国际能源紧缺问题日趋凸显，带动了半导体照明工程的发展。半导体照明的关键技术是开发新型蓝光至紫外波段的发光二极管(LEDs)器件，而氧化锌(ZnO)薄膜近年来在短波长LED领域备受关注。然而，ZnO的p型掺杂瓶颈极大的限制了ZnO基LED器件的开发，研究掺杂的物理机制是解决p型掺杂的基础。　　 本文着眼于ZnO的p型掺杂瓶颈这一关键问题，围绕ZnO薄膜的生长机制、本征缺陷物理、p型掺杂机理和载流子输运行为展开研究。分别采用脉冲激光沉积(PLD)方法和超声喷雾热分解(USP)方法生长ZnO薄膜。研究发现PLD法易于获得高结晶质量的单一取向薄膜，而USP方法成膜粒子能量低，生长薄膜为多晶多取向结构。为改善USP法的成膜质量，本文采用PLD籽晶层辅助USP的新方法生长薄膜，结果表明引入籽晶层后，薄膜从多晶多取向结构转变为c轴单一取向结构。采用光致发光、喇曼光谱和Hall测试分析了ZnO薄膜的光电性质。不同方法生长薄膜的深能级发光位置不同，PLD薄膜深发光为2.2eV附近的黄光发射，经指认可能为浅施主VoH0-深施主氧空位Vo2+跃迁；而USP薄膜深发光为2.54eV附近的绿光发射，可能为浅施主VoH0-深受主氧间隙Oi1-跃迁。喇曼光谱表明随成膜环境氧分压的升高，ZnO薄膜的晶体结构对称性提高。Hall测试表明ZnO薄膜具有较强的本征n型电导性质，本征n型导电可归因于H杂质与本征氧空位的缔和浅施主VoH，随成膜环境氧分压升高，本征氧空位浓度降低，浅施主浓度下降，n型电导变弱。　　 本文在实验研究基础上，对本征掺杂ZnO体系进行第一原理计算研究。缺陷形成能计算收敛性的系统检验表明，本文采用的计算条件可获得收敛可靠的形成能结果。ZnO本征掺杂体系中O空位和Zn空位分别是主导本征施主和受主缺陷。在低氧压生长环境中，本征施主缺陷对p型掺杂产生严重的自补偿作用，提高生长环境的氧分压可弱化本征缺陷的自补偿作用，是实现p型掺杂的有效途径。所有本征施主缺陷均在禁带中形成深能级，因而非故意掺杂ZnO的强n型电导并非来源于本征缺陷。Zn空位可形成浅受主能级，对本征p型导电具有一定贡献。采用USP方法生长N-In共掺ZnO薄膜，能谱分析和能损谱分析表明Zn0薄膜中存在N和In元素。光致发光谱表明掺杂后深能级发光峰淬灭，喇曼光谱表明掺杂后出现In-N键振动模，证实了N，In元素的有效掺杂。Hall测试表明USP方法在Si衬底上生长的N-In共掺ZnO薄膜具有异常强的p型电导，但在绝缘衬底上相同条件下生长的薄膜均为n型电导。扫描电容显微分析表明Si衬底上ZnO薄膜本身为n型电导，p型电导可能来源于ZnO/Si界面。进一步分析表明，N，In掺杂元素易于偏聚在ZnO薄膜界面处，形成高浓度负电受主界面态，据此建立ZnO/Si界面能带模型，发现受主界面态可诱发Si界面层反型而形成二维空穴气，从而成为ZnO/Si体系的p型Hall电导起源。此外，本文还采用N离子注入方法尝试了p型掺杂。结果表明N离子注入后薄膜发光强度显著降低，声子喇曼频移发生明显移动，证实N离子已掺入ZnO晶格，但未实现p型电导，可能与N形成No受主的同时又形成了(N2)o等浅施主缺陷有关。采用USP方法在GaAs衬底上生长N-In共掺ZnO薄膜，通过蒸镀上下电极制作出ZnO/GaAs异质结LED原型器件。原型器件在正向偏压、室温下可肉眼观察到明显的电致发光现象，光谱分析表明发光由GaAs的带边发射和ZnO的缺陷发射组成。由于异质结大的价带不连续，致使ZnO发光效率较低。