GaN、A1N和ZnO作为第三代半导体材料，因为有很多独特的优点比如高热导、高熔点、高激束缚能和低介电常数，在短波长光电器件领域潜力巨大，典型应用有蓝光、紫光、紫外发光二极管及激光器。尽管已经有不少应用，但是它们还没有发挥出应有的作用。考虑到目前存在一些研究不足但又有很大应用前景的基于上述三种半导体的掺杂体系，本论文采用基于密度泛函理论的第一性原理方法有针对性地研究这些体系的磁学、光学和电学性质，主要内容如下：　　(1)V掺杂GaN磁性和光学性质的研究。采用基于密度泛函理论的第一性原理方法研究了V掺杂浓度为6.25％的GaN的电子结构和磁学性质，使用的GaN超胞包含32个原子。研究发现GaN能带隙中出现杂质带，并且费米能级穿过该杂质带。杂质V是自旋极化并且为铁磁性序的，超胞的磁矩为2μB，V掺杂GaN的铁磁性可以用双交换机制来解释。V掺杂浓度为12.5％时，通过研究五种不同的掺杂位置，发现V原子处于最近邻时的铁磁态具有最低能量，即为基态，铁磁态的能量比反铁磁态低255meV。磁矩主要集中在V原子上，并且铁磁交换作用是短程的，居里温度超过室温。形成能计算表明V比较容易掺入GaN，表明V掺杂GaN是一种有前景的稀磁半导体。此外，光学特性计算表明，V掺杂后，吸收谱有新的峰出现，折射率在低能量区增加，介电函数也有明显变化，表明V掺杂GaN是一种在光电器件领域有应用潜力的介电材料。　　(2)稀土元素Gd掺杂GaN的磁性研究。采用基于密度泛函理论的第一性原理研究了Gd掺杂GaN的磁学性质，发现Gd单独掺杂是体系没有磁性，但是Gd与Mg共掺杂时，体系具有铁磁性。分析表明Gd的4f态大约在导带底上方5eV处，对磁性没有贡献。Gd与Mg共掺杂时的情况下，Gd的5d态和N的2p态在价带顶处杂化作用明显，费米能级穿过杂质能带，形成近100％的自旋极化。Gd-N键的集居数从Gd单独掺杂的0.49增加到Gd-Mg共掺杂时的0.61，差分电荷密度分析也可看出共掺杂时Gd和N的相互作用增强。可以推断，实验上Gd掺杂GaN具有磁性是由于有杂质出现的结果。　　(3)V掺杂AIN的磁性和光学性质研究。采用基于密度泛函理论的第一性原理研究了V掺杂A1N性质，研究了闪锌矿和纤锌矿两种结构，对于闪锌矿结构，发现V杂质100％自旋极化，并且有室温铁磁性，磁性源自双交换机制。V离子位于最近邻位置时，铁磁态的能量比反铁磁态低277meV。同时，我们系统地分析了不同V掺杂浓度对AIN光学特性的影响。对于纤锌矿结构，我们进行了不同V间距和不同磁耦合态下的总能计算.结果显示铁磁态是基态，并且V离子间的磁耦合对V离子间距非常敏感。以上结果表V掺杂AIN是一种有前景的材料，可以用于制作自旋器件。　　(4)非磁元素B掺杂AIN的磁性研究。采用基于密度泛函理论的第一性原理研究了B掺杂AIN磁学性质性质，发现当超胞中掺杂一个B离子时，磁矩为1.92μB，磁矩重要来自B离子和其次近邻N原子的贡献，其最近邻的Al原子的磁矩非常小。由于N2p态和B2p态的电荷密度空间分布比较弥散，B掺杂A1N磁性的长程相互作用是由于p-p杂化的结果。磁性产生机制可以用能带耦合模型来解释。　　(5)Te-N共掺杂ZnO研究。采用基于密度泛函理论的第一性原理研究了Te-N共掺杂ZnO的电学性质。N掺杂引起晶格收缩，而Te的掺入引起晶格膨胀，从而减小晶格应力促进N的掺杂，并且Te由于电负性小于0而带正电，Te在Zn0中作为等电子施主而存在。N掺杂体系中在费米能级附件形成窄的深受主能级，而Te-N共掺体系中，N杂质带变宽，空穴更加离域，同时，受主能级变浅。　　(6)In-C共掺杂ZnO研究。采用基于密度泛函理论的第一性原理研究了In-C共掺杂ZnO的电学性质。发现C单独掺杂在价带顶附件引入空穴载流子，In-C共掺在带隙中引入更浅的C受主能级，同时In-C共掺有更小的形成能，因而促进C更有效地掺入。