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垂直腔面发射激光器(Vertical Cavity Surface Emitting Lasers，VCSEL)是一种新型的半导体激光器，和传统的边发射激光器相比，它具有低阈值电流、高转换效率、低功耗、小发散角、易于形成阵列，并且容易和光纤耦合以及易于光学元件集成等优点。长波长VCSEL器件所使用的材料有InP基的InGaAsP/InP,AlGaInAs/InP和GaAs基的GaInNAs/GaAs两种。但是InP基的材料载流子泄漏严重、对电子的限制较弱、P型材料的限制层与DBR反射镜的电阻大，造成热失效很明显，影响了器件的使用寿命，而GaInNAs材料刚好弥补了InP基材料的不足之处。GaInNAs材料具有很大的优点比如对热低敏感度、高的特性温度、高的带偏移比率、高的调变讯号率等，然而GaInNAs材料生长比较困难，N的掺入问题始终没有得到好的解决方法。本论文正是针对这个问题进行了GaInNAs材料生长研究，对VCSEL进行了理论研究与模拟计算。本论文的研究内容归纳如下：⑴对垂直腔面发射激光器结构进行理论计算与分析。分析了膜层的厚度、入射波长和入射的角度对DBR反射镜反射率的影响；分析了价带和导带的态密度、电子能级的占有率对量子阱增益的影响；分析了谐振腔的长度、腔面系数、光场限制因子等对器件阈值电流的影响。通过理论分析表明态密度增大和能级的电子占有率之差越大与增益成正比关系；谐振腔的长度增加，腔面反射系数减小都会使阈值电流增大，阈值电流增大会给VCSEL器件带特征温度升高，减小了器件的工作寿命。⑵通过PICS3D软件对850nm和980nmVCSEL结构进行模拟。分析了组成DBR的反射镜的不同对数和不同半导体材料对DBR反射率影响；分析了不同量子阱个数对反射率影响；模拟了850nm AlInGaAs/AlGaAs VCSEL和980nmGaInAs/GaAs VCSEL的阈值电流电压、输出功率、增益随载流子浓度的变化、不同量子阱个数的发射频谱和波强度变化。模拟结果表明DBR对数越多其反射率越高;达到相同反射率使用不同材料所需的DBR对数却不相同。Al0.9Ga0.1As/Al0.1Ga0.9As到达99.5%所需的对数是24对，但是GaAs/AlAs材料所需要的对数仅为22对；850nm VCSEL的阈值电流为0.3mA、斜率效率为0.75W/A，当电流为5mA时，输出的功率为4.2mW；980nm VCSEL的阈值电流为0.45mA，斜率效率为0.2W/A，当电流为5mA时，输出的功率为1.2mW。⑶研究了GaInNAs/GaAs应变量子阱的MOCVD生长。研究了不同的生长温度、不同的N/(N+As)流速比、不同N/As比对晶体薄膜质量的影响；采用退火对GaInNAs量子阱处理，研究了退火对GaInNAs薄膜性能的影响，并优化了退火时间和温度。采用Philips公司的PLM100PL光谱仪测试对生长样品进行了性能测试。