氮化物材料体系的禁带宽度在0.7～6.2 eV之间连续可调,使得GaN基垂直腔面发射激光器（VCSEL）的发光范围覆盖紫外到可见光区域,与已经成熟的Ga As基VCSEL覆盖的红外波段刚好互补,因此GaN基VCSEL受到了研究人员的广泛关注。反射镜作为GaN基VCSEL的重要组成部分,需要高反射率和宽阻带,以降低VCSEL的阈值电流、提高激光的输出功率。本文在理论分析的基础上,研究用于绿光波段（中心波长λ0=0.52μm）GaN基VCSEL的分布布拉格反射镜（DBR）和亚波长光栅（SWG）结构,为GaN基VCSEL反射镜的结构设计提供理论指导。主要研究内容如下:（1）DBR作为VCSEL传统的反射镜,是由两种折射率差较大的材料以λ0/（4n）的厚度交替生长构成。本文研究的氮化物DBR包括:Al N/GaN DBR和Al Ga In N/In GaN DBR。采用传输矩阵法结合折射率色散模型计算Al N/GaN DBR的反射谱,研究发现在相同条件下,将高折射率材料作为第一层（HL结构）的DBR会比以低折射率材料作为第一层（LH结构）的反射率更高,高反带更宽;根据仿真计算得出,在整数对DBR（一对DBR指高、低折射率材料各生长一层）上再生长一层高折射率材料并不会影响反射谱性能。由于Al N和GaN材料折射率差较大,Al N/GaN DBR可以用相对较少的对数达到高反射率和宽阻带,但是两种材料的晶格失配较大,生长对数过多时会导致裂纹和位错,因此,又进一步研究了应变补偿的Al Ga In N/In GaN DBR。为了增大Al Ga In N和In GaN的折射率差,选取高Al组分（Al组分0.8）的Al Ga In N材料,根据应变补偿原则,要求DBR的整体应变为0,可计算出应变补偿的Al Ga In N和In GaN材料组分,采用传输矩阵法计算其反射谱。研究表明30对Al0.8Ga0.18In0.02N/In0.172Ga0.828N DBR在中心波长的反射率超过99.5%,高反带达到26 nm,提高Al Ga In N材料中In组分含量,反射率和高反带宽度变低。对于Al N/GaN DBR和Al Ga In N/In GaN DBR,反射率和高反带宽度都会随着DBR对数的增加而增加,但是当对数达到一定程度时,再增加DBR对数不会对反射率和高反带产生太大影响,反而会影响实际生产过程中的DBR质量。（2）SWG可以替代DBR作为VCSEL的顶部反射镜,它是由两种高、低折射率材料形成的周期性光栅结构,通过调整光栅结构参数可以获得高反射率和宽阻带。本文采用严格耦合波理论仿真计算不同光栅参数对SWG反射性能的影响,并研究其在横电波（TE偏振）和横磁波（TM偏振）下的衍射异常现象。主要研究一维Ti O2 SWG、Si3N4SWG和GaN SWG,通过仿真计算发现,入射光在TM偏振和TE偏振状态下都会产生瑞利异常和泄漏模共振效应,TE偏振下会产生覆盖中心波长的宽平带,而TM偏振的反射谱峰值更尖锐,与TE偏振峰值不重合。为了使中心波长处达到高反射率,主要研究TE偏振情况下各参数对反射性能的影响。研究发现Ti O2 SWG的最佳光栅周期、高度和占空比分别为0.49μm、0.25μm和0.34,各参数的制作容差为1.6%、2.0%和8.3%,考虑实际制作过程中的梯形光栅结构,上下占空比之差Δf0应控制在-10%～5%;Si3N4SWG的最佳光栅周期、高度和占空比分别为0.489μm、0.2μm和0.5,各参数的制作容差为1.6%、3.0%和1.4%,上下占空比之差Δf0应控制在-1%～3%;GaN SWG的最佳光栅周期、高度和占空比分别为0.475μm、0.17μm和0.52,各参数的制作容差为3.1%、15.8%和1.9%,上下占空比之差Δf0应控制在-1%～2%。一维Ti O2 SWG、Si3N4 SWG和GaN SWG最佳优化参数在中心波长0.52μm处反射率都超过99.9%,高反带（反射率大于99.9%）的宽度分别达到26 nm、35 nm和62 nm,在理论分析的基础上都可以作为GaN基VCSEL的反射镜。