纵观半导体在微电子领域的发展历史,带隙更宽的半导体材料逐渐备受青睐,而发展性能更为优异的半导体材料是必然选择。近年来,新型超宽禁带半导体材料Ga2O3由于其大尺寸单晶衬底的成功制备,获得了科研工作者们广泛的关注。不-Ga2O3的禁带宽度约为4.7-4.9 eV（对应截止吸收波长位于日盲紫外波段）,具有高的抗辐射性能以及优异的化学和热稳定性,为日盲紫外探测器的优选材料,已经成为研究热点。然而,目前Ga2O3单晶材料工艺（尤其是薄膜外延技术）仍然处于起步阶段,材料生长面临着生长缺陷多的挑战且缺乏系统性的研究。对于Ga2O3日盲紫外光电探测器而言,受限于材料质量和缺陷等原因探测器综合性能不理想,大多数探测器面临着暗电流高、响应度低及响应速度慢等问题,导致器件应用受阻。基于上述问题,本论文主要围绕高质量单晶β-Ga2O3材料的生长,高性能日盲探测器的实现中的关键科学问题展开研究工作。基于材料生长难点,提出β-Ga2O3薄膜MOCVD同质外延生长优化方案;基于日盲紫外光电探测器性能受限的困境,提出基于同质外延Ga2O3薄膜的Fe掺工程设计,以及基于纳米薄片材料的厚度研究实现沟道耗尽的方案。最终实现超高性能的单晶β-Ga2O3日盲紫外光电探测器。具体研究内容及成果如下:（1）针对外延生长Ga2O3薄膜质量低的问题,系统地研究了 MOCVD同质外延生长Ga2O3薄膜技术,实现了高质量的单晶Ga2O3薄膜生长。首先,以（010）晶向的Fe掺半绝缘Ga2O3作为衬底,进行了 MOCVD同质外延生长的系统性研究。主要研究了腔体生长温度和生长压强对Ga2O3外延薄膜生长速率、表面形貌、晶体结构以及电学特性的影响。其次,以硅烷作为硅掺杂剂制备了不同掺杂浓度的同质外延薄膜,并利用范德堡结构对不同掺杂浓度的样品进行了电荷输运机制的分析。最后,在本研究的温度和压强变化范围内,获得了高质量的同质外延Ga2O3薄膜,并且最优的生长条件为830℃,60Torr。该研究为高质量Ga2O3材料的同质外延生长提供了宝贵的经验,也为制备与实现高性能器件奠定了基础。（2）针对β-Ga2O3日盲紫外光电探测器因薄膜材料质量低及载流子浓度高引起的探测性能受限问题,基于MOCVD生长的高质量单晶Ga2O3薄膜,首次提出薄膜的Fe掺工程用于日盲紫外探测器的设计,实现了超高性能的Ga2O3日盲紫外探测器。首先,基于MOCVD同质外延生长单晶β-Ga2O3薄膜,并通过TEM、XRD及RAMAN等表征分析表明了生长的薄膜具备超高的晶体质量。基于原始生长的薄膜制备MSM结构的光电探测器具有高的响应度（4.3×104A/W）,但是漏电大,器件综合性能差。其次,为了降低漏电及进一步地优化器件性能,对原始生长的薄膜进行Fe掺工程设计,即在O2氛围中对薄膜进行快速退火处理,利用Ga2O3衬底中含有的Fe掺杂剂在退火过程中的扩散实现对薄膜的补偿掺杂,以降低薄膜载流子浓度。基于Fe掺工程制备的Ga2O3MSM型日盲紫外光电探测器展现出了优异的探测性能,在弱光下具有最高纪录的响应度（4.58×106 A/W）以及高的探测率（1.37×1018 Jones）和EQE（4.7×107%）。此外,在10V工作电压下,器件也表现出高的抑制比（R245/R400=1.5×106）,快的响应速度（61ms）。最后,结合XPS、TEM、SIMS等有效分析手段揭示Fe掺工程对薄膜及器件性能的影响机制。该研究为高性能日盲紫外探测器的设计与实现提供了可行的参考策略。（3）基于高晶体质量的Ga2O3纳米薄片,首次实现了超低电压驱动的高性能且低功耗的Ga2O3日盲紫外探测器,验证了高质量单晶Ga2O3在小尺寸器件上的应用潜力。由于机械剥离的Ga2O3纳米薄片维持了其剥离衬底的高晶体质量,是验证探测性能的首选材料。对不同厚度的Ga2O3纳米薄片器件研究发现,在一定范围内厚度对器件的暗电流影响显著。通过纳米薄片厚度设计及利用纳米薄片超高的比表面积和特异的表面及界面特性,实现器件沟道的完全耗尽,从而获得无需额外栅极电压抑制的极低的暗电流。该器件在2 V的工作电压下显示出极低的暗电流（5fA）、超高的光暗电流比（3.2×108）及探测率（3.5×1018Jones）,同时具备优异的响应度（2.3×105 A/W）和快的响应速度（169ms）。更加引人注目的是,在0.01 V的超低工作电压下,该器件仍兼顾着超高的探测性能和纪录性的低功率损耗（0.05fW）。此项研究为低电压高性能日盲紫外探测器的研究提供了更多的思路。