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21世纪是信息技术时代，材料则是推动信息的原动力，半导体材料的研究和开发一直是人们研究的重点之一。ZnO半导体材料是继GaN和SiC之后的又一种第三代半导体材料，其在晶格常数和禁带宽度等方面与GaN很相近。ZnO和GaN相比具有很多优点，例如，具有更高的熔点、更高的化学稳定性、更强的抗辐射能力、更高的激子束缚能、更低的制作成本、更丰富的源材料、更多的匹配衬底材料以及更好的光电集成特性。因此，ZnO是一种用于短波长光电器件的理想材料，极具开发和应用价值，开展氧化锌薄膜光学各向异性和电光效应的研究将有利于人们深入了解ZnO基半导体材料的性质，为ZnO基半导体材料在短波长光电器件中的应用奠定扎实的基础。
本文使用分子束外延生长方法(MBE)在蓝宝石(0001)面上生长了本征ZnO薄膜；使用金属有机物气相外延方法(MOVPE)在蓝宝石(0001)面上生长了n型GaN薄膜，并以n型GaN薄膜为基底，用MBE方法进一步生长ZnO、MgO、以及不同厚度的MgO/ZnO超晶格薄膜样品。接着，对样品进行AFM、SEM、PL、以及透射谱表征。AFM结果表明各个样品表面都较为平整，粗糙度都较小。PL谱和透射谱的测试结果表明n型GaN薄膜的外延质量较好，在n型GaN薄膜上成功制备了ZnO和超晶格的层状薄膜结构。使用扫描电子显微镜(SEM)对n-GaN、MgO、以及ZnO样品的厚度做了测试，测试结果与各样品设计厚度基本符合，为电光系数的测量提供了一个相对准确的厚度参数初值。
本文重点是使用椭圆偏振光谱仪分别在60°、65°和70°三个不同的入射角对ZnO样品进行测试，获得了不同角度下的原始数据。结合样品的实际情况，建立了由表面层、平整层、缓冲层、以及衬底层四层组成的样品物理结构模型。分析并比较了Sellmeier、Cauchy、Tanguy Extend等色散公式的优缺点，并采用Tanguy Extended色散公式描述ZnO薄膜材料的全波段色散关系。首先将ZnO样品看作各向同性的材料进行拟合，结果表明，对于不同的入射角，标准差χ2值都小于0.10，拟合的各层厚度值与样品实验制备的厚度经验值相吻合。ZnO薄膜的禁带宽度Eg均在3.30-3.40eV范围内，与实验值接近；激子束缚能R值约为60.00meV，与他人的结果一致。说明本文所构建的物理结构模型合理，选用的Tanguy Extended色散公式能较好地描述ZnO半导体材料的光学性质，尤其是带边附近的特性。
分析不同角度的拟合结果可以看出，随着入射角度的增大，带隙Eg和激子束缚能R递增；折射率变小而消光系数增大。这些物理参量随入射角度有规律变化，反映了ZnO薄膜具有较强的各向异性。因而，本文进一步将ZnO平整层看作具有各向异性的介质材料对ZnO薄膜的70°椭偏谱进行拟合。拟合结果表明，将ZnO平整层看作各向异性介质与各向同性介质在厚度、带隙与束缚能等方面没有明显差别，o光、e光的带隙与束缚能分别处于将ZnO平整层看作各向同性介质的带隙与束缚能的两端，也较为合理。
本文同时给出了各向同性与各向异性ZnO薄膜材料的折射率和消光系数的关系。从拟合结果可知，o光、e光的折射率和消光系数是有差别的，将ZnO平整层当作具有各向同性介质的拟合结果介于o光、e光的结果之间。o光折射率比e光折射率大，带隙之上波段的o光消光系数比e光消光系数小，且差距随着能量的增大有逐渐增大的趋势。表明本文的ZnO样品确实具有各向异性，在带隙之上的波段会表现得更明显。对光学常数n和k要求严格的ZnO薄膜材料紫外波段器件，则应将ZnO薄膜材料看作各向异性介质，这样设计出来的器件性能更可靠。
最后，本文尝试用椭圆偏振光谱仪对几种薄膜的电光系数进行精确的测量。提出了测量思路，也尝试测量了各样品电光效应，从椭圆偏振光谱仪原始数据可以发现，ZnO薄膜和MgO/ZnO超晶格薄膜能产生电光效应，而MgO薄膜则不能，与前人研究理论相吻合。