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氧化锌(ZnO)是一种直接带隙的第三代宽禁带半导体，因其在室温下约为3.37eV的禁带宽度和高达60meV的激子结合能，而受到了广泛关注，被认为是有望成为新一代短波长紫外光电子材料。随着ZnO半导体材料制备研究不断取得进展，ZnO基器件特别是光电子器件的研究取得了较大进展。但是ZnO基光电子器件仍未达到实用化水平，其发展遇到了瓶颈，因而需要对材料的基本问题进行深入研究，如氧化锌中的杂质和缺陷的控制以及材料结构与质量的优化等。其中杂质和缺陷的控制研究尤为重要，因为杂质和缺陷是影响材料质量和性质的重要因素，甚至是决定性因素。
本文采用金属有机物化学气相沉积(MOCVD)方法在(0001)蓝宝石上生长了具有缓冲层的氧化锌(ZnO)外延薄膜，采用CV测试、原子力显微镜(AFM)、X射线衍射(XRD)、变温霍尔效应(TDH)、变温光致发光谱(TDPL)、二次离子质谱(SIMS)等分析测试手段，研究了ZnO外延生长过程中，样品中的载流子浓度分布、表面形貌、晶体结构、电学性质、光学和元素分布等的变化规律。
实验表明，低温下生长的缓冲层具有较大的粗糙度，晶体质量较差；短时间高温退火后的缓冲层表面变得相对平整，晶体质量有所改进，适合外延层的进一步生长，并且和衬底之间的应变较低温缓冲层有所减小；在高温下生长的激活层晶体质量进一步改进，表面更加平整，成二维生长模式。
研究发现激活层和退火后的缓冲层的应变最小，但载流子浓度增加到1018/cm3，这可能来自于蓝宝石衬底和界面上的Al元素在高温下向缓冲层扩散加快所致；继续经过长时间的高温生长，外延层晶体质量很高，本征浓度比较仅为1016/cm3；但由于长时间的高温使蓝宝石衬底中的Al元素继续扩散，引起缓冲层和相邻外延层中Al原子浓度的进一步增加，同时高温外延层的应变也增加。
研究表明如何优化和控制ZnO外延层的结构、性质和质量，控制蓝宝石衬底中Al的扩散，是实现高质量ZnO外延的关键。