本论文主要借助化学势模型,从相对真空束缚能级的角度来研究不同价态的过渡金属离子在半导体和宽带隙化合物中的能级位置。为了更深入理解相关理论,我们以铝镓酸盐基发光材料为研究对象,研究这些杂质离子在该类物质中的发光机理和掺杂能级位置。主要包括以下内容:首先在多种化合物中,总结不同价态的过渡金属离子在不同化合物体系中的掺杂能级。总结了过渡金属离子在半导体中的施主（Donor）和受主（Acceptor）能级,而对于宽带隙化合物,主要从文献中搜集和汇总得到杂质离子在基质中的电荷迁移能量。借助化学势模型,从能量角度研究了3d电子的束缚能级位置。从整理的结果可知:对于同种杂质离子随着价态的增加,它所形成的能级位置具有下降的趋势,而且基质的导带底的位置对束缚能级也有重要影响,这些能级间的差值可能是由Franck-Condon效应造成的。其次依据Eu³⁺离子的电荷迁移能量,研究CaAl₂O₄-CaGa₂O₄体系中Ga³⁺取代Al³⁺离子过程中基质能带结构的变化,并研究杂质离子在禁带中的能级位置。采用高温固相法首次在1350℃保温6小时合成了CaAlGaO₄基质,并通过掺杂过渡金属(Cr³⁺,Mn⁴⁺,Fe³⁺)和镧系离子(Eu³⁺,Tb³⁺,Dy³⁺,Sm³⁺,Ce³⁺)制备出了多系列实验样品。CaAlGaO₄:Eu³⁺样品释放红光,可归属为Eu³⁺离子的5D0→7F2跃迁。CaAlGaO₄:Tb³⁺发光材料在542nm处有很强的绿光发射。在蓝光LED芯片的配合下,Eu³⁺,Tb³⁺离子共掺制备出的实验样品,通过三基色RGB复合而得到白光。CaAlGaO₄:Dy³⁺样品的发射主要集中在黄橙和蓝色波段,在该基质中掺杂Sm³⁺离子后出现较强的橙光发射,当它与Eu³⁺离子共掺杂后可得到橙色-红色宽谱带发光材料。随后使用CIE 1931色度图标示出了这些发光样品的色坐标。最后采用高温固相法制备了过渡金属离子和镧系离子掺杂的镓酸盐发光材料MGa₂O₄（M=Mg,Ba,Zn）,研究这些杂质离子的发光机理和能级位置。在MgGa₂O₄:Cr³⁺材料的发光范围主要集中在650nm-750nm,可归属为Cr³⁺离子的2E（2G）→4A2（4F）跃迁。实验中分别使用碳酸锰和二氧化锰为原料,且只在空气气氛中进行实验。结果表明,Mn离子在基质中主要显示+2价,它取代Mg²⁺离子而占据四面体格位。此外,在实验中观察到Mg0.98Ga₂O₄:0.02Mn²⁺样品出现余辉现象且其绿色余辉约为12min。采用高温固相法制备出单斜结构的BaGa₂O₄基质,价带顶（Ev）在MGa₂O₄（M=Mg,Ba,Zn）体系中的能级变化也得到了研究和讨论。