垂直腔面发射激光器(Vertical cavity surface emitting laser,VCSEL)具有体积小、光斑为圆形、阈值低、单纵模、响应频带宽、易实现二维列阵集成等优越性能,在光通信、光存储、传感、医学等领域有重要的应用和广阔的发展前景。针对在高温环境(70～90℃)稳定激射,阈值电流≤0.5 mA,边模抑制比≥20 dB的894.6 nm VCSEL器件在芯片原子钟(CSAC)光源中的应用需求,本文开展了VCSEL器件结构设计、工艺流程优化和光谱性能研究工作,通过开展腔模位置对器件激射波长的影响、台面直径和氧化孔结构对器件激射性能的影响,在70℃～90℃,0.5 mA驱动电流时实现边模抑制比高于35 dB的894.6 nm单模激光输出。本论文的主要研究内容如下:(1)对设计的895 nm垂直腔面发射激光器进行材料外延生长,分析了材料组分、厚度、掺杂对DBR反射率和截止带宽度的影响;采用单参数变量法对光栅刻蚀、台面刻蚀、芯片解理等工艺步骤进行优化调整;设计合理的工艺流程并进行器件制备,获得高质量的VCSEL器件。(2)对设计的895 nm垂直腔面发射激光器外延片进行腔模位置扫描,分析了VCSEL谐振腔光学厚度变化对腔模位置的影响。通过对腔模位置、器件输出波长和温漂系数的测试分析,设计了腔模位置在890.5 nm的VCSEL器件结构,并对外延生长的外延片开展器件制备,实现在85℃高温环境下894.6 nm稳定激光输出的VCSEL器件。(3)设计了具有不同台面刻蚀结构的VCSEL器件,研究了台面直径和氧化孔结构对器件激射性能的影响。结果表明当台面刻蚀结构为补偿型时,可以得到圆形的氧化孔径;VCSEL台面直径越大,阈值电流越大;氧化孔径越偏向圆形,边模抑制比越高。