际晶圆被氧化尺寸大小, 反馈调节氧化工艺, 保证控制垂直腔面发射激光器(VCSELs)的氧化孔径精度在±1 μm。根据氧化实验总结高Al组分含量对氧化孔形状影响、氧化速率随温度变化及氧化深度随时间变化规律, 得到在炉温 420 ℃、水浴温度 90 ℃、氧化载气N2流量 200 mL/min的工艺条件下, 氧化速率为 0.31 μm/min, 实现量产高速调制 4×25 Gbit/s的850 nm VCSELs。室温条件下, 各子单元器件工作电压为 2.2 V, 阈值电流为 0.8 mA, 斜效率为 0.8 W/A。在 6 mA工作电流下, 光功率为 4.6 mW。

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。

研究了Al_xGa_1－xAs／GaAs材料中高Al组份的Al_xGa_1－xAs层在400～500℃与水汽发生氧化反应的氧化特性。许多影响因素，如待氧化层厚度、组分、氧化温度、气体流量都不同程度影响氧化速率，影响到氧化物限制工艺的整体质量。实验得到Al_xGa_1－xAs中x值、厚度、氧化温度等因素与氧化速率有关，并发现气流量对Al_xGa_1－xAs层的氧化过程有重要的影响，实验测定了气流量与Al_xGa_1－xAs层氧化速率的关系。