20世纪以来,半导体工业被认为是世界上最重要的工业领域之一。在过去的几十年当中,人们发现了很多新型高性能半导体材料,并将它们成功应用于工业生产中。由半导体材料制作的半导体器件和集成电路可以应用于汽车电子、通讯、航空航天和军工等领域,极大地促进了现代信息社会的快速发展。砷化镓是典型的三五族共价半导体材料,因为直接带隙和高电子迁移率的特点,在很多应用上较传统的硅半导体材料更具有优势。先前的研究工作对砷化镓材料的电子性质进行了深入的研究,对其力学性质的研究反而较少。然而在实际应用中,砷化镓材料的力学性能对器件的稳定性以及使用的长久性都有至关重要的影响。另外,砷化镓材料高脆性的缺点是制约它在工业上广泛应用的原因之一,尤其是在高温高压和极端电场的环境。因此,在原子级别下探究砷化镓材料的力学性质并且提高其强度对砷化镓电子器件的发展和应用有很大意义。随着材料晶粒尺寸的减小,晶界可以抑制位错的运动从而提高材料的硬度。然而,当晶粒尺寸在一个临界值以下,材料的硬度反而减小。最新的研究发现,孪晶界在几纳米厚的情况下依旧可以有效提高材料的硬度。例如,纳米孪晶金刚石的维氏硬度达到200 GPa,几乎是单晶金刚石的2倍,并且超过了之前所有报道过的物质硬度。纳米孪晶氮化硼的维氏硬度也达到108 GPa,可以媲美于单晶金刚石的硬度。因此,通过引入孪晶界的方式提高材料硬度,为科研人员寻找超硬材料提供了全新的思路。基于孪晶化的方式,我们试图通过这种方法提高砷化镓材料的强度,使其在工业上有更加广阔的作用。在本论文中,我们基于最新发展的理论计算方法,使用VASP软件系统地研究了砷化镓单晶的力学性质。首先,我们计算了砷化镓单晶的弹性性质,其数值推演出的刚度系数符合晶体力学稳定性的条件,并将弹性模量代入以前发展的半经验公式计算砷化镓单晶硬度,发现模拟出来的硬度数值与实验上的硬度数值基本符合,证明了我们计算的准确性,同时也说明半经验公式的拟合性非常好。其次,我们系统地计算了砷化镓单晶在拉伸、纯剪切、维氏剪切三种应变条件下的应力应变关系,获得了每种应变下的理想强度。为了理解砷化镓单晶结构在微观条件下的断裂机制,我们分析了最弱方向代表性共价键键长的变化,结合原子位置的变化得到了砷化镓晶体的形变模式。为了探究孪晶界对砷化镓理想强度的影响,我们计算了砷化镓孪晶在不同负载条件下的应力-应变关系。研究表明,相比于单晶材料,砷化镓孪晶的理想强度和硬度均获得了大幅提升。通过分析砷化镓孪晶的形变模式,我们发现强度的提升是因为孪晶界处共价键的断裂和重新组合。此外,我们还对比了砷化镓单晶及其孪晶的电子态密度分布,结果基本一致。这说明孪晶结构在提升强度的同时,对砷化镓优异的电子性质没有明显的影响。此论文的研究为设计兼备优异力学和电子性质的半导体材料提供了新思路。