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电子信息产业是国民经济战略性、基础性和先导性支柱产业,也是低迷时期经济发展的助推器。如何使国家信息基础设施具有更强的功能、更高的可靠性、更小更轻的设备、更简便的系统设计方法以及更强的组网灵活性等是国家的重大需求,光电子集成是满足这一需求的必须之路。由于Si基微电子器件制作的成熟性和Ⅲ-Ⅴ族材料在发光性能方面的优势,Si与Ⅲ-Ⅴ族半导体材料成为微电子与光电子器件的两大材料体系。而实现光电子集成的关键就是解决Si与Ⅲ-Ⅴ族集成的问题,尤其是Si与GaAs之间的集成。本论文深入系统地开展了Si衬底上GaAs半导体材料的金属有机化合物气相外延生长(MOCVD)研究,获得了高质量的GaAs/Si外延片和Si衬底上的量子点结构。主要研究内容和成果如下：(1)研究了GaAs/Si异变外延两步法生长。通过优化高温GaAs层的生长温度,低温缓冲层的生长温度、生长厚度和生长材料,确定了在本研究中最优的两步法生长条件：高温GaAs层生长温度是685℃,低温缓冲层采用GaAs材料,生长温度为420℃,生长厚度为70nm。在该生长条件下生长高温层厚度为900nm的样品,其XRD ω-2θ扫描的半高宽为412arcsec,在10μm×10μm范围内,粗糙度为3.6nm。(2)研究了GaAs/Si异变外延三步法生长。三步法生长与热循环退火相结合,在外延层厚度为1.8μm的条件下,将腐蚀坑密度从108cm-2降低到3×106cm-2,并且在10μm×10μm范围内,表面粗糙度从2.4nm降低到1.8nm,极大地改善了GaAs/Si外延片的晶体质量和表面形貌,其中外延片的表面粗糙度为国际上最好水平之一。(3)研究了在三步法的基础上分别插入In0.15Ga0.85As/GaAs应变超晶格、Al0.9Ga0.1As/GaAs超晶格WGaAs0.85P0.15/GaAs应变超晶格位错阻挡层对于GaAs/Si外延片质量的影响。我们的研究表明,在插入超晶格后,晶体质量都变差,其中晶体质量最好的为插入GaAs0.85P0.15/GaAs超晶格的外延片,与无超晶格的外延片相比,XRD半高宽从298arcsec增加到322arcsec,在10μm×10μm范围内表面粗糙度从2.4nm降低到2.3nm。(4)研究了Si衬底上生长InAs量子点。通过优化Si衬底上量子点的生长条件,控制量子点的大小和密度。并且在Si衬底上生长了多层量子点,与GaAs衬底上生长的多层量子点相比,在Si衬底上生长的量子点在大小和密度方面基本达到GaAs衬底上生长的量子点水平,但是PL强度要远低于GaAs衬底上的量子点,强度降低约60%。(5)研究了用InAs量子点做位错阻挡层生长GaAs/Si外延结构。在外延层GaAs厚度为3μm的条件下,三层量子点位错阻挡层明显提高了外延片的晶体质量。与无位错阻挡层的外延片相比,插入量子点为错阻挡层之后腐蚀坑密度从108cm-2降低到3×106cm-2。