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ZnO是一种直接宽禁带半导体材料，室温禁带宽度为3.37eV，自由激子结合能高达60meV，远大于GaN的25meV和ZnSe的22meV。ZnO薄膜制备温度低，价格低廉，且抗辐射性好，这些优点使得ZnO成为一种极具发展和应用潜力的半导体材料，在短波长发光二极管、激光器、探测器和太阳能电池等众多领域得到广泛应用。但器件质量的提高主要依赖于材料质量的提高，因此研究ZnO薄膜的生长和性能表征是非常重要的。
本论文采用金属有机化学气相沉积法(MOCVD)和磁控溅射法在Al2O3(0001)、CaF2和LiNbO3单晶衬底上制备ZnO薄膜。
1.通过对Al2O3衬底的机械抛光、化学机械抛光(CMP)和腐蚀等方法的表面处理，发现表面处理对Al2O3衬底表面性能有一定的影响。化学机械抛光后的蓝宝石衬底经过适当腐蚀后表面更加光滑、平整，粗糙度为0.230nm，X射线双晶衍射的半高宽为11.2arcsec，表面Raman散射信号强。结果表明化学机械抛光后的蓝宝石衬底经过腐蚀后可进一步提高衬底的表面质量。
2.研究了Al2O3衬底的表面处理对MOCVD和磁控溅射法制备的ZnO薄膜结构与性能的影响：经过CMP和腐蚀处理后的Al2O3衬底上生长的ZnO(002)面衍射峰强度都比机械抛光的Al2O3衬底上的强；衬底经化学腐蚀处理后，ZnO(002)面衍射峰半高宽最小，ZnO薄膜的紫外发光峰最强。MOCVD法生长的ZnO薄膜(002)面衍射峰的FWHM为0.433°，磁控溅射法制备的ZnO薄膜(002)面衍射峰的FWHM为0.701°，说明衬底的表面处理可以提高ZnO外延膜的结晶质量和发光性能。
3.研究了Al2O3衬底的退火对ZnO薄膜结构和性能的影响。Al2O3衬底经高温退火后，在表面形成原子台阶。Al2O3衬底经1200℃高温退火有利于提高MOCVD法生长的ZnO薄膜的结晶质量和发光性能，此时ZnO薄膜(002)面衍射峰的FWHM为0.32°，ZnO薄膜NBE峰的强度与DL峰的强度比值是25.32。Al2O3衬底经1400℃高温退火有利于提高磁控溅射法生长的ZnO薄膜的结晶质量和发光性能。
4.研究了在CaF2衬底上用MOCVD和磁控溅射法制备的ZnO薄膜的结构与性能。通过对薄膜的性能表征，发现用MOCVD法在CaF2衬底上生长的ZnO薄膜的质量与性能较好，ZnO(002)面衍射峰的FWHM仅为0.183°，在常温的PL谱中，只观察到369.5nm带边发射。并用椭圆偏振仪、同步辐射光源和XAFS，对ZnO薄膜的性能进行了详细的研究。在CaF2(111)衬底上，用直流磁控溅射技术生长得到c轴择优取向的ZnO薄膜，ZnO(002)面衍射峰的FWHM为0.718°，在常温的PL谱中，有一明显的376.5nm带边峰，在643.49nm处有一深能级发光峰。
5.研究了用MOCVD法在LiNbO3衬底上制备ZnO薄膜的生长与性能，随着温度的升高，ZnO薄膜具有更好的c轴择优取向，紫外发光增强，透过率增加。研究了退火对LiNbO3衬底上制备的ZnO薄膜结构与性能的影响，退火后ZnO薄膜XRD的(002)衍射峰强度明显增强，晶粒增大，光学带隙为3.2675eV，较退火前变小，PL谱的带边发射加强，而可见光被有所抑制。