随着全球科技快速发展,当今世界已经进入了高速信息时代,光电技术在信息时代的科技发展中有着至关重要的地位,而在光电技术的发展中,半导体材料凭借着其良好的性能特点占据了很重要的地位,并迅速地扩大着它的应用领域。在半导体材料中,Ⅲ-Ⅴ族化合物又占了很大的比重,其中以GaAs化合物半导体为显著代表。化合物半导体GaAs作为可饱和吸收体由于其稳定的光化学特性,良好的热导性,无退化和高损伤阈值等优点被应用于全固态被动调Q激光器等多种光电器件,GaAs相关的多元化合物半导体也被广泛应用于各个领域。所以GaAs及其相关的多元化合物半导体的研究是非常重要的,它是研究Ⅲ-V族化合物特性的基础。所以,本文中我们采用第一性原理的计算方法,基于密度泛函理论对GaAs及其四元合金GaAsNBi相关的性质进行了理论模拟计算,并对得到的结果进行详细地分析,以便能更好的理解它们的基础特性,并分析新功能材料的电子、光学特性,为设计新功能材料提供理论依据。文中我们主要分两部分对GaAs及其四元合金GaAsNBi相关的性质进行了计算和分析。首先,本文对GaAs点缺陷的性质进行了计算,探索EL2深能级缺陷的构成。EL2深能级缺陷是GaAs材料生长过程中产生的原生缺陷,在GaAs半导体调Q激光器中,发生可饱和吸收的主要机制得益于EL2深能级缺陷的存在,因此,为了更好地提升GaAs材料的可饱和吸收特性,如何在GaAs晶体的生长过程中控制EL2深能级缺陷的产生是必须解决的问题。要解决这个问题,就必须对EL2深能级缺陷的结构有深入的了解。文中我们从GaAs的本征点缺陷着手,采用第一性原理的方法,详细计算了GaAs中几种常见的缺陷：Ga空位(VGa),As空位(VAs),Ga反位(GaAs),As反位(AsGa),Ga间隙(Gai)和As间隙(Asi)对能带结构和电学性质的影响,并将缺陷引起的杂质能级与EL2深能级缺陷进行对比,进一步探索EL2深能级缺陷的组分。此外,本文还对N、Bi共掺入GaAs的GaAsNBi四元化合物的性质做了详细的计算,采用第一性原理的计算方法具体计算了与完美结晶的GaAs晶格匹配的GaAs1-x-yNxBiy四元化合物的能带结构和态密度图,分析掺杂对能带和电子占据的影响。同时分别计算了GaAs和GaAs1-x-yNxBiy四元化合物的光学性质,包括它们的介电函数ε(ω)、吸收系数α(ω),折射率n(ω),能量损耗L(ω)和反射率R(ω),并对不同组分的GaAs1-x-yNxBiy四元化合物进行了计算,进一步探讨掺杂元素对化合物半导体的作用。通过本文的第一性原理计算,对GaAs中EL2深能级缺陷做了进一步的研究,对GaAs相关的Ⅲ-Ⅴ族半导体材料在光电器件中的应用提供了理论依据,并对新型光电材料的发展做出合理预测。