由于硅基Ⅲ-Ⅴ族半导体材料的单片集成可以突破摩尔定律的限制,使其在硅光子学、光学互连和Complementary Metal Oxide Semiconductor (CMOS)技术领域中都有着巨大的应用潜力。因此,近些年硅基单片集成引起了大家的广泛关注。Ⅲ-Ⅴ族半导体材料的Si基单片集成是当今微电子和光电子器件的有机结合,它不仅集成了两种技术的优点,同时降低了成本,而且还减小了器件尺寸。这个方案吸引了全球的微电子和光电子学研究人员前赴后继的投入研究,并且己经做出了许多阶段性成果。在之前的成果中,特别是它们应用于长距离通信、短距离高速率通信、相关数据中心或高性能计算时的优势,都使得InP基材料系引起了人们对于Si基集成InP的广泛关注。长期以来其实一直都存在着Si基集成InP的需求,光电子和微电子工业迫切需要将诸如InP和GaAs (Ⅲ-Ⅴs)等直接带隙材料与Si (间接带隙材料)集成起来。人们希望未来微电子和光电子的器件尺寸能够极大减小,进一步的小型化需要单片集成的实现。然而目前Si基集成InP还比较困难,但是GaAs基集成InP,不仅相对容易,而且也可以发挥二者在衬底和器件方面的优势,从而实现光电单片集成。论文的主要工作和成果如下:1、探究了条型图形衬底的三个参数(条型掩膜方向、掩膜厚度、窗口宽度)之间的定量关系对于阻挡穿透位错比例的影响,从而能够优化设计条型图形衬底结构,使其在侧向外延中得到高质量的InP外延层。同时验证了 ART (Aspect Ratio Trapping)阻挡穿透位错机制,发现了随着高宽比的增加,阻挡穿透位错的比例随之加大,而相同高宽比的条型图形衬底,阻挡穿透位错的比例随着条型掩膜方向的变化而变化。2、通过深紫外光刻、干法刻蚀等技术制备了符合理论设计的以Si02为掩膜的GaAs条型图形衬底,条型掩膜方向为0°、30°、45°、60°、90°,掩膜厚度为250nm,窗口宽度为110nm,并完成了侧向外延生长前图形衬底的表面处理工作。3、在新的MOCVD设备上优化了 InP/GaAs平面衬底生长实验。优化后的生长条件包括反应室压力、Ⅴ/Ⅲ比、生长温度、生长时间等。然后进行了 InP/GaAs侧向外延生长实验。为了实现选区生长、合并和平面生长,进行了侧向外延实验条件的优化。优化后的实验条件为:GaAs缓冲层的生长温度为720℃,生长厚度为30nm,低温InP缓冲层的生长温度为450℃,生长厚度为40nm,高温InP层的生长温度为655℃,三层总厚度为1800nm。