InxGa1-xN合金是Ⅲ族氮化物宽禁带半导体家族的核心成员之一，其带隙可以从0.7 eV(InN)到3.4 eV(GaN)连续改变，涵盖从近红外到紫外的整个可见光光谱范围，与太阳光谱完美匹配，是理想的发光器件与固态照明材料。由于晶格失配，实验室制备的InxGa1-xN合金位错密度较高。同时，由于自发和压电极化，InxGa1-xN量子阱内通常有一个很强的内建电场。基于这两个因素，可以推测InxGa1-xN量子阱不会有高的量子效率。但是，实验上发现InxGa1-xN量子阱和薄膜有很高的发光效率。这个现象与InxGa1-xN薄膜中的载流子局域密切相关。实验上利用正电子湮灭技术，观察到载流子局域中心与In原子的特殊微结构有关。这些微结构可能是小的In-N团簇和In-N链。　　本文利用第一性原理计算的方法，以InxGa1-xN纳米管作为一维InxGa1-xN材料的模型，考虑了多种In-N原子的微结构，研究了InxGa1-xN纳米管的电子结构和光学性质。我们发现，无论何种形式的In-N微结构，都不能使InxGa1-xN纳米管的价带顶（导带底）电子局域。InxGa1-xN纳米管的价带顶（导带底）电子是广延的类布洛赫态。由于尺寸效应和量子受限效应，价带顶（导带底）电子态密度有一个明显的尖峰，与带边跃迁对应的复介电函数虚部ε2也出现一个尖峰。这表明，一维InxGa1-xN纳米材料应用于发光器件和太阳能电池可能会有高于三维材料的量子效率。还有，我们为了在一维GaN纳米管中设计电子（空穴）局域中心，我们研究了MgGa-ON共掺的GaN纳米管。MgGa-ON共掺可以在不引入缺陷能级的情况下，调制（减小）GaN纳米管的禁带宽度，并且使价带顶的空穴局域在与Mg原子成键的N原子周围。　　近年来，由于稀磁半导体在自旋电子学和自旋光电子器件中的广泛应用，激发了研究者强烈的研究兴趣。最近，实验上发现Al原子掺杂在4H-SiC中诱导了玻璃态的铁磁性。但是磁性的起因尚不明确。　　我们利用第一性原理计算的方法，研究了4H-SiC∶Al中反常铁磁性的产生机理，给出了铁磁性的物理图像。我们发现Alsi替位缺陷在价带顶附近引入的空穴浓度不能满足Stoner模型要求的铁磁性条件，因此无本征缺陷的4H-SiC∶Al的基态是非磁性的。然而Alsi替位可以显著的降低碳空位(Vc)的缺陷形成能。Alsi-Vc缺陷复合物对于4H-SiC∶Al中的磁性起重要作用。我们的计算表明，Alsi-Vc缺陷复合物在禁带中引入一个半占据的a1缺陷能级，并且这个能级上的电子贡献了1μB的局域磁距。