AlN是一种很有发展前途的新型光电子材料,在AlN中掺杂Si元素,可以得到较理想的n型AlN薄膜材料,提高系统的电导率,改善其导电性能和光学性质。本征AlN是n型半导体,存在较多本征施主缺陷（如氮空位V_N）,很难经过掺杂实现p型转变,因而无法制得氮化铝p-n结结构,这在一定程度上限制了氮化铝基光电器件的开发应用,因此AlN的p型掺杂就成了热点问题。锐钛矿相半导体TiO₂在光催化方面有广泛应用,其带隙为3.2eV,光催化所需最大波长为387nm,位于紫外光区,太阳光的利用率很低。因此,为提高太阳光的催化效率,就需要把TiO₂的光学吸收边从紫外区移至可见光区,掺杂是实现这一目的的有效方法。本文利用第一性原理方法研究了Si和C掺杂AlN系统、氧空位与Sc掺杂锐钛矿TiO₂系统的电子结构和光学性质,并与可能的实验结果进行了比较。我们的计算工具是基于密度泛函理论的CASTEP软件。（1）研究了纯AlN和Si掺杂AlN系统的电子结构和光学性质。结果表明,纯AlN是直接带隙半导体,带隙为6.2eV,其价带主要来源于N2p态的贡献,少部分来源于Al3s、3p态的贡献;导带主要来源于Al3p态的贡献。Si掺杂后,杂质能级位于导带底附近,与Al3p能级形成复合导带底,费米能级插在导带中间,使系统发生莫特相变,由半导体变为金属。纯AlN的介电函数虚部在8.83eV、11.46eV和13.24eV附近有吸收峰,光吸收主要分布在6～15eV的能量范围内,在9eV附近的吸收最强,峰值达到3.01×10⁵cm^-1;折射率n₀约为1.5,其峰值主要分布在6.7～8.7eV的能量范围内,当能量大于7.76eV时,折射率随能量的增加逐渐减小;消光系数和光电导率实部的峰值位置与吸收系数的峰值位置对应,能量损耗的主峰在14.1eV附近。Si掺杂后,在6～15eV能区内对系统的光学性质影响很小,而在1.5～3.5eV的低能（可见光）区有新的吸收峰出现,量级达10⁵cm^-1,能量损耗降低。（2）对于AlN系统,研究了C替代Al位(C_Al)、N位（C_N）以及C_Al与C_N共掺(C_Al-C_N)三种情况的杂质形成能和电子结构。结果表明,掺杂后系统的禁带宽度都变小;C_Al的杂质形成能最小,最容易形成:C_Al是n型掺杂,施主能级位于导带底下约1.27eV处。C_N的杂质形成能最大,最难形成;但C_N可使系统实现p型转变,受主能级位于价带顶约0.21eV处。C_Al和C_N共存时,C_Al对C_N有补偿作用,这对系统的p型转变不利。（3）对于锐钛矿TiO₂系统,研究了Sc掺杂、含氧空位以及氧空位与Sc掺杂共存时系统的电子结构和光学性质。结果表明,纯TiO₂是间接带隙半导体,光吸收集中在紫外区;Sc掺杂对系统的主要贡献在价带区,掺杂后系统在可见光区有明显的吸收;氧空位可以使系统发生莫特相变,由半导体变为金属,掺杂后系统在可见光区也有较强的吸收;氧空位与Sc掺杂共存时系统在可见光区的吸收相干加强,光吸收的峰值可达9.1×10⁴cm^-1,从而可以明显地改善系统在可见光区的光催化活性。