从人们最早发现半导体材料开始，半导体就表现出了它独特的性质。第一代半导体材料Si是CPU制作的主要材料。在当今这个高速发展的信息时代，以GaAs为代表的第二代半导体光电材料又开始在光纤通信领域扮演中重要的角色。为了扩大半导体材料的应用范围，人们在半导体材料中加入各种杂质来调制材料的电子性质，这也带来了半导体材料的制备中的异质兼容问题。本文中，针对半导体所面临的问题，提出了一种四元合金模型GaAsBiN，通过调配两种不同大小的杂质原子的比例，使得半导体合金材料晶格常数能够与GaAs基底匹配。同时两种杂质元素的引入，使得可以在保持晶格匹配的条件下，进一步地调节材料的电子性质和光学性质。由此发现这种典型材料在目前广受关注的红外光谱领域具有重要的应用价值。第一章，简单介绍了半导体材料的背景，包括第一代半导体和第二代半导体的应用，半导体掺杂领域的实验和理论进展，以及所遇到的各种问题。并阐述了我们提出的模型所具有的一些优势。第二章，阐述了密度泛函理论的基本概念，以及存在的一些缺陷和解决办法，并介绍了本论文研究所使用的计算模拟软件。第三章，研究了二元合金的结构性质和电子性质，并根据Vegard定律找到了匹配GaAs晶格常数的Bi/N掺杂比例。紧接着研究了三元合金GaAsBi电子结构的变化，找到了Bi在GaAs能带中的作用、位置和作用机理。第四章，在前文研究的基础上研究了四元合金GaAsBiN的电子性质和光学性质。找到了Bi和N在GaAs中所引入的杂质态，并对N的杂质态位置做出了解释。通过对不同掺杂浓度的合金性质进行计算，论证了HSE06泛涵的精确性以及PBE泛涵在定性分析方面的优势，并提出了结构形变在帯隙变化过程中的重要作用。通过对比GaAs与四元合金光学吸收系数，发现了掺杂后的合金吸收谱发生了明显的红移，证明了我们最初对这种合金模型的判断。第五章，总结全文。随着半导体制备技术的提高，提出的掺入Bi元素和N元素的合金模型在红外光电材料领域具有很好的应用前景。