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近几十年来,随着半导体技术的迅速发展,以宽带隙为主要特征的第三代半导体材料,如GaN、SiC、ZnO等显示出了巨大的应用价值。其中,GaN半导体材料具有带隙宽、电子漂移速度快、耐高温、耐高压、抗辐射等优点,在短波长器件以及高功率微波器件的研制中受到了人们的高度重视。事实上,通常实验室制备的GaN薄膜材料是n型,由于存在本征缺陷(如N空位等),对施主掺杂产生高度补偿作用,难以实现p型转变,导致很难制得氮化镓p-n结结构,极大地限制了GaN光电器件的开发和应用,因此GaN研究的一个重要问题就是p型转变问题。此外,基于GaN的紫外线探测器工作在日盲区,日盲区紫外线的波长范围为220nm～280nm,而纯GaN的带隙只有3.3eV(对应波长为376nm),因而有必要制备带隙更大的GaN薄膜材料。研究表明,在GaN晶体中掺入适量的Al可以增大系统的光学带隙,其发射波长覆盖整个可见光区和部分紫外光区。基于计算机技术,进行数值模拟,对材料的结构和性质进行预测和设计是现代材料科学研究的重要方法。本文利用基于密度泛函理论的第一性原理方法对纤锌矿和闪锌矿GaN的掺杂问题进行了理论研究。论文的主要内容如下。(1)介绍了GaN的电子结构、电学性质、光学性质,给出了GaN器件的应用和相关掺杂问题的研究现状,并简要介绍了本文的计算工具ABINIT软件包及其理论基础——密度泛函理论。(2)计算了闪锌矿纯GaN以及Al掺杂GaN的电子结构和光学性质,得到了Ga1-xAlxN系统的晶格常数、能带结构、电子态密度、差分电荷密度和吸收谱。结果表明,纯GaN为直接带隙半导体材料,其价带遷主要由N2p态决定,导带底主要由Ga4s态决定。带隙宽度主要由N2p态和Ga4s态决定。随着Al掺杂浓度的增大,系统的晶格常数逐渐减小,符合Vegard’s定律,带隙宽度增大,吸收光谱蓝移。当掺杂浓度x=0.5时,吸收边在270nm左右,可以达到日盲区紫外线探测器的要求。计算结果与实验符合较好。(3)计算了纤锌矿纯GaN、Mg掺杂以及Mg-O共掺杂GaN系统的电子结构,得到了系统的能带结构、电子态密度和差分电荷密度分布。结果表明,Mg掺杂GaN虽可在带隙中引入受主能级,但能级较深,载流子浓度较低；而加入了激活施主O的Mg-O共掺杂GaN,使系统的受主能级变浅,载流子浓度提高,系统更稳定,更有利于获得p型GaN。