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基于ZnO的特性(直接带隙半导体,禁带宽度3.37 eV,激子束缚能60 meV),其被认为有望成为新一代的光电器件材料。ZnO的“能带工程”是指通过合金化对其进行能带裁剪,并在此基础上制备高质量的量子阱结构,它是实现ZnO光电应用的重要基础。然而,通常情况下ZnO沿极性c轴方向择优生长,这会使其受到自发极化和诱导极化的影响,由此产生的内建电场将使多量子阱结构的内量子效率降低、发光波长红移,从而对器件性能造成不利影响。为消除上述不利影响,我们的工作重点将致力于非极性a面ZnO基单晶薄膜的制备及其异质结构的性能研究。主要包括高质量、带隙可调的Zn1-xMgxO薄膜的制备,ZnO/Zn1-xMgxO异质结能带带阶的测定,ZnO/Zn1-xMgxO多量子阱光学性能的研究以及GaN缓冲层对ZnO薄膜晶体质量的提升。获得的主要研究成果如下：1.采用射频等离子体辅助分子束外延(P-MBE)技术,通过优化生长参数,在r面蓝宝石上外延得到非极性a面Zn1-xMgxO合金薄膜。(1120)面摇摆曲线半高宽(FWHM)为1300～2000 arc sec, (1011)面FWHM为1600～1900 arc sec;所有薄膜表面原子级平整,均方根粗糙度都小于1nm。通过改变薄膜中Mg组分从0增大至16%实现室温光致发光(PL)峰位从3.29 eV至3.63 eV可调。研究发现随Mg含量的增加薄膜更倾向于a面择优生长。2.采用X射线光电子谱(XPS)芯能级技术研究了Mg含量对非极性a面ZnO/Zn1-xMgxO异质结能带带阶的影响。、不同Mg组分下异质结均表现为Ⅰ型能带结构。发现a面Zn1-xMgxO的能带展宽主要发生在导带。相对于极性异质结,非极性异质结具有更小的价带带阶△EV和更大的导带带阶△EC,这种能带结构有利于对其进行高效的p型掺杂。3.采用P-MBE技术在r面蓝宝石上获得了单一非极性取向、表面平整且界面陡峭的a面ZnO/Zn1-xMgxO多量子阱。通过PL测试研究了量子阱的光学特性,发现在室温和低温下多量子阱均显示出明显的量子约束效应。变温PL谱揭示了非极性量子阱中的激子局域化现象,我们认为这种现象与阱层中因界面起伏导致的“势谷”有关。通过改变阱层宽度和垒层高度,发现随阱宽减小或垒高增加,量子阱的量子约束效应逐渐增强,其发光峰位可在大范围内进行调节。相对于c面多量子阱,a面多量子阱在阱宽增大时能有效避免量子限域斯达克效应。垒层中Mg含量的增加则能有效提高量子阱中载流子的注入效率。4.引入原位生长的GaN缓冲层,结合激光分子束外延(L-MBE)和P-MBE技术,显著改善了非极性a面ZnO薄膜的晶体质量。优化生长参数后,薄膜各项指标均达到了国际领先水平：室温电子迁移率为39.8 cm2V-1s-1, (1011)面摇摆曲线FWHM仅159 arc sec,室温PL谱未出现深能级发射。