随着科学技术的发展，许多领域对半导体材料性能的要求越来越高，于是出现了以GaN和SiC等一些二元、三元半导体化合物为代表的第三代半导体材料。其中Ⅲ-Ⅴ族半导体材料GaN具有禁带宽度大、击穿场强高、电子漂移饱和速度高、热导率高、硬度大和物理化学性能稳定等优点，成为制备短波长光电子器件和微电子器件等电子器件的最优选半导体材料。室温下，非故意掺杂生长的GaN都是n型的，由于存在高浓度背景电子载流子，对受主掺杂具有高度补偿作用，很难实现p型转变，制备出高质量的p-n结，严重制约着GaN基光电器件的发展。长期以来，人们一直认为氮空位是GaN n型导电的主要原因，但是最近也有研究指出，氮空位的形成能太高，不是n型背景载流子的主要来源。　　 借助于计算机技术，利用理论计算、数值模拟对材料的结构以及功能进行预测和设计，是当代材料科学研究的重要手段。本文利用第一性原理密度泛函理论(DFT)，借助CASTEP模块对本征及各种掺杂纤锌矿GaN系统进行理论研究。主要内容如下：　　 1、介绍了纤锌矿GaN的基本性质、研究现状以及相关器件的应用。详细介绍了Materials studio4.4系列软件中的CASTEP模块及其理论基础--密度泛函理论。　　 2、计算了本征态纤锌矿GaN的能带结构、态密度和光学性质。计算结果表明GaN是一种直接禁带宽带隙半导体材料，带隙宽度为1.661eV，比实验值偏低，主要是广义梯度近似过高地估计了Ga3d态的贡献，但是并不影响对电子结构的分析。通过复介电函数和吸收系数光谱探讨了宏观光学特性和微观结构的关系。　　 3、计算了GaN：VN和GaN：SiGa模型的能带结构和态密度，计算结果表明氮空位是一种浅施主，但是对于n型GaN晶体，它的形成能高达3eV，并不是GaN晶体n型背景载流子的主要来源。SiGa也是一种浅施主，从形成能和实验角度都可以判断它是GaN晶体n型电导的主要来源之一。　　 4、计算了Mg掺杂和Mg-O共掺杂GaN晶体的能带结构和态密度。计算结果表明Mg掺杂GaN在价带顶产生了受主能级，但是能级较深，空穴浓度较低，不易实现高品质的p型GaN晶体。加入激活施主O原子的Mg-O共掺杂GaN晶体，降低了受主能级，提高了空穴载流子浓度，而且系统更稳定，容易实现GaN的P型导电。