垂直腔面发射激光器(VCSEL)由于其体积小、阈值电流低、单纵模工作、易于集成等优点,被广泛应用于光通讯和光互连等领域。现阶段,随着手机摄像头3D识别功能的应用,940 nm VCSEL作为其中理想的光源,在电子消费领域得到了更为广泛的关注。对于VCSEL的器件结构,现阶段人们在理论和实验方面都做了很多研究,但是他们的研究针对的大多都是光通信领域的应用。在电子消费领域中,940 nm VCSEL在结构设计与优化方面的研究却很少。随着5G以及互联网的快速发展,带来的数据流量呈现爆炸式增长,人们对用于手机3D识别的940 nm VCSEL器件提出了更高的要求。电池能耗,光束质量以及人眼安全是手机等电子设备在日常应用中需要关注的问题。这些问题与VCSEL的阈值电流和光束质量密切相关。因此,改善VCSEL的光电特性和光学模式是目前主要的研究工作。本论文主要研究了用于3D识别的具有模式滤波器和半波长腔的940 nm垂直腔面发射激光器的光电特性和光学模式选择性与器件的结构参数之间的关系。不仅探究了垂直腔面发射激光器在两种腔长的情况下阈值电流和光限制因子的大小,还研究了模式滤波器的厚度和直径对基横模输出的影响。根据不同的结构参数,对阈值电流、输出功率、光场分布、反射率等进行分析比较,最终得出最优的器件结构参数,使其更加满足实际应用的要求。具体研究内容和成果如下:(1)研究了谐振腔长为λ/2和λ的VCSEL器件对应的阈值电流的大小。计算结果表明,相比λ腔长的VCSEL,腔长为λ/2时的阈值电流降低了 30.8%,输出功率增加了 14.3%。(2)研究了腔长为λ/2和λ时,光场在有源区沿腔长方向的分布。当腔长为λ/2时,光场分布在有源区中心峰位的光强峰值大于两侧相邻峰位;当腔长为λ时,有源区中心峰位的光强峰值小于两侧相邻峰位。计算结果表明,两种腔长对应的光限制因子分别为3.44%和3.01%;相比于λ腔的VCSEL,λ/2腔的VCSEL的光限制因子增加了 12.5%。(3)研究了模式滤波器的厚度和直径对基横模输出的影响。这种模式滤波器是通过增加高阶横模的镜面损耗来实现模式控制的。当滤波器的厚度从10 nm增加到160 nm时,所有横模在P型DBR上的反射率都是先减小后增大,并在80 nm时为最小值,所以滤波器的优化厚度为80 nm。当滤波器的直径从0.5 μm增加到5.5 μm时,基横模与高阶横模在P型DBR上的反射率之差先增大后减小,在直径为2.5μm时取得最大值,因此滤波器的优化直径为2.5 μm。