六方氮化硼是一种二维III-V族氮化物半导体材料,具备宽带隙、高硬度、高热导率以及耐腐蚀等卓越优点,在光电器件、高频通信和电能转换等领域有着非常大的应用潜力。作为一种半导体材料,缺陷和杂质都将对六方氮化硼的性质造成显著影响。点缺陷是最基本的缺陷类型,掺杂则是改变材料性质的重要手段,具有重大的研究价值。然而,目前对六方氮化硼点缺陷的研究尚不全面,缺少替位缺陷的相关研究,针对p型与n型的掺杂研究则存在研究的杂质种类过少的问题。同时,已有的研究中缺乏缺陷和杂质对六方氮化硼光学性质影响的研究。本文研究了理想的、含有四种本征点缺陷的以及两类掺杂的六方氮化硼纳米片的电子和光学性质,为六方氮化硼在光电器件中的应用提供了更丰富的理论基础。本文的研究内容有:在第一性原理计算软件中,采用基于密度泛函理论的平面波贋势法,分别对含有四种本征点缺陷,五种p型掺杂以及五种n型掺杂的六方氮化硼纳米片进行结构优化,观察其对六方氮化硼内部结构的影响并计算相应的电子性质和光学性质。四种本征点缺陷包括:B空位(V_B),N空位(V_N),B替代N(B_N)和N替代B(N_B)。五种p型杂质包括:替代B原子的Li、Na、Mg和替代N原子的Si、C,其中,Li、Na、Si为首次尝试进行六方氮化硼的p型掺杂。五种n型杂质包括:包括替代B原子的C和替代N原子的O、S、Se、Cl,其中,Se、Cl为首次尝试进行六方氮化硼的n型掺杂。电子性质包括:能带结构、总态密度、分波态密度、差分电荷密度。光学性质包括平行与垂直材料平面两个方向上的复介电函数、复折射率、反射率、吸收光谱和电子能量损失谱等。在对六方氮化硼四种本征点缺陷的研究中,计算结果表明:通过对比富B和富N环境下各种点缺陷的形成能,可以得知替位缺陷总比空位缺陷更容易形成,且V_N缺陷总比V_B缺陷更易形成。V_B缺陷会破坏原子排列的平整性,而其它缺陷则无这一现象。本征六方氮化硼为弱p型的间接带隙半导体。V_N缺陷将使得六方氮化硼显n型特性,其余三种缺陷则会加强该材料的p型特性。各种点缺陷对六方氮化硼的影响限于平行于材料平面的方向。本征六方氮化硼对光子能量为0-6 e V的光有极好的通过性,V_B缺陷区间内引入了较高的吸收峰,其余缺陷则影响相对较小。V_B缺陷使得0-6 e V内的反射率与折射率出现大幅震荡,其余缺陷则使这一区间内的反射率和折射率有小幅提高。总体而言,V_B缺陷增强了六方氮化硼的p型特性并显著提高了六方氮化硼吸收紫色光和近紫外光的能力,可用于相应波段的光探测元件中。其余缺陷对光学性质的影响较小,可在频率最高到深紫外波段的发光元件中辅助n型或p型掺杂。在对六方氮化硼两类掺杂的研究中,内部结构优化结果表明,Li掺杂会显著破坏原子排列的平整性,从而使结构稳定性下降。C作为p型杂质或n型杂质对内部结构的影响均最小。各性质的计算结果表明:p型杂质中,Li、Na、C引入了最接近价带的杂质能级;n型杂质中,C、Se、Cl引入了最接近导带的杂质能级。其中,Cl掺杂将改变材料的能带结构,使其转变成直接带隙半导体。掺杂对六方氮化硼光学性质的影响体现在平行于材料平面方向上0-6 e V的低能区内。其中,p型杂质中的Mg、C与n型杂质中的Se、Cl构成的影响最大,不仅在低能区引入了较高的吸收峰,并且使得这一区间内的反射率与折射率剧烈震荡。总而言之,从内部结构稳定性和能带结构的角度分析,p型杂质中的Na、C与n型杂质中的Se、Cl效果最理想,在获得了较强的掺杂特性的同时,保证了内部结构的稳定。这四种掺杂均可用于深紫外波段的发光器件。此外,p型的C掺杂同时还适合用于紫光或近紫外波段的光探测器;n型的Se、Cl则适合用于部分可见光和红外波段的光探测器。