垂直腔面发射激光器（VCSEL）是一种新型的半导体激光器，其器件具有出光方向垂直于衬底，能够实现在片测试、易与其他光电子器件集成；阈值电流低；效率高；发散角小等优点。现代通信容量的急剧增大，迫切需要能够适应于密集波分复用（DWDM）技术的波长可调谐激光器器件。通信系统的需求和垂直腔面发射激光器的优点相结合，诞生了可调谐垂直腔面发射激光器，这种新型的器件必然会在光通信网络、计算机光互连、光谱学仪器、光学陀螺仪、原子钟等领域中具有广泛的应用前景。本论文围绕中心波长980nm单片集成微机械系统（Micro-Electro-Mechanical Systems，MEMS）可调谐VCSEL展开，在器件结构的优化设计方法、模式模型的建立、工艺制备和器件特性分析方面进行了深入的研究。器件制备后实现了波长从968.7nm到950nm连续调谐，调谐范围达18.7nm，在MEMS单片集成可调谐VCSEL器件制备上，这是目前国内可见报道的最大调谐范围。本论文主要的研究内容如下：　　 1.单片集成MEMS可调谐VCSEL调谐特性研究和器件结构优化设计利用求解普通VCSEL纵向驻波场分布和反射谱的方法，模拟计算了可调谐VCSEL器件的调谐特性，即调谐波长和空气层厚度的变化关系，两种方法计算结果一致。根据器件结构和模拟计算的调谐特性，给出了优化设计方案：调谐过程中纵向限制因子比原来器件结构大、调谐范围31.8nm。　　 2.可调谐VCSEL模式模型的建立　　 在求解纵向驻波场的基础上，利用有效折射率模型以及改进的有效折射率模型理论，建立了可调谐VCSEL的有效折射率模型，求解出了空气层厚度和有效芯层折射率、有效包层折射率的关系。通过在圆柱坐标中对麦克斯韦方程的详细求解，经过一系列计算近似，得到了模式理论表达式，并在求解出有效芯层、有效包层折射率的基础上得到了可调谐VCSEL的LP模式随空气层厚度的变化关系，建立了可调谐VCSEL的模式模型。　　 3.可调谐VCSEL器件的制备　　 分析了器件制备过程中的关键工艺步骤：悬臂DBR台阶的刻蚀和腐蚀、氧化工艺以及器件制备最关键工艺：牺牲层Al0.8Ga0.2As湿法腐蚀工艺。通过关键工艺步骤的单项实验探索工艺条件参数，尽量减小单步工艺对器件成品的影响。详细研究了SiCl4/Cl2的混合气体刻蚀GaAs材料的速率，分析了影响GaAs刻蚀的工艺参数，利用GaAs的最优刻蚀速率条件，确定了悬臂DBR刻蚀工艺参数，器件制备过程中发现，悬臂DBR的刻蚀速率在1.6μm-1.7μm之间；高温氧化过程中利用SiO2保护悬臂DBR和牺牲层，保护了悬臂DBR表面，减小了高温氧化对悬臂DBR的氧化深度。最后确定了单片集成MEMS可调谐VCSEL器件制备工艺流程。　　 4.器件制备成功后，通过测试表明，调谐偏压从0V-7V，器件的波长从968.7nm蓝移到950nm，调谐范围为18.7nm，调谐过程中，最大光谱半宽为4nm，器件呈现出了比较好的激光特性。将结合分布力模型应用到具体悬臂结构中，简化了悬臂偏移量和电压关系表达式，计算结果和实验结果基本一致。