本论文的研究工作是围绕国家重点基础研究发展计划(973计划)项目“新一代通信光电子集成器件及光纤的重要结构工艺创新与基础研究”(项目编号:2003CB314900)中课题1“单片集成光电子器件的异质兼容理论与重要结构工艺创新”(项目编号:2003CB314901)展开的。今天,随着信息技术的发展,光通信技术作为信息社会的“神经”,其基础地位日益凸现。波分复用与全光网络在光通信技术中脱颖而出,它们希望能够同时利用光的高速特性与电的成熟特性,已成为人们研究的焦点。因此,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,从而为实现光电子器件单片集成提供衬底的问题,已经成为人们研究的重中之重。本论文围绕着半导体光电子材料大失配异质外延中衬底和外延层应变应力分布问题开展了研究,并在实验上进行了有益的探索。取得的主要成果如下:1.建立了大失配异质结构晶格失配和热失配的应变应力分布模型,推导出了晶格失配和热失配共同导致的应变应力分布公式,并将其应用于GaAs/Si大失配异质外延生长。结果表明:异质结构中GaAs外延层应力随着晶格弛豫度R增大而减小,随着反应温度增大而增大。2.本文利用低压金属有机化学气相沉积(LP-MOCVD)技术,采用基于低温缓冲层的两步生长方法,研究对比了晶向为(100)面和(100)面向[011]方向偏4°Si衬底上的GaAs外延层。结果表明:有偏角的衬底有较大的晶格弛豫度,有效的抑制了异质外延中的反相无序问题,并减少了Ⅱ类位错的产生,这对提高GaAs外延层的晶体质量有着深远的意义。3.利用低压金属有机化学气相沉积(LP-MOCVD)技术,采用缓冲层方法,对BGaAs/GaAs进行了实验研究。结果表明:B的并入量并不能随意增加,而是受到温度和B的摩尔流量两个因素的影响。4.利用低压金属有机化学气相沉积(LP-MOCVD)技术,采用缓冲层方法,对BInGaAs/GaAs进行了实验研究。结果表明:B的并入,会使晶格变小,而In的并入,会使晶格变大,调节B和In在BInGaAs中的组分便可抵消二者对材料晶格的影响。并且在低温下测出了B的并入量为4.7%时BInGaAs的PL谱,中心波长是1.24μm。