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如何将具备不同光电特性的异质半导体材料,尤其是以GaAs、InP为代表的III-V族化合物半导体材料与Si材料利用大失配异质外延的方法集成在一起,从而为光电子与微电子器件单片集成提供衬底的问题,已经成为人们研究的热点。本论文采用金属有机化学气相沉积技术,主要对无定形Si作为缓冲层的GaAs/Si异变外延以及插入InGaAs/GaAs应变超晶格作为阻挡层的GaAs/Si异变外延生长开展了大量的研究工作,主要研究内容及成果如下：1、在常规两步法的基础上,采用无定形Si作为缓冲层进行GaAs/Si异变外延生长。首先采用常规两步法进行GaAs/Si异变外延生长,外延片X射线衍射(XRD) ω-2θ扫描的半高全宽(FWHM)为399arcsec,1μm×1μm的表面粗糙度为1.5nm。然后基于两步法,用3%的SiHH4在Si衬底上沉积一层无定形Si,来避免GaAs在晶体Si衬底表面上的三维岛状生长,改善GaAs/Si外延片的表面形貌以及降低外延片的位错密度。通过对无定形Si生长条件的调节,在S1H4流量为78ml/min、沉积温度为620℃、沉积时间为5min时,得到的GaAs/Si外延片晶体质量最好,其XRD ω-2θ扫描的半高全宽为385arcsec,1μm×1μm的表面粗糙度为1.2nm。2、采用无定形Si作为缓冲层结合退火进行GaAs/Si异变外延生长。在完成对无定形Si生长条件的调节后,将外延GaAs层长厚到1.8μm,之后再进行三周期循环退火。退火方式为：在750℃稳定5分钟,再将温度降到350℃,稳定6分钟,将以上过程重复三次。此时外延片XRD ω0-2θ扫描的半高全宽为183arcsec,1μm×1μm的表面粗糙度为0.5nm。3、在三步法的基础上,采用InGaAs/GaAs应变超晶格作为穿透位错阻挡层进行GaAs/Si异变外延生长。采用三步法进行GaAs/Si异变外延生长,420℃低温生长GaAs70nm,630℃生长GaAs300nm,685℃高温生长GaAs1.5μm。生长样品XRD ω-2θ扫描的FWHM为288arcsec,10μm×10μm的表面粗糙度为2.4nm。然后基于三步法,插入InGaAs/GaAs应变超晶格进行GaAs/Si异变外延生长。我们对InGaAs/GaAs应变超晶格的厚度、周期数、In的组分,以及超晶格在GaAs外延层中的插入位置进行了调节和分析。最终得到了优化生长条件为：在GaAs外延层0.7μm处,插入了10周期的In0.15Ga0.85As/GaAs (11nm/12nm)应变超晶格作为阻挡层进行GaAs/Si异变外延生长。此时外延片XRD (ω-2θ扫描的半高全宽为287arcsec,10μ×10μm的表面粗糙度为2.4nm。4、采用InGaAs/GaAs应变超晶格结合退火的方法进行GaAs/Si异变外延生长。在GaAs外延层1μm处,首先进行三周期循环退火,再插入10周期的In0.15Ga0.85As/GaAs(11nm/12nm)应变超晶格作为阻挡层进行GaAs/Si异变外延生长。实验表明,在插入超晶格之前进行退火使得InGaAs/GaAs应变超晶格更好的阻挡了GaAs/Si外延层穿透位错,从而进一步提高了外延层的晶体质量。此时外延片XRD ω-2θ扫描的半高全宽为235arcsec,10μm×10μm的表面粗糙度为2.4nm。