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随着半导体光电技术的日益发展,宽带隙半导体以其优越的特性引起人们的关注而成为主要半导体材料,其中砷化镓(GaAs)作为二代半导体材料已被广泛应用于微电子和光电子等领域。半导体的掺杂是改变其性能的重要手段,可通过半导体掺杂有效改变材料的特性,提高半导体材料器件的性能。研究掺杂砷化镓材料的光电特性对于推进其光电器件的研究和应用有着重要的作用。本论文采用基于密度泛函理论(DFT)的第一性原理计算方法,对Cu原子替代Ga原子掺杂闪锌矿结构GaAs材料的特性进行研究。计算分析了 Cu掺杂比例以及掺杂位置对GaAs光电特性的影响;讨论了 Cu-Cr共掺杂GaAs材料的电子结构、光学特性等,得到以下结果:首先,当Cu掺杂GaAs材料时,在禁带中引入了杂质能级,掺杂体系的导带下降,价带上升,体系仍为直接带隙。掺杂比例为3.13%、6.25%及12.5%体系的禁带宽度分别为0.42eV、0.31eV、0.36eV。掺杂Cu原子的比例为6.25%时,在能量区间-3.9eV～-1.8eV内Cu-3d轨道的电子表现出很强的局域性。掺杂体系的静介电常数及折射率等随着掺杂Cu比例的增大而增大,吸收光谱发生红移,对光的吸收增强。其次,当Cu掺入GaAs内部,掺杂Cu原子的位置与晶胞表面距离为5.653A、2.8272A时,体系的禁带宽度分别是0.34eV、0.31eV。掺杂位置与表面距离为2.8272A时,Cu-3d电子态在价带表现出很强的局域性,体系的各种光学特性随着能量的增大在[100]、[010]和[001]三个晶向的变化规律基本相同;掺杂位置与表面距离为5.653A时,体系在[100]晶向的光学特性随着能量的变化规律与[010]和[001]两个晶向不同。Cu原子在GaAs材料内部不同位置掺杂时,材料在各方向光学特性的差异主要是由Cu-3d轨道电子状态变化所引起的。当Cu原子掺杂在GaAs晶胞表面时,杂质能级填充禁带,带隙消失,表现出与内部掺杂不同的特性。最后,Cu-Cr共掺杂GaAs材料时,自旋向上的电子表现出金属特性而自旋向下的电子具有半导体特性,属于半金属材料。体系的带隙中引入了杂质能级,禁带宽度为0.70eV,Cu-3d轨道电子主要改变了价带电子分布结构,Cr-3d轨道电子主要引起费米能级附近电子分布发生变化。掺杂体系的吸收带变宽,对光的吸收向低能区移动。另外,材料的磁性主要由Cr原子引起,由于掺入磁性Cr原子而诱导非磁性As原子及Ga原子产生微量磁矩,Cr原子磁矩的方向与As原子的相反,与Ga原子、Cu原子的方向相同,即Cr原子与Ga原子、Cu原子互为铁磁耦合,和As原子互为反铁磁耦合。