由于高功率垂直腔面半导体激光器(VCSEL)与传统的大功率边发射半导体激光器相比具有很多独特的优点,近年来,高功率VCSEL的研制已经成为国内外众多科学工作者的研究热点。但由于VCSEL存在严重的自生热,自生热引起温度升高,对器件的性能影响很大,使国内外关于高功率VCSEL的研制一直进展缓慢,热问题已经成为制约高功率VCSEL发展的一个关键难题。为了解决高功率VCSEL的热问题,提高VCSEL的输出功率,我们从减少器件生热、增加器件散热出发,设计并研制了980nm基于AlxNy膜钝化层的径向桥电极高功率VCSEL,其主要的研究内容有：1、介绍了高功率VCSEL的热相关理论：分析了热效应对高功率VCSEL性能的影响；指出了高功率VCSEL的内部热产生机理,阐明高功率VCSEL的P型DBR的焦耳热是高功率VCSEL的重要热源；依据热阻的定义,我们分析和推导了高功率VCSEL的热阻公式,指出热阻与高功率VCSEL的有源区面积成正比,与热源到热沉的距离成反比；最后根据热传导理论建立了计算高功率VCSEL内部温度分布的热分析模型。2、从改善器件的温度特性、提高器件的输出功率出发,对高功率VCSEL外延片进行了相关的理论设计。采用InGaAs/GaAsP应变补偿量子阱材料作为器件有源层,理论分析表明,InGaAs/GaAsP应变补偿量子阱材料对载流子的限制作用更强,因此具有较好的温度特性；在谐振腔的设计中,通过调整阱材料InGaAs中In组分与垒材料中P组分,得到970nm的器件增益谱波长,使器件具有较宽的温度适应性；在DBR的设计上,采用Al0.9Ga0.1As/Al0.1Ga0.9As线形渐变结构,大大降低了P-DBR的串联电阻,减小了器件内部的焦耳热。3、从改善器件的散热能力、提高器件性能出发,对高功率VCSEL的器件结构进行了设计。在N面底出光高功率VCSEL器件结构的基础之上,采用AlxNy膜替代传统的SiO2膜作器件的钝化层、将器件P面传统的圆形电极改为径向桥电极。理论分析表明采用AlxNy,膜钝化层的高功率VCSEL器件相对于SiO2膜钝化层的器件具有较低热阻和较好的器件内部的热场分布；采用径向桥电极的高功率VCSEL器件与传统的圆形电极器件相比,具有较低的P-DBR电阻和器件热阻,具有良好的散热特性。4、研究了基于AlxNy膜钝化层的径向桥电极高功率VCSEL的制备工艺,重点对湿法腐蚀工艺、湿法氧化工艺、AlxNy镀膜工艺进行了实验研究。通过选取腐蚀液和改变腐蚀条件,消除了以往在VCSEL湿法腐蚀过程中常出现的台面侧壁氧化层处的“燕尾”结构；通过对湿法氧化工艺的实验研究,得出了湿法氧化速率随时间按e负指数的变化规律,并给出了湿法氧化的最佳工艺条件；通过研究AlxNy镀膜工艺,得出了制备高电阻率、高热导率AlxNy膜的工艺方法。5、采用同一种外延片、相同工艺,制备了基于AlxNy膜钝化层的径向桥电极新结构和SiO2膜钝化层常规电极的老结构两种高功率VCSEL器件并进行了相应的测试,室温下新结构的高功率VCSEL的阈值电流为390mA,微分量子效率为0.4W/A,电光转换效率可达13.2%,最大的输出功率可达到老结构器件的1.6倍,新结构器件的光电特性远优于传统结构的器件；对两种结构器件的温度特性进行了测试,其器件热阻为0.095℃/mW,远低于传统结构器件热阻的0.125℃/mW,新结构器件的温度特性良好。6、自行设计、制备了VCSEL光束特性测试仪,并申报了国家专利。采用该仪器对新结构高功率VCSEL的近场、远场和M2因子等参数进行了测试,测试结果表明,基于AlxNy膜钝化层的径向桥电极新结构高功率VCSEL具有良好的光束特性。