本论文围绕任晓敏教授任首席科学家的国家973计划项目(No：2010CB327600,No：2003CB314900),以及课题组所承担的国家863重大基金项目(No：2006AA03Z416,No：2007AA03Z418)、国家自然科学基金资助项目(No：60576018)、国家自然科学基金重大项目(No：90601002)等展开的。21世纪的信息技术,将是以信息功能材料为基础的微电子、光电子和光子技术融合的高新技术。加速发展半导体微电子、光电子信息功能材料及其相关集成技术,突破信息网络和高速信息处理的瓶颈,是当今世界范围内所面临的最重大的科学问题之一。本文作者针对MOCVD半导体材料外延生长的工艺参数优化理论和光电集成中的关键技术之一——基于特殊表面处理的低温晶片键合的物理化学机制,开展了大量的研究工作,得到了提高工艺可靠性、可重复性和稳定性的有效机制和途径,并取得以下研究成果：1.利用二维动力学模型,通过变化MOCVD反应器的进气流量、操作压力、衬底温度、侧壁温度、基座旋转等几个重要工艺控制参数,计算了反应器内部稳态流场和热场分布的相应变化,描述了稳态质量输运过程中产生的多种流动现象,并给出了相应的分析与说明。2.针对本实验室MOCVD设备的理论分析表明：如果该设备的工艺条件维持在下述范围内,进气量为10—15slm、操作压力为6.66—26.7 kPa、衬底温度为880—1000K、转速为90—110rpm,均能保持比较均匀的流场和温度场分布。3.在保持其它优化工艺参数不变的情况下,首次通过阶跃微扰反应器的进气量,计算了质量输运过程中的瞬态流动特征,得到了直观、清晰的结果,分析了延迟时间、驰豫振荡、自脉动振荡等瞬态现象产生的原因,为改进MOCVD外延生长技术,探索提高外延层均匀性、异质界面陡峭性和生长工艺可重复性的途径打下了基础。4.首次指出基于硼化物表面处理的InP/Si晶片键合中间层材料的化学键类型,是离子键、共价键、氢键和范德华力的混合键型,揭示了硼化物辅助InP/Si晶片的键合机理。5.首次判明在采用上述硼化物表面处理方法的低温InP/Si晶片键合过程中,键合界面处形成了一种低熔点微晶玻璃,其组成结构为Na2O-SiO2-B2O3-In2O3-POx,阐明了低熔点玻璃成分B、In、P在该过程中的作用。6.首次诠释了存在于晶片键合界面薄层中气泡的形成机制,为大面积、可重复的晶片键合技术提供了分析的依据。7.首次提出并设计了一种清洁度高、成本低的新型键合手套箱,其优势是一次性实现晶片清洗、表面改性、预键合等工艺,可以提高工作效率、改善键合质量以及实现工艺操作的灵活性。