当前窄禁带半导体材料中,晶体锗由于具备良好的微电子兼容性而被寄予厚望。锗材料比硅材料的波尔激子半径更大,具有更加显著的表面效应和量子限域效应等,因而锗材料在半导体器件的应用上如集成电路、太阳电池、生物材料等更易获得优异的性能。近几年,低维(二维、一维、零维)锗材料的研究受到广泛的关注,并取得了突破性的进展,如锗烯(二维锗材料)成功地在铂、金衬底上合成,有力的促进了锗烯在各个领域的应用。锗烯结构与石墨烯相似,其带隙约为0eV,所以锗烯的器件化应用需要将其带隙打开。研究者们已经采用湿化学的方法合成了氢钝化的锗烯,其带隙是3.6 eV,并且是直接带隙,比硅烯(间接带隙,4eV)具有更有大的研究前景。通过表面改性调控能带,锗烯比硅烯更有潜力成为一种重要的应用于光电子领域的半导体材料。现阶段的相关研究还停留在对其尺寸效应对性能的影响,而掺杂研究非常少,并且极度缺乏理论的指导。因此通过密度泛函理论探索掺杂对锗量子点的几何结构和电子性能也亟待研究。本文研究了表面改性(氢化锗烷化、烷氧基化、胺化及苯基化)对氢钝化锗烯电子结构的影响以及硼、磷掺杂对锗量子点电子结构的调控作用和形成机制。主要取得以下结论:(1)氢化锗烷化、烷氧基化、胺化及苯基化对氢钝化锗烯几何结构的影响非常小。表面改性会增大氢钝化锗烯的禁带宽度,尤其对烷基化和胺基化的锗烯禁带宽度影响较大。胺化和苯基化会使氢钝化锗烯由直接禁带半导体变为间接禁带半导体;而氢化锗烷化和烷氧基化并不会改变其直接禁带半导体的特征。(2)硼掺杂锗量子点的形成能随着硼在锗量子点的中心位置向表面移动而逐渐降低,即硼原子最容易掺杂到锗量子点的表面。当硼掺杂在锗量子点内部时,在价带上方引入了深杂质能级,当硼掺杂到锗量子点的表面时,在接近锗量子点的禁带中间的位置引入了深能级。磷掺杂锗量子点的与硼的变化规律相似,但形成能比硼掺杂锗量子点偏高,因此硼原子比磷原子更容易掺入到锗量子点中。(3)对于硼磷共掺的锗量子点,其形成能均小于硼原子和磷原子单掺的锗量子点。而其电子结构中均在价带上方引入了深能级。硼磷共掺使锗量子点带隙变化最大的为0.37 eV,接近硼磷共掺硅量子点带隙变化的两倍(0.2 eV),因此硼磷共掺的锗量子点电子结构比硅量子点更具有可调控性。