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本论文“光泵浦半导体垂直外腔表面发射激光器(OPS-VECSSEL)芯片研制与性能研究”从多个方面对OPS-VECSEL外延增益片的生长与性质进行了研究和讨论，主要内容有：半导体量子阱(QW)的能带理论、Ⅲ-V族半导体化合物分子束外延(MBE)生长热力学性质研究、InxGa1-xAs/GaAs多量子阱的生长制备与结构优化、InxGa1-xAs/GaAs量子阱应变量对变温光致发光(PL)谱的影响以及1064 nm光泵浦半导体垂直外腔表面发射激光器等共五个主要部分。论文研究取得的成果及结论如下：
1、从半导体量子阱的能带理论中几个近似出发，叙述了利用kp微扰法对能带结构进行计算的过程和结果，讨论分析应变对量子阱能带结构影响。从理论上分别阐述了Inx,Ga1-xAs/GaAs应变量子阱中的量子尺寸效应、应变效应及量子化能级。
2、建立了Ⅲ-V族三元化合物半导体材料的MBE生长热力学模型。将晶格应变能、吸附和脱附对温度敏感同时纳入热力学模型之中，经简化与实验数据求解得到束流、生长温度和组分在生长过程中的相互关系。计算结果与实验材料InGaP/GaAs、InGaAs/InP及报道的GaAsP/GaAs,InAsP/InP的数据吻合得较好。进一步讨论和分析了四元化合物InGaAsP/GaAs的热力学生长模型。
3、深入研究了InxG-a1-xAs/GaAs量子阱生长结构及其光学性质。通过生长温度的优化、亚单层交替生长的引入、应变补偿方式的改变和退火优化提高了量子阱的性能，为InGaAs/GaAs结构的OPS-VECSEL外延增益片的MBE生长奠定了基础。优化结果得到：(1) InGaAs/GaAs应变量子阱最佳生长温度为520℃；(2)通过亚单层交替生长的引入提高了量子阱中In组分的均匀与可控性；(3)对InGaAs/GaAs应变多量子阱采用GaAsP双边应变补偿的界面失配度最小，补偿效果最好；(4)采用750℃，30 s快速热退火可以有效消除InGaAs量子阱层和InGaAs/GaAs界面处的非辐射复合中心，提高了量子阱PL谱发光强度；原位退火更好的消除表面缺陷，提高了PL谱发光峰强。
4、研究了应变随温度变化对InxGa1-xAs/GaAs量子阱带隙能量的影响。利用变温PL谱研究了Ino.182Gao.818As/GaAs应变及应变补偿量子阱在77~300 K温度范围内的发光特性。在Varshni公式的基础上，引入由应力导致的带隙能量变化项△Eg，带隙能量计算结果与实验数据吻合较好。通过不同温度下光致发光半峰全宽的变化验证了应力随温度变化对量子阱发光峰的影响。
5、制备了高质量的1064nm波长OPS-VECSEL芯片材料。通过优化工艺和精确控制，分布布喇格反射镜(DBR)中心波长反射率达到99.5％以上，实现应变量子阱激射波长、谐振腔的谐振波长与反射镜反射谱的中心波长三波长对准，实现了芯片材料的受激发光。在国内首次实现了1064nm波长OPS-VECSEL芯片材料的生长。