GaAs基垂直腔面发射激光器在干法刻蚀过程中，台面侧壁形成的缺陷会导致器件出现层结构分层、断裂以及氧化孔不规则等问题。针对该问题，提出了一种干法刻蚀与硫化铵钝化相结合的氧化前预处理方案，研究了硫化铵钝化处理对器件层结构以及氧化工艺稳定性的影响。扫描电子显微镜测试结果表明：器件侧壁层结构的分层现象减少，器件结构稳定性更好；高 Al 层的氧化速率更稳定，氧化孔形状更为规则。将该工艺方案用于制备氧化孔直径为5 μm的940 nm垂直腔面发射激光器，室温下，与传统工艺制备的器件相比，钝化后的器件的斜率效率提高了5%，各器件之间的性能一致性更好。同时，在1 mA的驱动电流下，激光器的边模抑制比可达36 dB，处于单模激射状态。在优化后的氧化工艺条件下，制备了形状规范的氧化孔结构，进一步改善了氧化限制型垂直腔面发射激光器的性能。

湿法氧化工艺是垂直腔面发射激光器(VCSEL) 制备过程中极为关键的技术,但目前氧化工艺的稳定性和可控性仍有待完善。针对氧化过程中的核心因素——氧化温度进行深入研究,通过设置对照实验,探究了氧化温度对氧化速率及氧化孔形状的作用规律,这对精确控制氧化孔的尺寸和形貌并改善器件的电光特性具有重要意义。同时根据AlGaAs氧化反应机理,优化设计了氧化温控曲线,实验结果表明,通过该氧化温控氧化的样品具有非常良好的热稳定性,整体结构可靠性高。

基于非对称氧化技术, 引入氧化孔径横向光场损耗各向异性, 使得TE/TM偏振光功率差进一步增加, TM偏振得到有效抑制, 从而实现795nm垂直腔面发射激光器单偏振稳定输出。实验结果显示: 当氧化孔径为7μm×5.5μm时, 不同温度下偏振抑制比均在10dB以上, 最高达到16.56dB; 当氧化孔径为20μm×18μm时, 偏振抑制比也可以达到15.96dB。最终, 得到偏振抑制比为16dB、水平发散角为8.349°、垂直发散角为9.340°的单偏振稳定输出795nm垂直腔面发射激光器(VCSEL), 为实现单偏振高光束质量VCSEL激光光源提供了实验基础。

为实现894.6 nm低阈值、高稳定性、单模激光输出,设计了具有不同台面刻蚀结构的垂直腔面发射激光器(VCSEL)器件,研究了台面直径和氧化孔结构对器件激射性能的影响。研究结果表明: VCSEL台面直径越大,阈值电流越大;氧化孔径越偏向圆形,边模抑制比越高。制备了氧化孔为圆形、直径为4.4 μm的VCSEL器件,该器件在70~90 ℃工作温度及0.6 mA驱动电流下实现了894.6 nm单模激光输出,边模抑制比高于35 dB。