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半导体照明产业的迅猛发展，使半导体发光器件的主要基础材料GaN基宽禁带半导体材料受到了前所未有的关注。它们物理性能优异，带隙宽、物理强度高化学性能稳定，在高亮度发光二极管、短波长半导体激光器、紫外光探测器等领域有着广泛的应用。但遗憾的是GaN单晶至今无法实现商业化，因此GaN材料的应用只能依赖于异质外延膜。目前，发展高亮度半导体照明所需要的高质量GaN薄膜受制于异质衬底，寻找新型GaN衬底材料是半导体照明产业的关键一环。
本论文顺应半导体照明产业的需要，研究了一种新型的宽禁带半导体透明导电材料——β-Ga2O3单晶的生长与性质，同时还对以β-Ga2O3单晶为基质的复合衬底材料LiGaO2/β-Ga2O3制备方法进行了详细的研究。
本论文的主要研究内容包括：
1.利用浮区法生长得到了高质量β-Ga2O3单晶。解决了单晶生长的开裂问题，能够稳定地生长超过1 cm的无宏观缺陷的单晶体。经过多次工艺改进，晶体质量有了极大的提高，其双晶摇摆曲线的半高全宽(Full width at halfmaximum，FWHM)仅为59.5弧秒，远远小于文献报道。
2.研究了β-Ga2O3单晶的光学性能。在β-Ga2O3单晶的吸收光谱上观察到两个位于吸收截止边上的吸收肩，并分析了该吸收肩的来源。在β-Ga2O3单晶的荧光谱上，除了紫外、蓝、绿光三种特征发光外，还首次观察到了红光发射，并探究了发光的来源。研究了退火对光谱的影响。
3.研究了β-Ga2O3单晶的电学性能，结果表明β-Ga2O3单晶的导电性能各向异性，b轴向的电导率明显高于a、c轴向，这与β-Ga2O3单晶的结构特点相关。
4.首次在β-Ga2O3单晶中观察到了上转换发光。
5.生长了不同浓度Sn4+掺杂的β-Ga2O3∶Sn单晶，研究了Sn4+掺杂对β-Ga2O3单晶性能的影响，包括对光学性能、电学性能的影响。结果表明Sn4+掺杂能够抑制β-Ga2O3单晶的部分发光；电导率随着Sn4+掺杂浓度的增加而增加。
6.生长了不同浓度Cr3+掺杂的β-Ga2O3∶Cr单晶，研究了它们的发光性能，探索其作为荧光衬底的可能。
7.利用气相传输平衡(VTE)技术在β-Ga2O3单晶(100)表面生成LiGaO2薄膜，构成LiGaO2/β-Ga2O3。研究结果表明VTE处理温度对LiGaO2的形成是关键因素，VTE处理温度为800℃时，VTE反应开始进行，并形成织构，当温度升高到1100℃，β-Ga2O3单晶表面形成高度＜001＞取向的LiGaO2薄膜。同时，VTE温度越高复合衬底的透过率越高。
8.高温退火处理使LiGaO2/β-Ga2O3复合衬底的LiGaO2薄膜随退火温度不同而呈现深浅程度不同的红色，这是因为在LiGaO2薄膜内出现色心，该色心主要与Li的挥发有关，并且，在不同退火温度下，Li空位所处格位不同，产生不同的色心。
9.利用PLD方法在β-Ga2O3衬底上制备了ZnO薄膜。研究了β-Ga2O3(100)面与ZnO(0001)面的失配率。详细研究了该ZnO薄膜的光学、电学性质。对ZnO薄膜退火处理之后发现有新相生成，ZnO薄膜的电导率下降，光学性质也发生了改变。
10.利用MOCVD方法在β-Ga2O3衬底上制备了GaN薄膜。研究计算了β-Ga2O3(100)面与GaN(0001)面的失配率。详细研究了该GaN薄膜的光致发光谱和电致发光谱。
11.将以β-Ga2O3为衬底制备的GaN薄膜制成LED，并被成功点亮，发出绿光。