Ga₂O₃是一种直接带隙的宽禁带半导体材料,其禁带宽度E_g⁴.9 eV（²50nm）,具有紫外可见光透过率高、击穿场强大（⁸ MV/cm）、能量损耗低等特性,在透明导电电极、日盲紫外探测器、场效应晶体管、气敏传感器等器件中展现出巨大的应用前景,是一种极具应用潜力的多功能光电材料。Ga₂O₃具有五种不同的晶形包括α,β,γ,δ和ε,这其中最稳定的是β-Ga₂O₃,其它相在高温下都能转化β相。目前研究报道也以β相居多。相比于β-Ga₂O₃,亚稳态立方相γ-Ga₂O₃可能具有更为有趣的物理现象及应用,例如:γ-Ga₂O₃在紫外及蓝光区域具有优异的发光特性,通过Mn掺杂在室温下表现出良好的铁磁性,在γ-Ga₂O₃-Al₂O₃体系中可以选择性的对NO气体催化还原。因此,研究γ-Ga₂O₃既具有重要的科学意义,又具有巨大的应用价值。但目前γ-Ga₂O₃的报道基本集中在纳米材料,基于薄膜型的单相γ-Ga₂O₃由于难以获得而鲜为报道。本文采用Cu掺杂的方式对制备γ-Ga₂O₃的条件行了探索以及光学性能的研究,具体工作如下:1、首先采用第一性原理构建了γ-Ga₂O₃的结构模型,优化了晶体结构,计算γ-Ga₂O₃电子结构,选取晶格相匹配的元素进行掺杂计算。计算结果表明,Cu掺杂可以在γ-Ga₂O₃中稳定存在,并且可以填充一部分的Ga空位。Cu掺杂后,O₃₂Ga₂₁Cu体系的形成能低于O₃₂Ga₂₂体系。这意味着Cu掺杂可以减少系统的形成能并稳定亚稳相γ-Ga₂O₃。这部分工作为实验提供明确的方向性指导,同时也能对实验结果进行分析,建立合适的结构模型,给出合理的理论解释。2、其次利用磁控溅射法探索了通过Cu掺杂制备γ-Ga₂O₃薄膜的可能性。通过不断改变Cu的掺杂量以及退火温度等实验参数,本文发现Cu的掺杂量会影响Ga₂O₃的结构。当Cu的掺杂量为1.2 at.%-4.6 at.%时会获得纯β-Ga₂O₃薄膜,当Cu的掺杂量增加到8.5 at.%-14.9 at.%时,薄膜的结构变为CuGa₂O₄,此结构与γ-Ga₂O₃十分相似。同时,我们还研究了退火温度对薄膜结构的影响,随着退火温度的升高,CuGa₂O₄会向β-Ga₂O₃转变,并伴随少量Cu析出,维持CuGa₂O₄的最佳退火温度为750℃。虽然未能成功的制备出γ-Ga₂O₃薄膜,但却获得了结构相似的CuGa₂O₄,掌握了温度以及Cu掺杂量对Ga₂O₃的影响,这为下一步的实验提供了坚实的基础。3、最后利用溶胶-凝胶法通过Cu掺杂成功地制备出了γ-Ga₂O₃薄膜,并研究了相应的生长条件。我们发现当Cu掺杂量为12.5 at.%在700℃下氮气气氛中退火时,可以得到具有高结晶度的单相γ-Ga₂O₃薄膜。当退火温度升至800℃时,亚稳相γ-Ga₂O₃将转变为稳定相β-Ga₂O₃。同时,我们对制备的γ-Ga₂O₃进行了光学性质以及组分的测试。通过XPS分析表明,Cu掺杂γ-Ga₂O₃薄膜中的Cu离子为+2价。Ga₂O₃薄膜的带隙随Cu掺杂展现出明显的红移。与未掺杂的β-Ga₂O₃相比,由于γ-Ga₂O₃中存在更多的氧空位,Cu掺杂的γ-Ga₂O₃薄膜在紫外-蓝光的光致发光强度明显增强。