氧化镓是一种新兴第四代宽禁带半导体材料（4.9 e V）,理论击穿场强可达到8 MV/cm,在高功率电力电子器件及深紫外探测器件领域具有广阔的应用前景。然而,目前上缺乏对氧化镓单晶的导电机理研究及深、浅能级缺陷的系统研究,这不仅限制了氧化镓单晶光、电性能的研究进程,更制约了氧化镓基功率器件及探测器性能的提高。本文通过光学浮区法及导模法生长得到Ga₂O₃、Nb:Ga₂O₃、Ta:Ga₂O₃等多个样品,通过变温霍尔效应、X射线光电子能谱、深能级瞬态谱、变温荧光等技术对其光学、电学性能进行了精确测量。基于实验数据,分析了氧化镓单晶的导电机理、深/浅能级缺陷及其与氧化镓电学、光学性能之间的关系,具体包括以下几部分内容:1、通过光学浮区法生长得到了高质量Ga₂O₃、Nb:Ga₂O₃、Ta:Ga₂O₃块体单晶,并对样品抛光参数、欧姆接触电极制备工艺进行了研究。2、通过变温霍尔技术,综合物性测量系统（PPMS）对Ga₂O₃、Nb:Ga₂O₃进行了测试,采用热激活跃迁导电模型、跳跃跃迁导电模型对其施主能级及导电机理进行了拟合,结果发现近程跃迁及Mott变程跃迁模型可以分别描述氧化镓低温及高温时的载流子输运方式;同时发现Nb:Ga₂O₃激活能为12-20 me V,显著低于不掺杂Ga₂O₃及文献报道的Si:Ga₂O₃的结果（48.16 me V）。3、采用X射线光电子能谱（XPS）、拉曼光谱（Raman）等手段对退火前后的样品进行了表征,对Ga、O、及C元素的价态及结合方式进行了定量拟合,分析了在含氧气氛中退火对氧化镓电学性能的影响机理,并系统的阐述了C元素在氧化镓电学性能方面所起到的作用。4、通过深能级瞬态谱（DLTS）测试及变温荧光（PL）测试对氧化镓深能级缺陷进行了表征,Nb:Ga₂O₃样品检测到0.12 e V、0.49 e V、0.81 e V三处缺陷,Ta:Ga₂O₃检测到0.56 e V、0.7 e V两处缺陷。同时Nb:Ga₂O₃中检测到其他样品未出现的316 nm处的发光峰。结合DLTS与PL的结果对氧化镓紫外发光带的发光机理进行了初步分析。