垂直腔面发射激光器(VCSEL)由于其良好的光束特性在激光泵浦、激光医学、激光显示、高密度数据存储等很多领域都具有广阔的应用前景，但较小的输出功率是制约其应用的一个重要原因。外腔技术和列阵技术是面发射激光器的研究热点，对于解决半导体激光器的光束质量与输出功率之间的矛盾是两个很有前途的途径。本论文是结合本实验室对VCSEL单管器件的研究积累，在国家自然科学基金重点项目：高功率垂直腔面发射激光器的研究(项目批准号：60636030)支持下开展的研究，主要工作包括：　　 1.对量子阱、DBR、谐振腔以及整个垂直外腔面发射激光器(VECSEL)外延片进行了理论计算和设计。生长和检测了VECSEL外延片，通过分析外延片的X射线衍射(XRD)图谱，光致发光(PL)谱、反射谱以及扫描电镜(SEM)的测量结果，表明量子阱生长准确性较高。　　 2.采用矩阵公式方法模拟计算了器件的光电场分布和不同窗口层厚度下的纵向增强因子，得出共振结构具有高增益和反共振结构具有宽带宽的增益特性，提出通过选择合适的窗口层的厚度可以获得具有较宽带宽的稳定工作激光器。　　 3.结合本实验室的实际情况，进行了808nm大功率边发射激光器的光纤耦合，制备了耦合效率达到90％，输出功率为1.9W的泵浦光源。搭建了980nm OPS-VECSEL实验系统并进行了实验研究，得到了90μW的功率输出，讨论了限制输出功率的原因。分析了“薄器件”和“腔内热沉”两种散热方式下VECSEL有源区的最大温升与热导率的关系，认为“腔内热沉”散热方式更有利于散热。　　 4.介绍了VCSEL列阵制作过程中的外延、刻蚀、氧化等关键工艺，制定了优化的器件制作工艺流程，制备了VCSEL列阵器件并对其性能进行了测试。其中127个单元的列阵室温连续输出转换效率达到了20％，217个单元的列阵脉冲输出功率达到了35W，均为国内列阵器件最高水平。