D
分析:根据同底数幂的乘法法则:同底数幂相乘,底数不变,指数相加;幂的乘方法则:底数不变,指数相乘;合并同类项的法则:把同类项的系数相加,所得结果作为系数,字母和字母的指数不变;积的乘方法则:把每一个因式分别乘方,再把所得的幂相乘分别进行计算,可分析出答案.
解答:A、a•a2=a2+1=a3,故此选项错误;
B、(a3)5=a3×5=a15,故此选项错误;
C、a4+a4=2a4,故此选项错误;
D、(xy3)2=x2y6,故此选项正确;
故选:D.
点评:此题主要考查了同底数幂的乘法、幂的乘方、积的乘方、合并同类项,关键是熟练掌握个计算法则.