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宽禁带半导体具有高效的光电转化能力、优良的高频功率特性、高温性能稳定和低能量损耗等优势,成为支撑信息、能源、交通、先进制造、国防等领域发展的重点新材料。Ga203是一种极具潜在应用前景的宽带隙半导体,其出色的材料特性包括极宽的带隙(Eg～4.9 eV)和高击穿电场(8 MV/cm),使它特别适用于太阳能盲光电探测器(SBPD)和高功率场效应晶体管(FET)。本论文依托课题组承担的国家自然科学基金(批准号:11547039,61675032),主要开展了以下几个方面研究工作:1)二维β-Ga203基本物理性质研究。基于准粒子近似+随机相位近似(GW+RPA)和准粒子近似+双粒子格林函数运动方程(GW+BSE)两种方法研究了二维β-Ga203的几何结构、电子结构、光学性质以及激子特性。几何优化的结果显示二维β-Ga203的晶体结构发生了畸变,晶体的对称性下降,并且影响到了它们的电子结构。二维β-Ga203的激子效应非常明显,主导了它们的光学性质。2)H-β-Ga203基本物理性质研究。基于GW+RPA和GW+BSE两种方法研究了H钝化对二维β-Ga203的调控效应,精确地得到了激子束缚能、最大吸收系数以及所对应的能量值。H钝化将影响二维β-Ga203的几何结构、电子结构,且随层数的变化而变化。钝化后材料更加趋向于绝缘性。从基于GW+BSE计算的吸收系数来看,1L、2L、3L在xx、zz三个极化方向上的吸收系数都在105 cm-1数量级,并且GW+BSE方法计算的吸收峰相对于GW+RPA计算的吸收峰发生了明显的红移,在基本电子能带带隙以下的能量范围出现了吸收峰,这说明H-β-Ga203具有很强的激子效应。3)体相β-Ga203以及掺杂Si后β-Ga203基本物理性质研究。准确做出了体相β-Ga203的第一布里渊区、布里渊区高对称点及高对称点路径。基于GW0方法修正了能带带隙(4.67 eV)以及态密度。计算了在r点能带的电子有效质量,它们几乎是各向同性的,其值在0.27 me和0.28 me之间。研究表明,体相β-Ga203材料中的激子效应非常明显,主导了它的光学性质。计算了激子束缚能,及最大吸收峰位置与强度。Si重掺杂后,β-Ga203变为间接带隙材料,其动态介电函数具有各向异性,吸收带边缘上升得更慢。本论文的主要创新如下:(1)采用基于GW近似的多体微扰理论对体相、二维β-Ga2O3展开研究。对体相β-Ga2O3、二维纳米结构β-Ga2O3以及加氢钝化的二维β-Ga2O3的能带结构进行GW0修正计算,分别得到它们准确的能带结构、带隙、态密度以及电子、空穴有效质量等。(2)在准确预测电子结构的基础之上,基于GW+BSE方法对体相、二维β-Ga2O3展开研究。计算了体相β-Ga2O3、二维纳米结构β-Ga2O3以及加氢钝化的二维β-Ga2O3光学性质及激子效应,为基于β-Ga2O3制作光电子器件提供了良好的理论支撑。