ZnO是一种具有多种性能的直接宽禁带半导体材料,这种材料的性能和结构都具有很强的被设计性,而本文利用了第一性原理的方法对ZnO的氧缺陷和N,V掺杂ZnO的电子结构和光学性质等等进行了研究,并通过计算、对比和分析,找寻其中的原因。本文主要可以分为四个部分,第一部分对V掺杂ZnO的电子结构进行了研究；第二部分对氮钒共掺杂ZnO晶体的电子结构等进行了分析研究；第三部分对氮钒共掺杂ZnO晶体的光学性质等进行了分析研究；第四部分计算了氧空位对ZnO晶体的电子结构和光学性质等方面的影响。以下是其主要内容和结果：1.计算了ZnO和不同浓度的V掺杂ZnO后,晶体的能带结构、态密度以及分波态密度。通过计算表明,因为V的掺杂,使ZnO的晶格发生细小膨胀,能带发生了劈裂,同时禁带宽度变小,导带底和价带顶均向低能的方向移动,自旋态密度的分布不对称,自旋向下的电子数要比自旋向上的电子数少,积分态密度后会发现V掺杂ZnO体系具有净磁矩,显现出磁性。而当V掺杂后,在价带顶出现了杂质带,V-3d态电子与O-2p态电子的态密度分布部分重合,形成了pd杂化。2.计算和分析了N掺杂和NV共掺杂ZnO的电子结构,结果表明：当N掺杂ZnO后,优化后得到了N0.0625ZnOo.9375的晶胞常数,发现N的掺杂基本没有改变ZnO的晶格结构,使其禁带宽度略有变小,出现了多余的载流子空穴,在-13eV处出现了一条细能带,主要来自N的2s态电子。而NV共掺杂后,V-3d态电子和N-2p态电子之间存在着很强的杂化作用,V-3d态电子明显向高能级的方向发生了移动,N-2p态电子局域性发生了变化,大部分分布在价带中,少数部分分布在费米能级附近,而且价带顶的电子数比例减小,载流子间的排斥作用减小,提高了N原子的稳定性,这也更有利于ZnO的p型掺杂。3.计算和分析了NV共掺杂ZnO的光学性质,结果表明：单掺杂V和NV共掺杂的情况类似,导带和价带发生下移,分别出现了新的峰和有一些峰消失,也有一些峰向低能方向移动,而且峰值也发生了明显变化。V掺杂后的吸收谱向长波发生了移动,这是由于V掺杂后,在费米面附近产生了杂质能级,价带的电子先跃迁到杂质能级再跃迁到导带,使其吸收光子波长变长,所以吸收边发生了红移。反射率在低能级区域都出现了一个较大的峰,而且发生了红移。V掺杂和NV共掺杂前后的能量损失谱相差都不是很大,N的掺杂对其能级影响很小,只是影响其光学性质的强度,光学性质主要受V的影响较多。4.计算了氧空位对ZnO的电子结构和光学性质的影响,结果表明：因为氧空位的存在使ZnO的禁带宽度变宽,费米能级向高能导带方向移动,晶胞中出现了两个未成键的电子,带隙里存在了深施主能级,氧空位形成的深施主能级对受主掺杂有补偿作用。在费米能级附近出现了一个电子态密度峰,距离氧空位最近的O1-2p和Zn1-4s都出现了该峰,而氧空位较远端的02-2p的态密度中该峰并没有出现,并且施主电子的局域性较强。纯ZnO的O-2p和Zn-3d杂化形成了两个分裂的能级,但氧空位掺杂后,O-2p和Zn-3d杂化不分裂成两个分裂能级,是形成了一个较宽的能级,原子间的量子效应作用产生了分裂能级,由于氧空位的出现,周期性结构发生变化,O原子减少和杂化,Zn原子间的不规则叠加,导致了Zn-3d电子态不分裂。当氧空位加入后,因为禁带宽度的变大,含有氧空位的氧化锌很明显向高能区的方向移动,每个吸收峰的能量都是由电子从价带向导带激发形成的。由于氧空位的出现,使价带顶附近的自由电子增多,受到激发后形成载流子,载流子浓度的增加对应着高能区的峰值强度就会变大。