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本文的工作主要是利用射频等离子体辅助分子束外延(rf-MBE)系统研究如何在大失配的蓝宝石(0001)衬底上制备出高质量的ZnO单晶外延薄膜。研究发现，用以下三个方案可以在蓝宝石(0001)衬底上制备出高质量的ZnO单晶外延薄膜。 1．对蓝宝石(0001)衬底进行O等离子体预处理之后，沉积一层很薄的金属Ga浸润层对衬底原子结构进行修正，然后在该浸涧层上外延ZnO薄膜。实验发现，Ga薄层的引入完全抑制了导致ZnO薄膜质量下降的旋转畴和倒反畴的形成。反射式高能电子衍射(RHEED)原位观察以及高分辨X射线衍射(HRXRD)、透射式电子显微法(TEM)和会聚束电子衍射(CBED)测试表明，该薄膜具有很高的晶体质量和单一Zn极性。本文详细讨论了Ga浸润层在ZnO薄膜的极性选择以及缺陷密度的减少等方面所起的作用，并通过一个双层Ga原子模型分析了单一Zn极性生长的机理。 2．对蓝宝石(0001)衬底进行O等离子体预处理之后，先生长MgO缓冲层，再生长ZnO薄膜。RHEED原位观察和HRXRD测试表明没有旋转畴的存在，该薄膜为单一O极性。本文详细讨论了MgO缓冲层在提高ZnO外延薄膜质量以及极性选择等方面所起的作用。 3．对蓝宝石(0001)衬底进行N化后，在蓝宝石表面生成一AIN薄层之后外延ZnO薄膜。AIN薄层的形成可以从清晰的RHEED图案得到证实。AIN薄层对ZnO在蓝宝石上的外延起到了重要的作用，晶格失配由18.4％(ZnO(0001)和蓝宝石(0001)之间)降到4.5％(ZnO(0001)和AIN(0001)之间)。在AIN薄层和ZnO薄膜中都没有旋转畴的存在，而且，衬底N化工艺还可以控制薄膜的极性。最后，本文也讨论了AIN薄层在高质量ZnO薄膜外延中所起的作用。 总之，我们已经发展了三个在蓝宝石(0001)衬底上制备高质量的ZnO薄膜的工艺技术，也研究了衬底表面修正和缓冲层对旋转畴和倒反畴的抑制作用，为ZnO基光电子器件的研制奠定了坚实的基础。