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以ZnO为代表的Ⅱ族氧化物材料，由于具有优秀的光学特性和化学稳定性，近年来受到世界各国政府和专家们的重视。Ⅱ族氧化物材料可用于开发短波长光电产品，如紫外发光二极管、激光器和太阳能电池等，具有广阔的应用潜力。本文全面综述了国内外关于Ⅱ族氧化物(ZnO、BeO、MgO、CaO和CdO)的基本性质、现状和能带调节等研究工作，其中ZnO基材料和器件的研究工作最为深入，已取得了不少成果，如ZnO掺As可获得稳定的p型掺杂。为了研制出高质量光电器件，必须构造量子阱和超晶格结构，这就需要对材料的能带进行有效调节。目前，Ⅱ族氧化物及其合金的能带研究工作还不够深入，所以本文就开展与能带调节相关的Ⅱ族氧化物电子结构和能带特性等方面分析工作，得到以下有意义的研究结果： 1.采用密度泛函理论的第一性原理赝势法计算和分析了纤锌矿、闪锌矿和岩盐矿结构的Ⅱ族氧化物电子结构和能带特性。结果显示，纤锌矿结构的Ⅱ族氧化物能隙都为直接能隙，而岩盐矿结构的ZnO、CdO能隙和闪锌矿结构的CaO能隙为间接能隙。根据Ⅱ族氧化物的总能量值知，ZnO和BeO的稳定结构为纤锌矿结构，而MgO、CaO和CdO的稳定结构为岩盐矿结构。Ⅱ族氧化物的岩盐矿结构有最大的结构密度，其能隙值也最大。 2.研究了Be、Ca掺杂ZnO的电子结构和能带特性。计算显示，BexZn1-xO和CaxZn1-xO合金的价带顶都由O2p态电子占据，导带底由Zn4s态电子占据。Be和Ca掺杂ZnO都可实现ZnO向短波长的能隙调节，但Be对ZnO的能隙调节能力要强于Ca。本文提出Be、Ca共掺杂ZnO的办法，可解决BexZn1-x/ZnO异质结构的晶格失配问题。研究表明，由Be和Ca共掺ZnO得到的Be0.125Ca0.125Zn0.75O四元合金，其晶格常数与ZnO相匹配，能隙比ZnO大，稳定性优于Be0.25Ca0.125Zn0.625O和Be0.5Zn0.5O合金，所以说Be0.125Ca0.125Zn0.75O/ZnO异质结构适合用来制作高质量ZnO器件。 3.研究了Be掺杂对纤锌矿ZnO的能隙影响机理，并对BexZn1-xO合金能隙弯曲系数的物理来源进行解剖研究。当Be掺入ZnO时，O原子的电子云向Be周围聚集，造成BexZn1-xO合金的结合能增大，从而引起BexZn1-xO合金能隙的增大。我们计算得到纤锌矿BexZn1-xO合金的弯曲系数b为6.02eV，跟实验值相一致。该弯曲系数值较大，主要来源于体积形变和电荷转移的贡献，而结构弛豫对其的贡献较小。另外，我们分析了纤锌矿BexZn1-xO合金的热特性，得知其溶隙温度高达4061.7K，这对设备和材料制备工艺很不利。 4.详细研究了纤锌矿Be1-xCdxO合金的电子结构与能带特性。由电子态密度分布图知，Be1-xCdxO的价带顶始终由O2p电子态决定，而导带底则由Be2s和Cd5s的电子态共同决定。当Cd掺杂量增加，Be1-xCdxO合金的能隙经历了“直接-间接-直接”的转变过程，这主要是由Cd掺杂量增大造成Be1-xCdxO合金的内部结构产生晶格畸变所致。计算得到Be1-xCdxO合金的能隙弯曲系数高达10.13eV，这主要是由于Be和Cd的离子半径相差较大造成的。通过对计算能隙进行修正，首次系统性分析了纤锌矿BeO-ZnO-CdO三元合金体系的能隙、弯曲系数与晶格常数的关系。 5.对纤锌矿和岩盐矿结构的Be1-xMgxO合金电子结构、能带特性和相结构稳定性问题进行深入研究。结果显示，纤锌矿和岩盐矿Be1-xMgxO合金的价带顶始终由O2p态电子占据，而导带底则由Mg3s态电子占据。纤锌矿和岩盐矿Be1-xMgxO合金的晶格常数都随Mg掺杂量增大而线性增加，但它们的能隙却逐渐减小。对于相同Mg掺杂量的Be1-xMgxO合金，岩盐矿结构的能隙要大于纤锌矿结构。为了使计算值与实验值一致，我们对Be1-xMgxO合金的能隙计算值进行修正，得到纤锌矿和岩盐矿Be1-xMgxO合金的能隙弯曲系数b值分别为3.451eV和4.96eV。并系统性研究了纤锌矿BeO-MgO-ZnO三元合金的能隙、弯曲系数与晶格常数的关系。根据Be1-xMgxO合金的形成能得知，当Mg掺杂量为0.89时，Be1-xMgxO合金由纤锌矿相结构转变为岩盐矿相结构。 6.开展ZnO掺Al的理论和实验研究。理论结果显示，ZnO掺Al会使其体积变大，总能量升高，结构稳定性降低。同时，Al掺入ZnO会在导带底产生杂质能极，费米能级进入导带，ZnO材料呈n型，所以Al是ZnO的很好n型掺杂剂。当增大ZnO的掺Al量，其能隙经历了先变小再增大的过程，这样的能隙变化主要源于B-M移动和多体效应的竞争结果。我们通过电子束蒸发技术在玻璃衬底上制备出ZnO：Al薄膜样品。样品经检测显示，当衬底温度和退火温度都为400℃的条件时，制备得到ZnO：Al样品在可见光区域有90％以上的透光率。