以氧化锌（ZnO）、氧化镓（Ga2O3）为代表的宽禁带氧化物半导体具有独特的光电特性及高击穿场强、高电子饱和速率和抗辐照性好等优点,是短波长发光器件、日盲紫外探测器件、功率电子器件和透明显示器件应用的优选材料。同时极性氧化物半导体异质界面诱导形成的高迁移率二维电子气是高频器件和传感探测器件应用的核心要素,界面处对称性破缺引起的新奇物理特性更有助于开发器件新功能和提升器件性能。因此研究宽禁带氧化物半导体的光电特性和极化调控对发展新型光电信息功能器件具有重要的科学指导意义和应用价值。本论文围绕宽禁带氧化物半导体ZnO和Ga2O3的前沿问题,研究了 ZnO激子辐射、Ga2O3缺陷行为、极性氧化物异质结构极化调控和能带剪裁等物理特性,研制出基于ZnO自支撑单晶超薄层的低阈值激子激射结构、基于ZnMgO/ZnO异质界面控制的极性溶剂传感器件和非晶Ga2O3基柔性日盲探测器件原型,为短波长光电子柔性器件和化学传感器件等应用提供了有效途径。主要研究结果包括:一、发展和优化激光剥离技术获得ZnO自支撑单晶超薄层,并转移至柔性衬底上实现低阈值紫外受激辐射。采用准分子激光器对蓝宝石基ZnO单晶外延层进行激光剥离,获得无龟裂、柔性良好、厚度为2.6 μm的ZnO自支撑单晶超薄层。激光局域退火作用使得自支撑薄膜保持良好的单晶结构,在增强紫外激子辐射效率的同时有效抑制缺陷带内发光。同时将其转移至PET柔性衬底上,利用激子-激子散射增强效应实现低阈值（0.35 MW/cm2）室温受激辐射。Purcell效应增强的量子效率和F-P波导光学增益是受激辐射阈值降低的主要原因。由于结构简单,高激子复合效率和与波导的可融合性,这一结果表明可有效解决因缺少晶格匹配衬底而无法实现宽禁带半导体柔性低阈值激光器的难点。二、基于极化调控和能带剪裁,在ZnMgO/ZnO氧化物异质界面诱导出高迁移率二维电子气（2DEG）,研制出Pd/ZnMgO/ZnO/Al非对称接触FET结构,并揭示了极性溶剂对其输运特性的调控机理。当极性溶剂位于栅极位置时,沟道电流与溶剂极性指数呈线性减小关系。这源于ZnMgO表面极性溶剂分子的“栅调控”作用,即通过调控ZnMgO内极化场而降低表面势垒,导致界面2DEG浓度减小。当溶剂接触肖特基Pd电极时,反向偏置电流随溶剂极性指数呈指数增加关系。这是因为极性溶剂在Pd催化作用下形成可移动H离子,并扩散至肖特基接触界面,与极化电荷形成偶极子,导致势垒降低。这两种调制机理具有互补作用,表明极性氧化物异质结的输运特性可通过外加极化进行调控,反之也可用于实现极性溶剂的有效探测,有助于将其应用拓展到化学、生物传感领域。三、基于ε-Ga2O3铁电极化的新颖特性,基于半导体能带和极化模型,利用一维薛定谔方程-泊松方程自恰求解,理论模拟了 ε-Ga2O3/ZnO极性氧化物异质界面的能带排列、极化电荷分布、内建电场及载流子浓度等基本物理特性。研究表明,利用ε-Ga2O3的强极化特征,通过极化调控和能带设计可在ε-Ga2O3/Zn0界面诱导出3.56× 1020 cm-3超高浓度的2DEG,并可通过ε-Ga2O3的铁电极化翻转使得ε-Ga2O3/ZnO和ZnMgO/ZnO异质界面实现电子的积累和反型调控。这一结果对于实现低功耗、增强型MOSFET功率器件及存储器件提供了物理依据。四、开展阴离子合金工程和柔性技术开发,研制出非晶Ga2O3基高性能日盲紫外探测器。利用磁控溅射方法制备出大面积、均匀性好的Ga2O3非晶薄膜,通过提高氧分压控制其电导特性,进而实现MSM探测器由光导型向光伏型工作模式转换,并有效抑制氧空位缺陷导致的带内吸收和持续光电导现象,研制出暗电流为pA量级、响应时间为243.9 μs,UVC-UVA抑制比为4.2×103的日盲紫外探测器。采用TiN作为肖特基电极,在PET柔性衬底上研制出响应度为20.7 A/W、响应时间为220μs、探测度为2.7×1012 cm Hz1/2 W-1以及UVC-UVA抑制比为2.08×104的非晶Ga2O3日盲探测器。同时通过阴离子工程制备GaON非晶薄膜,利用N 2p和O 2p轨道杂化调节价带能带结构,屏蔽氧空位缺陷,使得GaON基MSM探测器响应时间减小至101 μs,且响应峰值在4.95-4.37 eV范围可调。相关器件综合性能可和单晶β-Ga2O3基日盲探测器相比拟,且具有工艺简单、成本低、大面积均匀和可折叠等优点,对发展日盲探测和成像技术提供了可行途径。