垂直腔面发射激光器(VCSEL)相较于边发射激光器具有发散角小、圆形光斑易于与光纤耦合、单纵模工作、易于二维阵列集成、晶圆级测试、造价较低等优势,在很多领域已逐步取代其他器件,已经成为光互连,光通信,光计算等领域的理想光源,特别是高功率垂直腔面发射激光器由于具有很高的泵浦效率而成为理想的光纤泵浦光源。如何进一步提高半导体激光器的输出功率一直是国内外学者研究的首要目标。目前高功率垂直腔面发射激光器面临的问题是如何在获得高功率的同时,同样具备高可靠性和高能量转换效率,并且拥有较高光束质量与良好的光谱特性。根据VCSEL的结构特点,要提高VCSEL单管器件的输出功率势必要增大其出光孔径。由于电流的趋肤效应与载流子聚集效应,工作电流只会流经电极边缘,导致有源区内的载流子也仅存在于边缘位置,使得激光功率密度分布不均匀,导致激射光斑呈现环状。这种现象会对大孔径器件出光质量造成极大影响。为此,提出一种具有新型出光孔结构的VCSEL,该设计可以使发光区适应载流子的聚集效应,使传统结构中几乎不发光的中央区域得到充分利用,在保持高功率输出的同时增大了器件的有效发光面积,不仅满足VCSEL在光通信领域对高功率半导体激光源的需求,而且使光束质量得到改善,使其更为容易和有效地收集到成像系统或聚焦成衍射极限光斑,进一步拓展VCSEL在智能设备领域的应用。本文主要工作如下:1根据808nm VCSEL结构数据设计基础模型,并利用PICS3D模拟软件进行仿真,得到折射率分布及谐振腔内归一化驻波电场强度分布图以及室温条件下VCSEL增益曲线,并验证了传统大孔径结构VCSEL的光场分布不均匀的现象。2针对808nm VCSEL设计了一种新型出光孔结构与电极排布,并利用FDTD软件对具有不同电极宽度与排布形式的大孔径VCSEL的光场进行仿真分析。3根据仿真结果设计了具有不同宽度比的掩模版,并对VCSEL制备的关键工艺进行研究,包括紫外光刻、湿法氧化以及干法刻蚀等。对湿法氧化工艺的温度依赖性进行详细研究,得到了氧化速率与氧化温度、氧化时间的关系曲线,探究氧化孔图形与氧化温度之间的关系,并优化了氧化炉温控曲线。最终制备出了具有新型出光孔结构的808nm VCSEL器件,在室温下,输入电流为0.8A时,输出功率达到140m W,在远场测试条件下最大输出功率可达0.387W。