设计了中心波长为520 nm的AlGaInN/InGaN 应变补偿分布布拉格反射镜(DBR)结构, 通过调节组分参数实现应变补偿, 使DBR整体应变为0, 采用传输矩阵法, 计算了Al0.7Ga0.3-xInxN/InGaN DBR、Al0.8Ga0.2-xInxN/InGaN DBR、Al0.9Ga0.1-xInxN/InGaN DBR的反射光谱。通过对DBR结构参数进行对比, 优化了其结构和反射性能。首先对比高低折射率层生长顺序, 发现对于Al0.8Ga0.14In0.06N/In0.123Ga0.877N DBR, 先生长高折射率层时, 反射率高达99.61%, 而先生长低折射率层时, 反射率仅为97.73%; 然后对比奇数层DBR和偶数层DBR, 发现两者的反射谱几乎重合, 没有显著区别; 通过研究DBR对数对反射率的影响, 发现对数在20~30对时, 反射率随着对数的增加明显上升, 30~40对时反射率增长缓慢; 最后研究了材料组分对反射谱的影响, 发现Al组分高的DBR折射率差大, 反射性能更优, 而相同Al组分的AlGaInN中In含量越低反射率越高。考虑到DBR制备过程中可能出现的厚度和组分偏差, 模拟了厚度和组分出现偏差时反射谱的变化, 发现高低折射率层厚度每增加或减少1 nm, 反射谱红移或蓝移4~5 nm; 而组分的偏差使高反射带带宽和中心波长处反射率发生明显变化。本文的研究为AlGaInN/InGaN DBR的设计和制备提供了一定的理论参考。

基于能带理论和分布布拉格反射镜(DBR)的工作原理, 分析了垂直腔面发射激光器(VCSEL)中DBR串联电阻较大的原因。采用组分渐变降低DBR结构中异质结界面处势垒, 优化DBR的各层掺杂浓度, 通过调控费米能级进一步降低DBR中的异质结势垒, 从而有效降低DBR串联电阻。实验采用Al0.22Ga0.78As/Al0.9Ga0.1As作为生长DBR的两种材料, 设计了DBR各层厚度, 研究了AlGaAs材料的最佳生长温度, 利用MOCVD外延技术完成了795nm VCSEL突变DBR与渐变DBR的生长。经过工艺制备, 测得突变DBR和渐变DBR的电阻分别为6.6和5.3Ω, 优化生长后的DBR电阻得到有效降低。

通过在N型分布布拉格反射镜(DBR)中采用高热导率AlAs材料, 且增加AlAs层所占的厚度比例, 在保持DBR反射率基本不变的情况下, 大幅度增加了N型DBR的热导率, 提高了器件高温工作性能。制作了氧化限制型顶发射VCSEL器件, 不同温度条件下的直流测试结果表明：25 ℃时热反转功率超过8 mW；85 ℃ 时热反转电流为11 mA, 功率达5 mW, 表现出较好的高温工作特性。远场发散角小于17°。0～70 ℃的温度条件下眼图都较清晰, 表明器件满足高温25 Gbit/s工作要求。

针对当前2.0 μm GaSb基垂直腔面发射激光器发展中由于传统的P面分布布拉格反射镜(P-DBRs)带来的高电阻和严重光吸收这一瓶颈问题, 采用严格耦合波方法仿真设计了含高对比度亚波长光栅(HCG)的P面反射镜.实验结果表明, 这种制备工艺简单的反射镜在2.0 μm 中心波长附近, TM波入射时反射率超过99.5%的高反射带宽为278 nm, 反射率99.9%以上的高反射带宽达到148 nm, 完全能够满足VCSEL对谐振腔镜的要求, 且能有效避免因异质外延等造成反射镜衍射特性劣化等问题.

根据分布布拉格反射镜(DBR)的工作原理，优化量子阱(QW)和DBR结构，采用Crosslight 计算机模拟软件模拟了垂直腔面发射半导体激光器(VCSEL)的反射谱和QW增益谱，确定QW组分、厚度以及DBR的对数。采用分子束外延技术外延生长并制备了850 nm顶发射VCSEL。测试结果表明，阱宽为5 nm的In0.075Ga0.925As/Al0.35Ga0.65As QW，在室温下激射波长在840 nm左右，设计的顶发射VCSEL结构通过Ocean Optics Spectra Suite软件验证，得到室温下的光谱中心波长在850 nm附近，证实了结构设计的正确性。

设计了一种基于InP 衬底的1.55μm 短腔垂直腔面发射激光器(VCSEL),先从结构上对上下反射镜进行了优化设计,然后重点对谐振腔的腔长进行了优化,采用1λ短腔结构,用Matlab软件进行了仿真,结果表明:优化后的VCSEL器件的输出功率为2.22mW, 饱和松弛响应频率fR,sat为34.5GHz, 最大-3dB带宽为30.5GHz, 与目前此波段的最大带宽(19GHz)相比, 提高了约60%。

根据多光束干涉原理，基于迭代算法，设计出用于异质结太阳能电池的异型分布布拉格反射（IDBR）结构。通过优化设计S1（500 nm+800 nm）、S2（500 nm+900 nm）、S3（500 nm+1000 nm）、S4（500 nm+800 nm+1000 nm）4种不同中心波长组合的异型布拉格背反射结构，发现S3具有最佳宽频带高反射效果，该异质结由两对非晶硅(32 nm)/氮化硅(61.78 nm)分布式布拉格反射（DBR）结构与三对非晶硅(64 nm)/氮化硅(123.57 nm) DBR结构组成。借助等离子体增强化学气相沉积(PECVD)的方法在异质结太阳能电池背面生长出具有五对α-SiH/SiN结构的异型布拉格反射镜，并测试其反射光谱曲线。实验证明该异型布拉格反射镜在730～1155 nm的光谱范围内反射率达到90%，在750~1110 nm波长范围内的反射率高达95％，从而具有显著提高太阳能电池的宽谱吸收效率的潜力，可以对1000~1155 nm范围内的红外光进行有效反射，增强电池对红外波段的吸收。

为了提高980 nm垂直腔面发射激光器(VCSEL)列阵的整体性能，对列阵单元器件的分布布拉格反射镜(DBR)的反射率进行了优化。分析了DBR的反射率与阈值电流，输出功率及转换效率之间的关系，在维持较低阈值电流的前提下适当调节了N-DBR的反射率，使单元器件斜率效率得到了有效提高，进而改善了VCSEL列阵的整体输出特性。优化DBR反射率后研制出的包含64个单元的VCSEL列阵器件在注入电流为6 A时的连续输出功率为2.73 W；在脉宽为100 ns，重复频率为100 Hz的130 A脉冲电流驱动下输出功率达到115 W；包含300个单元的列阵器件在注入电流为18 A时，连续输出功率达到5.26 W。对N-DBR反射率进行优化后，VCSEL列阵的整体输出特性得到了有效改善。

为实现垂直腔面发射半导体激光器（VCSEL）在808 nm波长的激射，对VCSEL芯片的整体结构进行了设计。基于应变量子阱的能带理论、固体模型理论、克龙尼克潘纳模型和光学传输矩阵方法，计算了压应变InGaAlAs量子阱的带隙、带阶、量子化子能级以及分布布拉格反射镜（DBR）的反射谱，从而确定了量子阱的组分、厚度以及反射镜的对数。数值模拟的结果表明，阱宽为6 nm的In0.14Ga0.74Al0.12As/Al0.3Ga0.7As量子阱，在室温下激射波长在800 nm左右，其峰值材料增益在工作温度下达到4000 cm-1；渐变层为20 nm的Al0.9Ga0.1As/Al0.2Ga0.8As DBR，出光p面为23对时反射率为99.57%，全反射n面为39.5对时反射率为99.94%。设计的顶发射VCSEL结构通过光电集成专业软件（PICS3D）验证，得到室温下的光谱中心波长在800 nm处，证实了结构设计的正确性。