近十年来,氧化镓（Ga2O3）材料和器件成为学术界关注的热点。由于β-Ga2O3具有极大的击穿电场和大尺寸、高质量、低成本的晶圆,在电力电子和日盲探测器等方面具有广阔的前景。器件应用领域的快速发展,使得对可控掺杂、高结晶质量的外延薄膜的需求愈加迫切。然而,关于β-Ga2O3材料的制备和相关性质研究仍有很多难点需要克服,尤其是外延薄膜结晶质量不高、掺杂困难的问题,限制了其在半导体器件上的研究和应用。此外,β-Ga2O3的p型掺杂缺失和高掺杂浓度下掺杂激活率低等难题仍待解决。虽然,n型掺杂研究相对成熟,但是依然缺少在低掺杂浓度下连续控制载流子浓度的方法。因此,发展高结晶质量、高掺杂激活率的外延薄膜制备方法以及通过其他手段调控材料特性是β-Ga2O3材料和器件研究的重点。弹性应变可以将超宽禁带半导体转变为正常带隙半导体甚至是金属,这为β-Ga2O3材料的p型掺杂缺失、欧姆接触差等问题提供了一个可能的解决方案。然而在实验过程中,由于高度各向异性的单斜晶体结构和较差的机械弹性,导致其在弹性应变下的应力分布复杂,弹性应变诱导的β-Ga2O3带隙调控的研究在实验层面很难实施。本论文首先采用两步处理工艺和脉冲激光沉积相结合的外延生长方法,制备了原子级平整、高掺杂激活率的β-Ga2O3外延薄膜,系统的探索了表面处理工艺、生长氧压等对外延薄膜结晶质量的影响。并提出了简单有效的方法通过弹性应力调控材料的带隙,然后通过α粒子辐照方法弥补了载流子线性调控的空白。为解决β-Ga2O3带外延薄膜结晶质量低、掺杂激活率低、p型掺杂缺失等问题提供了可靠的理论和实验支持。本论文具体研究内容安排如下:（1）采用脉冲激光沉积生长技术,结合两步表面处理工艺,通过调节表面处理工艺过程、生长氧压和衬底温度等,成功在同质衬底上实现了高结晶质量、高掺杂激活效率的β-Ga2O3外延薄膜的生长。首先通过两步处理工艺使β-Ga2O3衬底具有原子级台阶状形貌,然后在此基础上首次完成了具有原子级台阶形貌的半绝缘Fe掺β-Ga2O3外延薄膜的制备,并完成了多层原子级平整的外延薄膜的生长。多种测试手段证实了β-Ga2O3外延薄膜具有高的结晶质量、原子级平整的表面形貌。Fe掺β-Ga2O3半绝缘薄膜的载流子浓度下降到4.39×10~7 cm-3,方块电阻高达2.26×1011Ω/□,可与商用半绝缘单晶衬底相媲美。Sn掺β-Ga2O3外延层的载流子浓度为2.01×1020 cm-3,掺杂激活率为41.1%,突破了β-Ga2O3外延薄膜在高掺杂浓度下掺杂激活率低的瓶颈。（2）探索了α粒子辐照对半绝缘Fe掺β-Ga2O3外延薄膜载流子浓度连续调控的能力,并研究了α粒子辐照对薄膜晶体结构,结晶质量和基本物性的影响。首先对辐照后的薄膜进行了表征,实验结果表明,由于在辐照过程中离子的轰击,外延薄膜晶格产生了微小的畸变,但是晶体结构和结晶质量没有发生明显的变化。然后,使用辐照后的Fe掺β-Ga2O3外延薄膜制备了肖特基势垒二极管,并对其进行了系统的测试。测试结果表明,随着辐照剂量的增加,半绝缘Fe掺β-Ga2O3外延薄膜中载流子浓度在6.52×1013 cm-3至2.25×1015 cm-3范围内连续可控。对Fe 2p峰的测量结果表明,α粒子辐照可能使Fe掺杂的补偿效果失效,释放出了捕获的载流子。辐照对外延层载流子浓度在低浓度范围内的有效调控,弥补了外延生长的空白。随着辐照剂量的增加,器件电流特性逐渐增强,击穿电压降低。无p型终端和场板结构二极管器件击穿场强高达2.4 MV/cm。实验结果表明,辐照在外延层中引入缺陷,使载流子浓度增加。改变辐照剂量,可以达到了调控外延层载流子浓度的目的。（3）提出了一种简单有效的方法对β-Ga2O3材料连续施加弹性应变,并对其光学带隙进行可逆调控。采用第一性原理计算了β-Ga2O3材料中高度各向异性的弹性模量,为弹性应变调控β-Ga2O3材料特性提供了理论支持。以理论计算为基础提出,通过对改良的两点弯曲法沿着b轴弯曲可以获得最大的应力。对不同弯曲状态下的样品进行测试,发现β-Ga2O3样品的带隙随弹性应变的增加而不断降低,在弯曲曲率为2.5mm时,降至3.4 e V,下降幅度达30%。弯曲实验证实了,弹性应力光学带隙的调控是连续的、可逆的,并且在弯曲过程中没有产生裂痕和缺陷。与第一性原理计算结果一致,机理研究结果证实了弯曲样品中存在的弹性应变和应变梯度。各项实验结果表明,在弯曲的β-Ga2O3样品中,光学带隙的变化是由弹性应变和应变梯度共同作用产生的。