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该论文结合课题组承担的国家863、973及重大基金项目,对GaAs基垂直腔型表面发射和接收光电子器件以及光电集成模块及相关物理,进行了深入系统的理论和实验研究,器件波长波及850nm、980nm、1064nm和1310nm波段.具有一定开拓创新意义的主要结果如下:1.围绕器件结构及性能优化,对GaAs基多量子阱垂直腔型光子器件的共有特性进行综合的理论研究.包括引入等效腔长概念简化多层结构分析;通过纵向光场分布计算驻波效应,设计量子阱与光场有最大交叠使阱中增益或吸收得到最有效利用;深入分析分布布拉格反射镜的光学特性和电输运特性.2.为适应垂直腔型光子器件材料及工艺的特殊要求,自行建立了光反射谱、光透射谱和光电流谱多种微区测量相结合的综合检测手段,发展了对大周期DBR及多量子阱结构外延材料光学和光电质量快速判定的分析方法,具有自我特色.对高铝组分Al<,x>Ga<,1-x>As侧向选择性湿氮氧化、高精度DBR选择腐蚀技术等GaAs基垂直腔器件关键工艺进行深入定量的研究,为制备垂直腔器件奠定了可靠的基础.3.对GaAs基谐振腔增强型光电探测器进行了比较全面的理论和实验研究.用自洽解析理论和传输矩阵方法给出量子效率、波长选择、频率响应等探测器基本特征,并结合实验,深入研究器件光谱选择性、空间角度选择性及量子效率带宽兼容性与结构参数的关系.4.采用简明的三层膜模型及精确的多层膜传输矩阵方法,充分研究了基于量子限制Stark效应的RCE电吸收调制器的调制对比度与谐振腔模式位置、量子阱吸收特性以及DBR反射特性的优化对应关系.研究指出,提高谐振腔反射率有利于减少所需量子阱对数,从而减小工作电压,降低功耗,提高调制速度,更有利于在较小的吸收变化下提高调制对比度.这对高对比度、高速、窄模式线宽的RCE调制器的制备具有指导作用.进一步展望了长波长波段GaAs基RCE调制器在光通讯应用的前景.5.在对垂直腔面发射激光器的稳态、动态特性综合分析的基础上,设计VCSEL列阵发射模块所需低阈值、低串联电阻的器件结构,采用有源区双边侧向湿氮氧化隔离技术及内电极技术,改善器件热特性、电特性和光特性,制定合理工艺流程,解决关键工艺难点(包括Al<,x>Ga<,1-x>As侧向选择性湿氮氧化、高精度DBR选择腐蚀、列阵单元平面及台面制备技术),最终制备出电流限制孔径5~10μm的双氧化内电极结构垂直腔面发射器件及阵列芯片.6.结合应用实际,研究垂直腔发射器件及列阵与专用集成电路的光电混合集成,分别成功研制出单信道VCSEL光收发一体模块(信道传输速率≥622Mbit/s)和1×8、1×12、1×16多信道VCSEL光发射模块(单信道传输速率≥1.25Gbit/s).