随着世界信息化技术的迅速发展，新型半导体材料取得了重大的进展，也促进了各种光电技术的飞速发展。由于光电子器件潜在的巨大市场，使得宽禁带半导体材料成为研究的重点。氧化锌（ZnO）薄膜作为一种宽禁带、光学透明的薄膜，可以制作太阳能电池的透明电极；另外，ZnO薄膜激子束缚能高，在室温下可以实现光的受激发射，可以方便制作紫外激光器，因此，ZnO薄膜材料在制作光电器件方面有着巨大的应用前景。另外，ZnO原料易得、价廉、毒性小，是最有开发潜力的光电薄膜材料之一。ZnO薄膜一般是采用异质外延的方式获得，晶体质量有待提高。由于III-V族AlN、GaN和II-VI族ZnO都是六角密排结构，晶格常数相近，因此，AlN和GaN都可以作为ZnO材料生长的缓冲层，通过降低与衬底材料的晶格失配来提高ZnO材料的晶体质量。因此，如何生长出高质量的AlN、GaN缓冲层，以及如何利用缓冲层提高ZnO薄膜质量一直是国际研究的热点。ZnO基材料与器件的研究工作大多是在极性面（c面）材料上开展的。ZnO材料在常温下具有稳定的纤锌矿结构，不具有中心反演对称性，导致ZnO及其异质结在c方向具有很强的自发极化和压电极化效应。为了消除极化效应对器件发光波长及发光效率的影响，最根本方法是以非极性面AlN、GaN作为缓冲层来生长非极性面ZnO薄膜及其异质结构。目前生长高质量的非极性面GaN、ZnO材料正成为国际上宽禁带半导体领域的研究热点之一，美国、日本、欧洲等多个研究小组一直从事于这一领域的研究。本论文使用蓝宝石衬底，将AlN及GaN作为中间过渡层，采用脉冲激光沉积法（PLD）及磁控溅射等方法分别在其极性面c面和非极性面a面上生长出了高质量ZnO薄膜，对生长工艺及生长条件进行了深入研究，并对材料表面形貌及晶体质量进行分析。具体分为以下三部分：（1）采用缓冲层插入技术，优化成核层的生长参数，在蓝宝石衬底上利用MOCVD技术生长出了高质量的极性面c面AlN和非极性面a面GaN薄膜。（2）采用磁控溅射方法，在高质量非极性面a面GaN模板上生长非极性面ZnO薄膜。通过改变主要生长参数，利用各类测试手段对生长的非极性面ZnO进行表征，对比研究在非极性面a面GaN上生长高质量非极性面ZnO的最佳条件。（3）采用脉冲激光沉积（PLD）方法，在高质量极性面c面AlN模板上生长极性面c面ZnO薄膜，研究最佳生长条件。其次，采用在蓝宝石表面镀镍作为缓冲层生长ZnO薄膜的方法生长高质量ZnO薄膜，降低工艺难度。最后，研究了非极性面a面GaN上生长高质量非极性面ZnO薄膜的优化条件。本文主要获得了以下有意义和有创新性的研究结果：（1）通过在低温成核层上混合使用脉冲原子层外延（PALE）和高温连续生长两种方法进行高质量AlN的MOCVD生长。这种方法既调控低温成核密度以降低位错密度，又能以较高速率进行高晶体质量AlN外延生长，同时通过对MOCVD生长条件的优化来调节应力和抑制位错，得到的AlN薄膜表面平整光滑，其表面均方根粗糙度（RMS）为1.4nm同时高分辨X射线衍射仪（HRXRD）测试结果表明其（002）和（102）面半高宽（FWHM）分别为82arcsec和575arcsec。（2）基于磁控溅射技术，采用晶格匹配度高的a-GaN/r-Al₂O₃作为模板，进行非极性a面ZnO薄膜生长。比较研究结果表明，同直接在r-Al₂O₃衬底外延的ZnO薄膜质量相比，在a-GaN/r-Al₂O₃模板更容易获得a面取向的ZnO薄膜。测试结果表明当生长温度为300℃时，ZnO薄膜的结晶性能最好，其高分辨X射线衍射仪的FWHM为0.51°（1836arcsec）。（3）采用PLD，研究了AlN缓冲层厚度对极性面ZnO质量的影响。研究结果表明，在c面蓝宝石衬底上进行极性面ZnO薄膜生长时，AlN作为缓冲层可以提高晶体成核密度。而且当AlN缓冲层的厚度为150nm时，采用PLD生长ZnO薄膜的结晶性能最好，其高分辨X射线衍射仪的FWHM为0.09°（324arcsec）。此外，以a-GaN/r-Al₂O₃作为模板，采用PLD优化了非极性面ZnO材料的生长，优化后ZnO薄膜高分辨X射线衍射仪的FWHM为0.28°（1008arcsec），其质量高于采用磁控溅射生长的非极性面ZnO薄膜。