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与传统的边发射半导体激光器相比，垂直腔面发射激光器具有光束质量好、阈值电流低、单纵模工作、易于二维列阵集成和制造成本低廉等优点，引起了人们的广泛关注。近年来，由于其在固体激光泵浦、医疗、光通讯等领域的巨大应用市场极大地推动了VCSEL器件的研究和发展。面对各种不同的应用，人们制作了不同波段的VCSEL器件，为了泵浦掺铒光纤激光器，研制了高功率980nm器件，而发射波长为1060nm的大功率激光器在医学、工业、军事上具有广泛的应用，另外，采用腔内倍频的方法还可以输出532nm的绿光，市场上的绿光激光器主要是采用这种方法获得。现阶段1060nm VCSEL器件的研究主要集中在光互连等小功率器件。本文主要对大功率1060nmVCSEL器件进行设计，并在此基础上对980nmVCSEL的单管和列阵结构进行优化。首先对1060nmVCSEL器件的有源区和上下DBR进行了理论计算和结构设计。采用张应变的GaAsP材料作为垒层，以降低InGaAs量子阱有源区的平均应变。计算了量子阱的带隙、带阶、量子化子能级等，对比了不同In组分、阱数和阱宽的VCSEL器件性能，最终确定的器件的有源区为3个In0.28Ga0.72As/GaAs0.8P0.2量子阱，阱层厚度为9nm，垒层厚度为15nm。对比了GaAs、Al0.15Ga0.85As和GaAs0.8P0.2三种材料作为垒层时的温度特性，发现随着温度的升高，GaAs0.8P0.2垒层量子阱的材料增益以及器件的输出功率降低更加缓慢，具有更好的高温特性。选择四分之一波长厚的Al0.1Ga0.9As和Al0.9Ga0.1As作为高低折射率材料组成上下DBR，考虑色散、吸收损耗和串联电阻的影响，采用传输矩阵的方法计算了不同对数DBR的反射谱。P-DBR高反射镜在30对时发射率达到99.9%以上，N-DBR低反射镜在20对时的反射率超过99.3%。利用PICS3D专业软件对该结构进行模拟，考虑温漂的影响，激射光谱的中心波长在1050nm附近，符合要求。在1060nmVCSEL结构设计的基础上，对980nmVCSEL器件的结构进行了优化，综合考虑器件的阈值电流、输出功率以及转换效率等方面，得出了n-DBR的最佳反射率。研制了980nmVCSEL单管和列阵器件，对VCSEL器件的输出功率及激射光谱进行了测试。500μm直径单管器件在注入电流为110A时，峰值功率达到102W，功率密度为52KW/cm2，与优化前相比有了极大的提高，4*4、5*5列阵器件在100A时，功率分别达到98W和103W。对比了500μm单管器件在连续、准连续和脉冲工作条件下的P-I特性和光谱特性，在连续工作时，随着电流的增加，器件的自热效应导致内部温度升高，使得输出功率很快饱和。而且器件的激射波长发生明显红移，漂移速率达到0.92nm/A，而在准连续下，漂移速率为0.3nm/A，脉冲条件下仅为0.0167nm/A，远小于连续和准连续的情况。建立了垂直腔面发射激光器列阵的热传导模型，利用Comsol Multiphysics软件对模型进行了模拟计算。通过改变底发射列阵中单元直径和间距，得出了列阵温升的趋势。为了降低温升减小列阵尺寸，增加功率密度，单元直径应小于150um，最佳值在50-100um。实验制作了4*4、5*5和8*8列阵并进行了测试，功率分别为580mW、1440mW和2100mW，对应功率密度分别为115W/cm2、374W/cm2和853W/cm2。通过光谱的波长漂移计算出4A时的温升分别为120℃、58℃和38℃。理论模拟结果与实验数据符合的较好，可以对实验进行有效的指导。最后研制的口径为100um的8*8和10*30阵列，连续输出功率分别达到2.73W和5.26W。