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本文采用基于第一性原理的Materials Studio软件模拟了在半导体合金材料发展过程中具有代表性的三种材料即GaInAs、GaInNAs和GaInN的一些物理性质，所得结果对工艺的改进具有一定的参考价值。
GaInAs材料是在GaAs材料的基础上发展起来的新型三元半导体合金材料。它是以晶格匹配的方式长在InP衬底上，用这种材料可以制造出各种类型的半导体激光器。但由于制作出来的激光器在发光效率、输出功率、工作频率、阈值等方面不是很理想，所以应用受到了一定的限制。同时随着半导体材料的不断发展，出现了宽带隙GaN材料，这种材料是一种理想的短波长发光器件材料。由二元GaN调制得到的GaInN新型三元半导体合金发光材料，其发光频率覆盖了从红色到紫外的光谱范围。
对于In含量较高的GaInAs和GaInN三元合金材料，虽然其半导体器件的制作工艺水平随着技术的发展在不断进步，但物理特性的理论方面仍有较大的研究空间。比如，与发光波长直接关联的材料带隙，以及对应的弯曲系数(bowing parameter)、晶格常数和键长与组分的关系，目前国内外有关这方面的研究比较少，而这些物性对工艺本身又有一定的影响，鉴于此，借鉴前人的方法，本文采用基于第一性原理的Materials Studio软件分析了不同组分条件下材料的带隙，及其对应的晶格常数、键长、弯曲系数(仅Ga1—x InxN材料)等参数与组分的关系，并将模拟值与实验值进行比较。结果显示，模拟带隙值与实验值基本相符合，品格常数和键长稍微偏小，Ga1—xInxN弯曲系数值为b=3.98eV。模拟结果能定性地反映材料的物理特性，具有一定的现实意义。
GaInNAs材料是在GaNAs材料的基础上发展起来的新型四元半导体合金材料。它可以在GaAs衬底上一次性的外延生长出长波长VCSEL(垂直腔面发射激光器)，成为制作适应1.30～1.55μm通讯低损耗低色散窗口的半导体激光器的理想材料。
对于GaInNAs材料，通过调节合金中的N和In组分，可以生长在GaAs衬底上并且获得所需长波长的能带结构。然而，生长过程中N的引入造成了发光性能的恶化。通常通过快速热退火(RTA)方法来减少非辐射复合中心，但同时又引发了带隙的显著蓝移。众多的光谱研究认为，合金中N最近邻原子环境的变化是导致蓝移的主要原因。退火使得In—N键的数目大大增加，改善了局域应变，并且能减少体系总应变。
本论文在前人的热力学统计分布模型的基础上，采用基于第一性原理的Materials Studio软件中的DMol3模块计算并读取特定组分条件下超单胞的平均键长，并利用平均键长与应变的近似关系，讨论了退火前后体系应变的变化。结果发现：(1)退火过程中Ga—N键向In—N键的转换，造成的结果是二者局域应变的改善；(2)完全退火后，In—N键数目显著增加，In—N键和Ga—N键平均键长相对于退火前均有减小，并且二者的应变均在3％左右，退火引起的应变减小约为1.5％．In—As键的应变略有减小，而Ga—As键略有升高；(3)退火后晶格常数相对于退火前更接近无应变的情况，在退火导致合金微结构变化过程中，体系总应变也呈减小趋势。这些模拟结果对Ga1—xInxNyAs1—y基器件的生长和设计具有一定的参考价值和指导意义。