氧化镓（Ga2O3）,一种直接带隙的超宽禁带半导体材料,在电力电子器件,如日盲光电探测器、场效应晶体管、发光二极管、信息存储器、气敏传感器、透明导电电极等领域中有着巨大的应用前景。在Ga2O3的五种同分异构体（α,β,γ,ε和δ）中,β相最常见,稳定性最好,研究最为广泛。然而,β-Ga2O3的单斜结构使其在主流衬底上的外延质量较难提高,其本征的n型导电特性也在一定程度上限制了它在功率器件方面的发展。因此,发掘其它亚稳相在不同领域中的应用潜力,以及实现高质量外延薄膜的相可控生长,是Ga2O3材料进一步发展的必经之路。掺杂工艺是调节晶格应力、诱发结构相变、提高结晶质量、优化物理特性的一种行之有效的应用技术。本论文采用激光分子束外延法和金属有机化学气相沉积法两种生长技术,制备了不同生长条件下的Fe、Mn、Mg掺杂Ga2O3外延薄膜。系统地探究了掺杂浓度、衬底温度、沉积室压强和热退火处理对薄膜的结晶质量、相变过程和基本物性的影响。为不同晶相的Ga2O3外延薄膜在不同领域中的应用前景,提供了可靠的理论和实验依据。主要的研究成果如下:（1）采用激光分子束外延法,通过调节Fe掺杂浓度、衬底温度和生长氧压,成功地在蓝宝石衬底上实现了β-Ga2O3和γ-Ga2O3外延薄膜的相可控生长。首次报道了如何使用X射线衍射的极图测试方法,对β-Ga2O3和γ-Ga2O3两种晶体结构进行有效的、低成本的、无损的相变分析。通过Fe掺杂对空位缺陷浓度和薄膜结晶质量进行调控,成功提高了 Ga2O3薄膜的半绝缘特性,多数高质量的外延薄膜在150 V的外置偏压下,仍能保持纳安级别的电流值。通过第一性原理计算和实验数据相结合,证实了 Fe掺杂γ-Ga2O3材料在稀磁半导体方面的巨大应用潜力。在掺杂浓度为9.62 at%的γ-Ga2O3:Fe薄膜中,观察到了约5.73μB/Fe的室温饱和磁矩值,其领先于目前大多数的文献报道。（2）采用激光分子束外延法,在蓝宝石衬底上制备了不同掺杂浓度的γ-（Ga1-xMnx）2O3薄膜。薄膜的结晶质量、室温铁磁性和日盲光电探测性能,都随着掺杂浓度的升高,先增强后减弱。研究结果发现,当x=0.04时,薄膜拥有最大的饱和磁化强度。当外加磁场平行＆垂直于样品表面时,其饱和磁矩值分别为1.54&0.35μB/Mn,表现出了明显的磁各向异性。同时,基于该γ-（Ga0.96Mn0.04）2O3薄膜制备的日盲光电探测器,具有最低的暗电流,最大的光暗比和最短的响应时间。其优异的物理特性,主要来自于Mn掺杂对薄膜的晶体结构、带隙及载流子的调控作用。（3）探索了生长温度、沉积室压强和后位退火对ε-Ga2O3薄膜的晶体结构、结晶质量和基本物性的影响。在制备得到的ε-Ga2O3外延薄膜上进一步生长了微量Mg掺杂的ε-Ga2O3薄膜,并对其基本物性进行了研究。其中,基于非故意掺杂的高质量ε-Ga2O3外延薄膜制备的肖特基型Au/ε-Ga2O3/Au日盲光电探测器,在外置偏压为5 V时,暗电流仅为19.7 pA,R250 nm/R280nm和R250nm/R400 nm的抑制比分别可达4.2 × 102和1.3 × 104,表现出了优异的波长选择性;在5μW/cm2和40μW/cm2的光照强度下,其光暗比分别可达6.03 × 102和1.82 × 104,说明该器件对微弱的光源信号具有较好的探测能力,证实了 ε-Ga2O3外延薄膜在日盲光电探测器方面可观的应用前景。