Ga₂O₃作为一种新型化合物半导体材料,具有多种同分异构体结构,其中以单斜晶系的β-Ga₂O₃最为受到人们的关注。与GaN、SiC等半导体材料相比,β-Ga₂O₃具有更大禁带宽度、更大的巴利加优值、高的击穿场强、紫外日盲响应、气敏特性以及良好的热稳定性和化学稳定性等优异特性。基于其优异特性,β-Ga₂O₃在深紫外透明导电薄膜、高击穿功率半导体器件、日盲紫外探测器、气敏传感器等领域有着广泛的应用前景。而要大规模的实现这些应用的重要前提是得到高质量的β-Ga₂O₃材料。考虑到单晶β-Ga₂O₃衬底的成本高、尺寸小等问题,在非本征衬底上异质外延β-Ga₂O₃薄膜有着重要的意义。已经有多种技术比如分子束外延（MBE）、金属有机化合物气相沉积（MOCVD）被应用于β-Ga₂O₃薄膜的制备,不同的制备技术以及不同工艺参数对薄膜的结构性质和光学性质有很大的影响。总体来看,目前β-Ga₂O₃的异质外延还不成熟,达不到器件应用的要求,所以研究β-Ga₂O₃的外延生长并提高其质量用重要研究意义。基于上述背景,本文对β-Ga₂O₃的异质外延及其器件进行了研究。主要内容分为以下几个部分:1.在蓝宝石衬底上PEALD沉积Ga₂O₃薄膜及其热退火研究。在蓝宝石衬底上通过PEALD沉积得到亚稳态γ-Ga₂O₃薄膜。对沉积得到的Ga₂O₃薄膜进行了高温热退火的研究;随着退火时间的增加,亚稳态γ-Ga₂O₃薄膜高温退火处理后转化为β-Ga₂O₃薄膜,薄膜择优取向性增强,得到了（2?01）择优取向的β-Ga₂O₃薄膜;薄膜表面逐渐平缓,粗糙度降低。经过高温退火2h的薄膜呈现出最好的晶体质量和表面形貌以及光学特性。2.在蓝宝石衬底上MOCVD沉积Ga₂O₃薄膜,主要研究了生长参数（温度、压力、氧气流量）对Ga₂O₃薄膜的影响。研究发现在β-Ga₂O₃与?-Ga₂O₃的临界温度窗口大约在550℃左右,β-Ga₂O₃生长温度高于?-Ga₂O₃。反应室压强研究表明在富氧条件下,生长速率呈线性变化;在富镓条件下,生长速率偏离质量输运曲线,表明薄膜的生长过程中存在着寄生反应。反应室压强在20-101Kpa范围内研究结果显示,在反应室压强低于35Kpa时,生长Ga₂O₃倾向?相和?与β共存相的薄膜,继续增大反应室的压强,可以抑制?-Ga₂O₃相的生成,利于β相Ga₂O₃薄膜形成。因此升高温度和反应室压强可以抑制?-Ga₂O₃相的生成,且晶相对氧气流量有严格的要求,这可能与不同生长条件影响生长的择优面的选择有关。3.在不同薄膜厚度对β-Ga₂O₃薄膜特性的影响研究发现,随着厚度的增加,薄膜的FWHM降低,厚度为1330nm时获得的了最小的0.38°FWHM。根据不同厚度的β-Ga₂O₃薄膜表面形貌的演变,我们认为在500℃下,β-Ga₂O₃的生长模式是“multilayer growth”模式。β-Ga₂O₃薄膜的透射光谱表明薄膜在可见光区域有着很高的透射率,在250nm左右可以观察到非常陡峭的光吸收边,对应的光学带隙在4.92 eV左右。β-Ga₂O₃薄膜中存在六种不同面外方向的β-Ga₂O₃,位错密度较高,表现出高阻特性以及三种不同的CL发光带。4.斜切蓝宝石衬底上β-Ga₂O₃薄膜生长研究。通过研究了斜切衬底的斜切方向以及斜切角度对β-Ga₂O₃薄膜特性的影响,分析了斜切衬底不同斜切方向以及斜切角度后的薄膜晶体质量以及表面形貌,斜切衬底降低了面内对称旋转,同时有利于薄膜的横向生长。5.基于β-Ga₂O₃基MSM型紫外探测器制备及特性研究。探测器表现出良好的I-V特性,在5V偏压条件下,最大的响应度2.253A/W,紫外-可见抑制比超过6×10³。