氧化锌(ZnO)材料是一种自激活宽禁带半导体材料，具有六角纤锌矿结构，室温下禁带宽度为3.37eV，激子结合能更是达到60meV。它具有优异的光电性能，在很多领域得到广泛应用，诸如:紫外探测器、发光二极管、激光器、表面声波器件、太阳能电池等等。本论文将以ZnO为基材料，采用基于密度泛函理论第一性原理的全电势线性缀加平面波法，在广义梯度近似(GGA)下应用Wien2k软件进行计算。　　 首先，通过密度泛函理论的第一性原理计算超晶胞结构的ZnO晶体在不同的In掺杂浓度下的电子态密度、能带结构以及光学性质。计算结果表明:掺In后价带上部分折叠态增加，带隙宽度变窄，随着掺杂量的增加，折射率、反射率及消光系数均有明显变化，介电函数向高能量方向移动，而折射率、反射率、吸收系数、消光系数均向低能量方向移动。　　 其次，通过改变掺入In元素的层数，研究掺杂后ZnO超晶格的电子结构和光学性质，包括光学介电函数虚部谱以及光学吸收谱、折射率、反射率。计算结果发现In掺杂ZnO超晶格后，费米能级进入导带。介电函数虚部谱以及光学吸收谱、折射率、反射率都由于掺入In元素的5s电子之间的跃迁在低能级区域形成新的跃迁峰，并随着掺杂层数的增多而发生红移。与In掺杂ZnO超晶胞结构相比，ZnO超晶格在掺入In原子后，材料在高能级区域的吸收系数和反射率明显减小，可见光范围内的透过率变大。材料在掺杂两层时，由于对称性效应使得在低能级区域产生的新跃迁峰的峰值最大。　　 第三，通过构建ZnO纳米面模型，研究本征态ZnO和In掺杂ZnO纳米面的电子结构和光学性质。通过对电子态密度和能带结构的分析发现掺杂In元素后，体系出现了半金属铁磁性。与本征态ZnO的能带结构图相比，In掺杂后ZnO纳米面的能级向低能方向发生移动。对于光学性质来说，ZnO纳米面体系的吸收系数，折射率和反射率在In元素掺杂前后都比本征态ZnO的小，其在可见光范围内的透射率变大。由于In的掺入，吸收系数，折射率和反射率谱在费米面附近出现了新的跃迁峰。　　 在ZnO纳米面的基础上，我们还计算通过分别掺杂ⅢA元素B、Al、Ga、In来研究ⅢA元素对ZnO纳米面光电性能的改变，计算体系的电子态密度、能带结构及电荷密度并与掺杂超晶胞ZnO的计算结果进行比较，研究随着掺杂原子原子序数的增加，掺杂后体系性质的变化趋势。体系的带隙随着掺杂原子的原子序数的增大而增大，第三主族原子替代Zn位的情形的形成能都小于替代O位的形成能，并且随着掺杂原子原子序数的增大而增大。Al掺杂ZnO纳米面时，体系表现出半金属的性质和成为n型半导体。Ga掺杂ZnO纳米面后，体系变成具有很强自旋极化的金属。In掺杂ZnO纳米面后，类似与Al掺杂的情形，体系表现出半金属的特性。由于In掺杂而出现的空穴电子态是自旋极化的并且导致了0.97μB的磁矩。　　 最后，计算Ag和N元素掺杂前后ZnO(8，0)纳米管的电子结构和光学性质。掺入Ag元素后体系变为p型半导体材料。掺入N元素后，体系的带隙随着N掺杂浓度的增加而变大。掺入一个N原子时，体系的带隙与Ag原子和N原子之间的距离没有关系。在介电函数虚部谱和反射率谱中，在可见光范围内出现了明显的跃迁峰并且这个峰对于Ag1来说是来自Ag-4d电子态到Zn-4s电子态的跃迁而对于模型Ag1N2、Ag1N2,3,4和Ag1N3,4来说则是来自于Ag-4d电子态到N-2p电子态的跃迁。0.5到2.0eV范围内的介电函数虚部峰随着N元素掺杂浓度的增加而发生红移。对于反射率谱，掺杂后ZnO纳米管在可见光范围内的反射率要小于本征块体ZnO的反射率，说明体系在可见光范围内的透射率变大。