本发明涉及一种高掺杂ZnO:Co磁性半导体薄膜材料及其制备方法，所述高掺杂ZnO:Co磁性半导体薄膜材料结构式为Zn_1-xCo_xO,x=0.2～0.45。本发明采用在低温、超低氧气压条件下的氧分子束外延制备方法，得到具有单晶单相的纤维锌矿晶格结构的Zn_1-xCo_xO磁性半导体材料，最大Co金属固溶度达到45％。本发明制备的Zn_1-xCo_xO磁性半导体具备超强的室温铁磁性，最大饱和磁化强度530emu/cm³，最大平均原子磁矩1.68μ_B/Co、巨大的室温磁光克尔效应。制备的Zn_1-xCo_xO磁性半导体材料可用于自旋电子学器件。