ZnO作为一种宽禁带多功能半导体,拥有良好的光电特性,在太阳能电池、化学传感器、声表面波器件、压敏传感器件以及发光器件等领域具有非常好的开发和应用前景。事实上,由于O空位及Zn间隙原子等本征缺陷的存在,ZnO晶体表现出n型导电性,因此对ZnO的n型掺杂并不难做到,而p型ZnO半导体则难以生成且其稳定性不好,阻碍了ZnO材料在光电领域的实际应用和发展,因此ZnO的p型掺杂问题受到了极为广泛的关注。通常,人们选择Li、Na、K等I族元素或者N、P、As等V族元素作为p型ZnO的掺杂元素。在I族元素中,Li掺杂ZnO问题已引起人们的重视,目前虽然已有不少关于Li掺杂ZnO的实验研究,但从理论上系统研究不同浓度Li掺杂ZnO体系的工作还未见报道;而V族元素N掺杂ZnO的溶解度比较低,稳定性也不高。研究表明,通过Li、N双受主共掺ZnO可以提高空穴浓度,比N或Li单独掺杂更容易得到稳定的p型ZnO半导体,但已有的研究多侧重于实验方面,理论方面的研究还不多,特别是关于N和Li共掺系统的光学性质的理论研究还未曾有人涉足。我们的主要工作是运用第一性原理方法对纤锌矿ZnO的p型掺杂问题进行理论研究。论文的主要内容包括:(1)概括介绍了ZnO的晶体结构、电学性质、光学性质及其掺杂问题的研究进展情况;讨论了密度泛函理论以及以该理论为基础的计算工具——ADF程序包。(2)计算了Li掺杂ZnO系统的电子结构和光学性质。结果表明,Li替代Zn在价带顶引入了受主能级,使得价带顶上移,同时导带底有更多的上移,导致带隙随着掺杂浓度的增加而线性增大,吸收边逐渐向短波方向移动。与纯ZnO相比,Li代Zn掺杂系统在高能区光学性质大致相同,而在低能区则有着非常明显的变化。由于引入了杂质能级,掺杂系统在可见光区附近产生了新的吸收峰,说明适度掺杂可以提高系统对可见光的吸收率,改善系统的光催化特性。(3)计算了Li-N共掺杂ZnO系统的电子结构和光学性质。结果表明,N单独掺杂时,由于杂质能带较窄,空穴载流子局域化程度高,导致N掺杂ZnO的溶解度低,稳定性差;而Li-N共掺杂ZnO则会使杂质能带展宽,空穴的局域化程度减弱,从而提高N原子的溶解度,获得更好、更稳定的p型半导体。由于引入了杂质能级,无论是Li或N单独掺杂,还是Li-N共掺ZnO,系统都在可见光区域附近产生了新的吸收峰,而Li-N共掺体系的吸收峰明显高于单独掺杂Li或N时的吸收峰,即与单独掺Li或N相比,Li-N共掺杂ZnO可以使可见光的吸收率有更大幅度的提升,进一步改善系统的光催化特性。