纤锌矿结构ZnO是一种宽禁带(室温下3.37eV)的Ⅱ-Ⅵ族氧化物半导体,它具有低介电常数、大光电耦合系数、高化学稳定性、高的激子结合能(60meV)及优良的光学、电学及压电特性等,因此ZnO在许多方面有潜在的应用价值,如紫外探测器、发光二极管、半导体激光器、光电探测器、表面声波器件及太阳能电池等领域。ZnO材料的研究已取得了很大成功,其主要集中于ZnO材料的实验制备,功能设计和电子结构的理论工作。近年来,ZnO基稀释磁性半导体激发人们的研究热情。本文主要采用基于密度泛函理论框架下的第一性原理平面波赝势方法,研究纯ZnO、3d族过渡金属、3d族过渡金属与氮共掺杂ZnO体系和碳掺杂ZnO体系的电子结构,光学特性。主要研究内容及结果如下:(1)依据实验参数,建立了纯净纤锌矿型ZnO结构模型,计算出纯净纤锌矿型ZnO能带结构、态密度和光学性质。通过对能带结构和电子态密度分析,从理论上验证了ZnO属于直接带隙半导体,且是共价键与离子键共存的化合物, Zn-3d与O-2p电子有着一定的轨道杂化;为克服密度泛函理论在计算带隙偏小的问题,采用“剪刀”算符工具对带隙修正后计算的光学特性与实验结果基本符合,并利用半导体带间跃迁理论、电子结构定性分析ZnO各光学性质的成因。(2)计算了过渡族金属(Mn、Fe、Co、Cu)和氮共掺杂ZnO的能带结构、电子态密度、差分电荷密度和光学性质,分析了杂质离子与阴离子间电荷转移情况。计算表明Mn、Fe、Co与N共掺杂ZnO的光学性质与Mn、Fe、Co单掺杂相近,但过渡族金属与N共掺杂有利于获得p型ZnO。(3)研究C在两种不同掺杂情况下ZnO体系的电子结构和光学性质。计算表明:C原子替代O原子和C原子替代Zn原子的两种掺杂体系的电子结构存在明显的差异,主要是C原子的电子分布及对周围原子的影响不同所致;碳掺杂ZnO光学性质的变化集中在低能量区,而高能量区的光学性质没有明显变化,结合电子结构定性解释了光学性质的变化。