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稀磁半导体因其在自旋电子器件上有着很高的潜在应用价值而吸引了国内外科研人员的广泛关注。ZnO在室温下同时具有铁磁性和电子的荷电特性,如何制备出室温下的稀磁半导体使其可以应用于制备自旋电子器件已经成为人们研究的热点。ZnO作为一种宽禁带半导体,有高的激发能(60meV)、稳定的化学性能和热性能,并且价格低廉、资源丰富,所以有广泛的应用前景和丰富的研究内容。近年来,对ZnO基稀磁半导体的研究方兴未艾,但是在一些重要机理研究上仍然存在很大争议。例如,ZnO基稀磁半导体的磁性起源问题、磁性和非磁性元素掺杂对磁性能的影响以及半导体缺陷在稀磁特性中扮演的角色等。本文选择非磁性和磁性元素掺杂ZnO薄膜为研究对象,重点研究了Mg、Co掺杂ZnO半导体薄膜的稀磁特性,并且结合光谱技术探讨了Mg、Co:ZnO薄膜的磁性起源。取得的主要研究内容如下：1、采用脉冲激光沉积(Pulsed Laser Deposition, PLD)技术制备Mg、Co掺杂ZnO薄膜,选取单晶Si(100)作为薄膜衬底,在不同元素、含量和退火温度等条件下,研究了薄膜的结构、形貌、磁学性能及光学性能。实验表明,掺杂后的薄膜,根据掺杂含量不同分别具有六角形纤锌矿结构和四方相结构,进而引起了磁性上的差异。揭示出ZnO半导体结构与磁性具有很强的关联性,为研制稀磁ZnO半导体材料提供了有价值的实验结论。2、系统研究了非磁性Mg掺杂ZnO薄膜。研究结果表明,所有Mg掺杂ZnO薄膜在室温下均呈现出铁磁性。当非磁性元素含量较低时,薄膜具有六角形纤锌矿结构,XRD谱线呈现单一的ZnO(002)峰,说明样品为单晶薄膜。当Mg含量继续增加时,ZnO(002)峰逐步减弱而MgO(200)峰逐步增强,当Mg含量增加到0.25时,薄膜转化为四方相结构,并且其磁性随之增强.。同时发现,氧气氛和退火温度对磁性也产生明显的影响,氧压增加对薄膜的磁性有增大效应,而退火温度的提高会减弱薄膜的磁性。3、系统研究了磁性元素Co掺杂的ZnO薄膜。研究结果表明,与Mg元素相比,难以获得ZnCoO薄膜的单晶结构,Co掺入ZnO晶格之后,除了六角形纤锌矿结构之外,薄膜还形成混合相。薄膜磁性随着Co含量增大先减小后增大。改变ZnCoO薄膜的退火温度,发现退火温度增大薄膜磁性减弱,并且发光强度也随之减弱。