垂直腔面发射半导体激光器具有低阈值，长寿命，面发射易于二维集成等众多优点，使其在自由空间光互连，光通信，光信息处理以及各种高速并行网络应用中占有十分重要的地位，越来越受到国内外研究机构的重视。在高质量光通信，激光打印等应用领域均要求其有单基模高功率输出。对于常规氧化限制型VCSEL而言，单基模器件的氧化孔径不能大于3.5～4μm，而高功率又要求具有较大氧化孔径，二者对器件结构的要求相互制约。表面浮雕(Surface relief，简称“SR”)结构是制作单模大功率VCSEL的方法之一。通过在器件表面DBR高阶模激射的环形区域刻蚀一定深度，降低其反射率，提高其镜面损耗，来增加高阶模激射的阈值增益，达到抑制其激射的目的。之前报道的文章对于SR结构参数的设计大都采用1/e基模衰减经验法则结合大量实验验证的方法，模拟工作只是用DBR反射模型简单模拟镜面损耗，这些经验方法的不足之处在于精度差，验证周期长，且仅考虑了SR结构对DBR的作用，无法反映出对整个VCSEL的影响。本文采用全三维有限时域差分(FDTD)法，对整个SR VCSEL建模，进行全三维光学特性模拟，能够更准确地模拟出器件的实际工作状态，具有快速、准确、成本低的优势。以此为指导，制备出了单基模大功率SR VCSEL，主要内容包括：　　(1)对表面浮雕结构的工作原理进行了深入研究，模拟出不同刻蚀深度DBR的镜面损耗和15μm氧化孔径VCSEL的横模二维分布形式。　　(2)采用FDTD方法，对SR VCSEL的光学特性进行模拟，分析刻蚀深度和SR图形内圆直径对VCSEL性能的影响，确定实验采用的SR图形参数：刻蚀深度198nm，SR内圆直径7μm。　　(3)进过大量实验，探索出一整套制备SR VCSEL的工艺流程，并对其中关键工艺进行了深入研究，包括湿法氧化、反转胶剥离和SR图形刻蚀等。最终成功制备出符合预期设计的SR VCSEL。　　(4)对封装完成的SR VCSEL进行光电性能测试，并与常规VCSEL进行比较。其中性能最为优越的SR VCSEL测试结果为：最大输出功率5mW，阈值电流2.5mA，开启电压1.4V，串联电阻39.49Ω，斜率效率79mW/A，电光转换效率4.8％，远场发散角7.8°～10.8°，边模抑制比大于30dB。