基于密度泛函理论(DFT)的第一性原理方法, 用Ge原子分别替代纤锌矿AlN超晶胞中Al、N原子, 得到其结构、电子及光学性质。结果表明: 掺杂后结构发生了明显的改变, 两种方式的掺杂都使得AlN的晶格常数、体积和沿c轴方向的键长增加, 且晶格常数变化满足维加德(Vegard)定理; Ge原子替换Al原子形成能为5.41eV, Ge原子替换N原子形成能为5.58eV, 两种掺杂方式体系稳定性都低于纯AlN; 掺杂并未引入磁性, 前者引入施主杂质能带, 且杂质能带进入价带, 变为负能隙金属, 后者引入受主杂质能带, 禁带宽度为0.910eV, 两者均远小于本征AlN的禁带宽度4.040eV, 前者导电性显著提高, 后者导电性可能提高; 研究发现两种方式掺杂复折射率函数的虚部在低能区都近似不再为0, 表明两种掺杂都加强了AlN材料对低频电磁波的吸收能力; 前者介电函数虚部在低能区出现了新的波峰, 长波吸收能力更强, 后者在低能区未出现明显波峰, 能量损失均减少。
