低维半导体材料以其独特的物理特性,在光电子学、磁学、纳米电子学、生物学、医学等领域有着极为广泛的应用。由于低维半导体材料内的光吸收和发光与激子的吸收与复合密切相关,激子效应在低维半导体光电器件的研究中非常重要,同时低维半导体材料内的杂质很大程度上会影响该材料的电学、光学等物理特性,因此对其进行研究具有重要意义。本文基于有效质量包络函数近似理论,采用打靶法和变分法研究了Zn O/MgxZn1-xO低维结构中的激子态和杂质态,主要内容如下:1.从概念、基本性质以及器件应用方面对低维半导体材料和氧化锌进行简单介绍,阐述了低维半导体材料中的激子与杂质及其研究意义。2.介绍了基于有效质量包络函数近似理论,利用打靶法以及变分法对激子态与杂质态进行研究的基本原理。3.研究了不同Zn O/MgxZn1-xO低维结构内的激子态,主要包括单量子阱、双量子阱、三角形量子阱、圆柱形量子线以及球形量子点结构,分析了低维结构尺寸以及Mg组分对波函数、激子玻尔半径、激子结合能的影响。结果表明,方形单量子阱、三角形量子阱、圆柱形量子线以及球形量子点结构中的激子结合能随低维结构尺寸的增加呈先增大后减小的变化趋势;而双量子阱结构中的激子结合能同时存在极小值和极大值,并且随着阱宽增大逐渐趋于单量子阱的情形。此外,研究发现低维结构中的激子结合能均随着Mg组分的增加而增加,激子稳定性增强。4.研究了外加电场对不同Zn O/MgxZn1-xO低维结构内激子态的影响,主要讨论了激子结合能的变化。通过分析电场对量子限制势、激子的玻尔半径以及波函数等参数的影响对激子结合能的变化进行解释。结果表明,电场使量子限制势发生倾斜,改变电子的对称分布,加速激子解离;对Zn O/MgxZn1-xO低维结构施加电场会导致激子结合能降低;对于量子阱（量子线以及量子点）结构的低维半导体来说,施加电场后,当量子阱宽度（量子线以及量子点半径）增加时,激子结合能先迅速增加至峰值,然后减小,并且激子结合能的减小幅度随电场强度的增加而增大;同时,当外加电场较大时,与激子玻尔半径有关的非相关概率有明显变化,低维半导体纳米结构中的激子效应由于电场离化而失效,导致激子结合能很小,影响激子稳定性。5.研究了外加磁场对不同Zn O/MgxZn1-xO低维结构内激子态的影响,主要讨论了外加磁场对激子结合能的影响。研究了磁场对量子限制势、激子的玻尔半径以及波函数的影响,并分析了激子结合能的变化原因。结果表明,施加磁场对低维半导体结构中的电子和空穴产生了额外的限制势,电子回旋半径减小;施加磁场并不改变低维结构内的电子对称分布,但会增加电子分布的几率;对于不同的低维结构施加磁场,激子结合能变化趋势相似,均随着外加磁场强度的增加而增加,增幅随磁场强度增加而增大。此外,研究发现施加磁场对非相关概率的影响与施加电场的情况有很大不同,仅仅是数值略有增大。6.研究了不同Zn O/MgxZn1-xO低维结构内的施主杂质电子态,讨论了低维结构尺寸、Mg组分、施主杂质所处的位置以及外加电场对于电子基态能以及施主杂质束缚能的影响。研究表明,电子基态能与施主杂质束缚能随着Mg组分的增加而增加;无论杂质存在与否,电子基态能随结构尺寸变化的趋势均随着低维结构尺寸的增大而减小;施主杂质束缚能随着低维结构尺寸的增大先迅速增加至峰值,然后再缓慢减小至一稳定值,对比发现电场对于量子阱结构中的施主杂质束缚能随施主杂质位置的改变更加明显;当施主杂质沿低维结构生长方向移动时,施主杂质束缚能在低维结构中心位置附近很小的范围内出现最大值。此外,研究发现,当施主杂质位于低维结构中心时,外加电场对于低维结构中心位置附近的施主杂质影响较小,但对结构尺寸较大和较小的低维结构内的施主杂质影响较大,相比较而言,电场对于施主杂质束缚能最大值出现的位置影响并不明显,仍保持在低维结构中心或者附近非常小的范围内。