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ZnO是一种直接宽禁带半导体，禁带宽度为3.37eV，激子束缚能高达60meV，是制备紫外发光器件的理想材料。目前制备高效、稳定、可重复的p-ZnO仍然面临很大的挑战，因而n-ZnO/p-GaN异质结发光二极管引起了广泛的关注。一维ZnO纳米结构还具有较高的结晶质量、优良的波导特性以及简单的制备工艺，且纳米接触可以显著提高载流子注入效率，因此n-ZnO纳米棒/p-GaN异质结发光二极管引起了人们极大的兴趣。特别是有序ZnO纳米结构阵列可形成二维光子晶体，并有望实现光的垂直发射，是近年来ZnO纳米器件的研究热点。目前制备有序ZnO纳米棒阵列常见的方法是：首先借助于电子束曝光等刻蚀技术制备图案化催化剂，然后气相沉积生长ZnO纳米棒。但是，气相沉积需要较高的温度，限制衬底的选择；传统的图案化技术也存在设备复杂、成本昂贵等缺点。基于此，本论文提出利用工艺简单、成本低廉的纳米球自组装技术，通过低温的水热过程制备有序ZnO纳米棒阵列，在此基础上制备ZnO纳米棒/GaN异质结发光二极管，期望获得较高的电致发光性能。主要研究成果如下： Ⅰ.利用水热法在Si衬底上制备了取向性良好的ZnO纳米棒，并系统研究了籽晶层、生长温度、反应物浓度以及表面活性剂对ZnO纳米棒形貌及结晶质量的影响。结果表明在最佳的籽晶层厚度下可以得到c轴取向的ZnO纳米棒；生长温度主要影响纳米棒轴向的生长速度，而反应物浓度则主要影响纳米棒径向的生长速度；通过表面活性剂的选择可以改变ZnO纳米棒的形貌及性质。 Ⅱ.利用聚苯乙烯(Polystyrene，PS)球模板法在Si衬底以及GaN衬底上分别制备了有序ZnO纳米结构，并分析了不同衬底对ZnO纳米结构结晶质量和光学性质的影响。结果表明由于存在较大的晶格失配，Si衬底上只能得到取向性较差的ZnO纳米花阵列；而晶格失配较小的GaN衬底上可以得到单一取向的ZnO纳米锥阵列。 Ⅲ.利用TiOx胶体反向复制PS球自组装单层得到了TiOx/PS反蛋白石结构模板，在GaN衬底上利用反蛋白石结构模板进行水热反应制备了大面积、高度有序的ZnO纳米棒阵列，并通过改变所用PS球尺寸、水热反应溶液浓度以及氧等离子体刻蚀PS球的时间，实现了对ZnO纳米棒密度及尺寸的大范围调节。XRD与Raman测试结果表明GaN衬底上的外延ZnO纳米棒阵列具有结晶质量高、垂直取向性好、缺陷少等优点。 Ⅳ.基于GaN衬底上的有序ZnO纳米棒阵列，成功制备了异质结发光二极管。通过与ZnO薄膜基异质结发光二极管对比，我们发现基于ZnO纳米棒的发光二极管具有较低的开启电压与较强的ZnO近带边电致发光，这主要可归因于ZnO纳米棒较低的界面缺陷态密度，良好的波导效应以及异质结界面处的纳米接触能够提高载流子注入效率。此外，我们还发现由于ZnO纳米棒的波导特性与其尺寸有很大关系，改变所用ZnO纳米棒的尺寸时器件的电致发光强度也会随之变化。 总之，借助于纳米球自组装技术通过水热反应，我们制备了高度有序且垂直取向的ZnO纳米棒阵列，并实现了对其密度及尺寸的调节；在此基础上，基于p-GaN衬底上有序的ZnO纳米棒阵列，制备了高性能的异质结发光二极管。这些研究结果有助于ZnO基高效紫外发光纳米器件的发展。