近年来，氧化锌(ZnO)成为继氮化镓(GaN)之后，受到广泛研究的宽禁带半导体材料，其在紫外发光二极管器件和激光器等方面有良好的应用前景。高性能的器件取决于高质量的ZnO薄膜材料。所以生长高质量的ZnO单晶薄膜具有重要的意义。　　本论文利用分子束外延(MBE)在蓝宝石上生长ZnO薄膜，通过引入单层MgO缓冲层，单层ZnO缓冲层及多层缓冲层，改变生长温度等，探讨提高ZnO薄膜质量的方法。分析MgO缓冲层生长在蓝宝石上的形貌结构特性，发现低温生长MgO缓冲层成六角形状。研究MgO缓冲层厚度对ZnO薄膜质量的影响，发现较薄的MgO缓冲层更有利于ZnO薄膜质量提高。比较同质缓冲层和异质缓冲层对ZnO薄膜质量的影响，发现引入MgO缓冲层的样品有更窄的XRD半高宽和近带边发射半高宽，引入变温缓冲层的样品有更强的光发射强度。考虑上述两种因素，采用多层缓冲层对ZnO薄膜做进一步的优化。实验证明ZnO薄膜的结构和光学性质通过优化多层缓冲层可以得到很大的提高，或者提高薄膜生长温度可以获得更好的晶体质量。然而，在低温缓冲层或者简单的结构上生长的ZnO样品常常存在较大的应力。另外，在PL测试上观察到先蓝移后红移的现象。这可能跟Burstein-Moss shift和热效应有关。越大的应力会导致更大的蓝移。这些现象暗示着可以通过高温生长缓冲层获得更高质量的ZnO薄膜。　　本论文还探讨了在蓝宝石上以MOCVD方法制备的GaN作为基底来生长ZnO的方法。首先在GaN基底上生长了不同厚度的ZnO，通过RHEED、AFM、XRD、PL等测试，发现厚度为0.3、0.9、4.0nm的ZnO薄膜跟GaN基底是共格生长，形成有原子台阶的平整表面。随着生长时间的增长，当生长厚度达到20nm时，表面开始进行弛豫，形成ZnO的三维生长，类似缓冲层的生长，表面粗糙度有所上升。厚度120nm的ZnO薄膜RHEED图样锐利且明亮、表面平整、晶格有序。厚度为240nm的薄膜，表面开始粗糙化，形成小颗粒的表面。所有样品都是c轴择优取向的薄膜。随着时间的生长，晶体的晶格常数发生变化，120nm厚的薄膜晶格常数增大，240nm厚的样品晶格常数又减小，但是晶格常数总体比块体材料小。这和薄膜与基底的压应力及拉应力相关。为了观察光学性质的变化，进行了PL测试。实验发现，厚度为120nm的薄膜出现了ZnO的束缚激子紫外发光峰，而在240nm厚的样品中，不仅出现了紫外发光峰，还有一个与缺陷相关的650nm附近的发光峰。XPS的测试可以看出，在GaN基底上生长ZnO初期容易形成Ga2O3，并且随着厚度的增长，O容易吸附在薄膜表面，形成富O状态，生长过程中Zn原子和O原子结合，按照化学计量比形成Zn-O键。可以发现在GaN基底上生长120nmZnO薄膜的时候，其形貌和光学性质都得到比较大的提高，这很可能是因为初期生长薄膜相当于是缓冲层的生长，使得薄膜性质得到进一步的提高。　　在GaN基底上先生长不同厚度的ZnO缓冲层(2nm、10nm、20nm)，然后再生长240nm的N掺杂ZnO薄膜，记做GaN/ZnO(2nm)/ZnO∶N，GaN/ZnO(10nm)/ZnO∶N和GaN/ZnO(20nm)/ZnO∶N，通过RHEED、AFM、XRD、PL等测试，发现GaN/ZnO(10nm)/ZnO∶N生长过程中更容易引入N间隙位，使得表面紧致，平整，引入应力缺陷，使得晶格常数变化最大，光学性质变差。GaN/ZnO(2nm)/ZnO∶N的表面比GaN/ZnO(20nm)/ZnO∶N平整，但是结构弛豫没有后者好，晶格常数变得较大，光学质量比后者稍差。GaN/ZnO(20nm)/ZnO∶N的表面较粗糙但是晶体质量较好，且光学性质也较好。为了继续提高ZnO薄膜的性质，通过在两层ZnO薄膜生长中间，引入10s的N、Zn-N共掺和Mg-N共掺等方法来优化样品结构，结果表明薄膜形貌和光学质量都得到了进一步地提高。GaN/ZnO/N2/ZnO和GaN/ZnO/Mg-N2/ZnO的RHEED衍射条纹锐利、表面平坦、结晶质量良好，但是光学特性不是那么理想。反而是GaN/ZnO/Zn-N2/ZnO的RHEED衍射和AFM扫描显示表面很粗糙，而且沿着[1100]方向的晶格常数a变大，GIXRD扫描表明沿着c方向的晶格常数也变大，室温PL谱显示光学质量反而得到较大地提高。为了进一步提高光学质量，引入多层N处理。GaN/ZnO/3×[N2/ZnO(40nm)]样品三次引入N处理，使得样品受N影响的程度增大，表面粗化，光学质量比引入一次N的样品稍好。而引入2次N处理的GaN/ZnO/2×[N2/ZnO(60nm)]样品，虽然表面粗糙，晶格常数变大最明显，N间隙的影响比引入3次N处理的样品还明显。但是这个样品的光学性质得到最大的提高，样品表面粗糙，结构晶格常数最大，反而光学质量变好。这可能与N的固浓度和形成的能级深度有关，具体的发光机制有待进一步的研究。