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ZnO作为宽禁带氧化物半导体具有优异的光学性能，近年其发光性能、磁学特性的研究成为热点。本文在水热条件下，系统研究了矿化剂、金属离子对ZnO晶体生长特性的影响，获得了较高浓度磁性金属离子掺杂的ZnO半导体，并进行了光、电、磁学性能的表征。利用基于密度泛函理论的第一性原理，从原子层次探讨了水热合成纤锌矿ZnO晶体形态的物理机制。主要研究结果如下：1、用强碱性化合物（KOH、NaOH）作为矿化剂时，氧化锌晶体显现极性生长特征，C轴方向生长速度较快，有利于晶体生长，但快速的极性生长容易出现更多缺陷。而盐类矿化剂（KBr、NaCO3）条件下因为ZnO溶蚀度低，晶体生长相对较慢。在强碱性矿化剂的反应体系中分别加入适量的LiOH、CaO、Mg(OH)2，可以抑制ZnO晶体C轴方向生长速度。其中添加CaO制备的ZnO晶体发光光谱中有较强的紫外带间跃迁发光。2、在强碱性矿化剂的反应体系中添加适量金属离子（Sb、Sn、In）可以控制ZnO晶体的形貌。其中添加Sn、In离子时，ZnO晶体C轴生长速度明显低于a、b轴，晶体始终大面积显露{0001}晶面，并且表现出良好的导电性能。其中添加In离子制备的ZnO晶体发光光谱中有较强的紫外带间跃迁发光。而添加Sb离子时，生成晶体完全不显露{0001}和{000}面。3、填充度35%条件下，反应体系中分别加入MnCl2、CoCl2·6H2O，采用磁选分离对合成产物进行处理，分别得到了Mn掺杂浓度7%，Co掺杂浓度0.64-2.87%的均匀掺杂ZnO晶体，SQUID测量表明，这些均匀掺杂Mn、Co的ZnO晶体分别表现出反铁磁性和顺磁性，生成产物中同时伴生铁磁性Co单质存在。4、为了提高Co掺杂浓度，采用耐压性能更好的反应釜，将填充度提高到70%，在反应体系中添加CoO，合成产物经磁选分离后获得了Co:Zn最高超过10at%的高浓度Co均匀掺杂ZnO晶体，测试结果表明该晶体表现出顺磁性。5、利用基于密度泛函理论的第一性原理方法，对水热合成纤锌矿ZnO晶体形态的物理机制进行了理论研究。分析了纤锌矿ZnO晶体的原子结构、能带结构和态密度，并利用乌尔夫定理得到平衡态ZnO晶体形态图。构建金属原子在极性和半极性表面上的吸附结构模型，计算K、Na、Li、Ca、Mg五种金属原子在负极面（0001）和负锥面（1011）的O原子截断面上单类和混合吸附后的表面能的变化，并预测吸附后ZnO晶体形态图。从原子层次探讨了水热合成ZnO晶体形态的物理机制，我们认为添加剂中的金属原子对其表面悬挂键的饱和作用，直接影响表面能的大小，进而影响最终生成的晶体形态。主要创新：1、弄清了矿化剂离子以及金属离子对ZnO晶体极性生长的影响关系，建立了水热条件下ZnO晶体形貌调控技术路线。2、在水热条件下实现了Mn/Co高浓度均匀掺杂，得到了高浓度均匀掺杂的高质量ZnO晶体，证实在Mn（Co）掺杂浓度超过7at%（10at%）时ZnO晶体不会产生铁磁性。3、利用基于密度泛函理论的第一性原理方法，从原子层次探讨了水热合成ZnO晶体形态的物理机制，得到了与实验比较吻合的结果。