近年来互联网技术发展迅速,现代化建设越来越先进,社会已经进入了以大数据为中心的信息时代。以光纤为传输链路的光互连技术越来越成熟,近些年来光纤传输数据向着传输速度高、传输量大、传输损耗小的方向发展,光互连技术也以不可逆转之势迅速占领市场,垂直腔面发射激光器作为光纤传输链路的光源也受到越来越多的关注。垂直腔面发射激光器是一种新型的半导体激光器,激光出射方向垂直于谐振腔表面,具有体积小、低功耗、低阈值电流、高温度稳定性、高速调制、输出光斑近圆形易于光纤耦合、易于集成等优点。随着光互联、光通信对高带宽,低功耗的需求,高性能垂直腔面发射激光器成为该领域的主流光源,所以优化垂直腔面发射激光器性能,提高其调制速度和调制带宽,降低功耗,具有重要意义。本论文的主要内容围绕垂直腔面发射激光器的制备工艺以及激光器的性能优化展开,性能优化主要依托相关理论对激光器的相关性能进行了理论模拟分析。本论文的具体研究内容如下:首先,本文简单介绍了垂直腔面发射激光器的研究背景及意义,并对垂直腔面发射激光器的研究进展做了一些总结,根据这些总结了得出一些优化垂直腔面发射激光器的方法,另外对垂直腔面发射激光器的应用做了简单介绍。其次,简单介绍了垂直腔面发射激光器的四种基本结构,并对垂直腔面发射激光器的内部响应和外部响应理论作了重点分析,同时阐述了它的基本特性,如分布式布拉格反射镜、阈值增益、光限制因子、阈值电流密度、纵模特性和PAM4调制模式等,而且简单介绍了PN结的基本原理和特性。然后,介绍了与垂直腔面发射激光器的制备有关的微纳加工工艺:光刻、干法刻蚀、薄膜生长、BCB平坦化工艺。详细介绍了BCB特性以及其工艺步骤,通过实验分析非光敏BCB和光敏BCB的平坦化情况,最终确定工艺参数。重点介绍了垂直腔面发射激光器的工艺流程和工艺参数,并对每一步实验工艺可能出现的状况和注意事项做了简单总结。最后,第一次做大片工艺,实验效果不尽人意,对失败工艺进行了经验总结。接着,由于垂直腔面发射激光器体积小,器件散热以及热损耗已经成为制约激光器性能的重要因素。因此,分析激光器的热性能,以改善激光器的性能。我们根据激光器热分析的相关理论以及实验结果,对波长980nm的垂直腔面发射激光器进行热性能分析,采用有限元分析的方法分别从氧化孔径、氧化层厚度、驱动电流以及底层布拉格反射层材料四个方面研究他们对有源区温度的影响。模拟结果显示激光器氧化孔径越大有源区温度越低,氧化孔径在一定范围内,激光器有较好的调制特性;氧化限制层的厚度对有源区温度的影响不大;通过激光器的电流不同,有源区温度明显不同,而且外加电流越大,有源区就温度越高;比较了两种材料的底层布拉格反射镜对有源区温度的影响,模拟结果显示二元系材料比三元系合金材料的热导性更高。有源区温度越高,器件微分增益越低,激光器性能也随之越差,这些热场模拟结果,在优化激光器设计时有重要的指导意义。最后,隧道结的伏安特性比较特殊,将它填埋在激光器中不仅可以降低激光器的电阻,同时还会对激光器的电流进行横向限制。本章简单介绍了PN结的一些特性。因为隧道结是高掺杂的PN结,所以从掺杂浓度以及掺杂类型等方面分析了它们对隧道结特性的影响。模拟结果发现隧道结特性受它们的影响很大,主要表现为掺杂浓度越大,隧道结内电子隧穿的概率越大,所以隧穿电流也大;N型掺杂比P型掺杂浓度对隧道结特性的影响更大一些。