ZnO单晶材料以其优良的综合性能在光电子器件方面掀起了研究热潮, 因此对ZnO单晶的研究具有重要的理论和实践意义。 采用激光辐照的方式, 对ZnO单晶进行了光致发光(photoluminescence, PL)光谱实验, 分析研究了ZnO单晶在不同温度（低温）和不同激光能量强度照射下其光致发光特性。 研究结果表明, ZnO单晶内存在少量杂质及表面氧缺陷, 这些结构对其发光特性有一定的影响; 在低温条件下, ZnO单晶具有良好的发光特性, 且随着温度的提高, 发光光谱峰的位置会向长波长方向移动, 但强度会减小; 当激光光源的强度增大, ZnO单晶的PL发射光谱的强度也会随之增大, 且峰的位置和相对强度不变。 结合拉曼(Raman)光谱实验, 从分子及原子振动、 转动类型验证了纤锌矿ZnO单晶的六方晶系结构; 配合X射线衍射(X-ray diffraction, XRD)技术, 得出ZnO单晶良好的结晶特性以及晶轴取向。

用分子束外延(MBE)的方法在c面蓝宝石衬底上生长出了高质量的ZnO单晶薄膜和BexZn1-xO合金薄膜。X射线光电子能谱(XPS)测试结果表明,合金材料中Be元素的摩尔分数分别为1.8%、4.9%、8.0%和15.3%。在此基础上制备了ZnO基和BexZn1-xO基的金属-半导体-金属(MSM)结构紫外探测器。ZnO单晶探测器的响应波长为375 nm,在1 V电压下,350 nm处的光响应度高达43 A/W,光电流和暗电流之比达到105量级。在BexZn1-xO基紫外探测器中,其截止响应波长随着合金中Be含量的增加逐渐蓝移,其中Be0.153-Zn0.847O合金探测器的截止响应波长为366 nm,紫外波段和可见波段的光电流之比达到2～3个数量级,具有良好的信噪比。此外,提出了氧气等离子体表面处理降低探测器暗电流的方法,并使ZnO单晶探测器的暗电流降低了4个数量级。

通过结合纳米压痕和偏振拉曼散射技术对压应力影响下ZnO单晶晶格出现的变化进行了研究。位错的滑移是导致ZnO单晶中出现多处塑性变形的原因而非相变。之后采用偏振拉曼Mapping成像技术以E2(high)模为对象, 监视其在整个压痕区内的强度变化分布。在压痕区中心累积的应力通过位错的滑移而释放, 同时导致压痕区中心处的晶格畸变程度最为严重。伴随着晶格失配的加剧, 拉曼选择定则放宽, 在Z(XX)配置下较弱的LO得到增强, 原本非拉曼活性的B1(high)模出现。此外, 在Z(XY)偏振下压痕区左侧的拉曼光谱中观察到位于130 cm-1处的拉曼异常振动模。此峰的出现可能与压痕区左侧由刃位错所形成的应力场吸引间隙离子导致的晶格畸变有关。

利用拉曼选择定则,设计了ZnO单晶的直角偏振几何配置.在室温下测量了ZnO单晶的各种振动模式的偏振拉曼散射光谱.与原先的文献相比较,初步讨论了各种振动模式的线宽和强度的变化原因.除ZnO 晶体中包括非极性和极性拉曼基频振动,准横光学和准纵光学模式和振动属性被指认外,它们的高阶拉曼散射模式首先被确定.本研究结果为深入了解ZnO晶体和薄膜的宏观性质和微观结构提供了依据.