自旋电子学作为新兴的研究领域，通过控制电子的自旋取代电子电荷作为信息储存和传输的载体，可以提高自由度同时不受尺寸限制，具有广泛的应用前景。基于自旋注入结构实现偏振光发射的自旋发光二级管(spin-LED)的研究受到了较多的关注，而磁性氧化物与宽禁带氧化物半导体作为有望实现全氧化物spin-LED器件的两种主要材料而备受重视。本论文针对宽禁带氧化物和磁性氧化物的外延生长开展了系统深入的研究，重点开展了蓝宝石衬底上ZnO薄膜的大失配异质外延的两项关键技术:衬底表面预处理以及缓冲层厚度优化的研究，掌握了ZnO薄膜异质外延的优化工艺技术。另外考虑到目前国际上ZnO p型掺杂实现的技术困难和GaN成熟的异质外延和p型掺杂的技术优势，作者将成熟的GaN材料取代原先设计的ZnO材料作为Fe3O4薄膜的生长衬底，深入开展了Fe3O4/GaN异质结构的薄膜的MOCVD生长与性质的研究，揭示薄膜生长以及后退火工艺对异质界面的结构与性质的影响，并进而研制出GaN基的具有自旋注入结构的发光二级管原型器件。论文主要取得了以下研究成果:　　1、系统研究了蓝宝石衬底预处理、衬底顸处理温度及高温退火工艺对ZnO缓冲层表面形貌和晶体质量的影响。提出了蓝宝石衬底的高温“氮化”处理对ZnO缓冲层形貌和质量提升的机理;发现了衬底预处理温度存在优化点;指出了对ZnO缓冲层进行高温退火处理的必要性及其改善ZnO缓冲层形貌和晶体质量的物理机制。通过以上系统研究，找出了一条实现高质量ZnO缓冲层的技术思路，为ZnO在缓冲层上的外延优化奠定了坚实的基础。　　2、深入分析了蓝宝石衬底上的大失配外延生长ZnO过程中的动力学机制，揭示了缓冲层对ZnO外延生长的作用。适当的缓冲层厚度可以释放大量应变能，为外延层的台阶二维生长提供晶格匹配的同质衬底，同时也能将位错等结构缺陷控制其内以不延伸至外延层，保证外延层较低的位错密度和晶体质量。研究发现，合适的ZnO缓冲层厚度形成平整的薄膜表面对最终的高温外延层的表面形貌起关键的作用，缓冲层的平整度和外延层的横向生长最终决定了高温外延层的晶体质量。通过系统研究，取得了缓冲层厚度的优化点。另外，深入对比研究ZnO缓冲层和外延层的电学性质发现，薄膜的导电行为主要由缓冲层的电学性质所决定，对应的ZnO外延层继承了缓冲层的位错和缺陷密度分布，形成与缓冲层一致的载流子浓度。　　3、采用MOCVD方法采用不同的生长氧源在GaN衬底上成功制备得到高质量的Fe3O4薄膜。深入研究了高温退火过程对生长Fe3O4薄膜影响，揭示了退火过程导致的Fe3O4/GaN异质结构界面Ga的扩散行为。Ga的扩散一定程度上充当了Fe3O4和GaN之间的缓冲层提高了薄膜晶体质量，然而降低Fe3O4薄膜磁性，不利于Fe3O4薄膜的制备。进一步，采用热氧化方法在薄膜Fe3O4/GaN界面形成Ga2O3缓冲层和势垒层，为自旋电子注入提供新思路。在此基础上，结合导致GaN基倒装LED器件结构，采用Fe3O4薄膜为自旋注入层，成功制备了具有自旋注入结构的GaN基spin-LED器件。