1、在Ⅲ-V族半導體中，由于氮化物(BN，AlN和GaN)具有優(yōu)良的機械和熱學性質，例如：高硬度、高熔點、高熱導和大的體模量，因此近些年在科學研究和技術應用上引起了人們極大的興趣。這些材料已被廣泛用在短波發(fā)光二極管、激光二極管、光學探測器和其它的高溫、高能、和高頻裝置上。II-VI族半導體ZnS和ZnSe屬于寬帶隙半導體，它們在圖像顯示裝置上具有廣泛的應用。 本文基于密度函數(shù)理論和密度函數(shù)擾動理論，用第一性原理計算了：(1)閃鋅礦結

2、構和纖鋅礦結構AlN和GaN的電子結構、晶格動力學和介電性質。這些性質包括晶格常數(shù)、體彈模量和彈性常數(shù)；以及利用線性響應方法計算的波恩有效電荷、高頻介電常數(shù)和聲子頻率。(2)閃鋅礦結構和纖鋅礦結構AlN和GaN的彈性、介電和動力學性質與壓力的關系。(3)閃鋅礦結構BN的熱力學性質，包括PTV狀態(tài)方程，不同壓力下的熱膨脹系數(shù)等；纖鋅礦結構GaN的熱膨脹系數(shù)和定壓摩爾比熱隨溫度的變化關系。(4)閃鋅礦結構ZnS和ZnSe的聲子頻率與壓力的關

3、系，以及熱膨脹系數(shù)和定壓比熱隨溫度的變化關系。 本文的研究結果表明： 1.本次計算的閃鋅礦結構和纖鋅礦結構AlN和GaN的晶格常數(shù)、彈性常數(shù)、波恩有效電荷、介電常數(shù)與可利用的實驗結果有比較好的一致。由于元素Al和Ga具有不同的電負性和原子半徑，使AlN和GaN具有不同的共價鍵強度，這導致了閃鋅礦結構和纖鋅礦結構AlN和GaN的基態(tài)性質的差異。 2.閃鋅礦結構AlN和GaN的C11、C12，以及C11、C12、C1

4、3和C33隨著壓力的變化發(fā)生明顯的變化，但無論閃鋅礦結構還是纖鋅礦結構，C44都不如其它彈性張量對壓力敏感。通過Martin變換，可以從閃鋅礦結構的彈性常數(shù)得到纖鋅礦結構的彈性常數(shù)。比較通過Martin變換和密度函數(shù)擾動理論得到的彈性常數(shù)，發(fā)現(xiàn)此次通過密度函數(shù)擾動理論得到的結果優(yōu)于Martin變換結果。 3.除了纖鋅礦結構AlN與c軸平行的波恩有效電荷有一例外外，其它的閃鋅礦結構和纖鋅礦結構的介電張量和波恩有效電荷張量均隨著壓力

5、的增加單調的減小。這個例外可能是由于四角相變形的退雜化造成?？偟膩碚f，GaN的壓力依賴性更明顯，這是因為在AlN中有更強的共價鍵。 4.閃鋅礦結構和纖鋅礦結構AlN和GaN布里淵區(qū)中心Γ點的橫向光學聲子頻率(TO)和縱向聲學聲子頻率(LO)均隨著壓力的增加而單調的增加。光學聲子支的所有振動模相當相似，并不與AlN和GaN的結構有關。 5.利用聲子頻率，從自由能得到了閃鋅礦結構BN的壓力-溫度-體積(PTV)狀態(tài)方程。從狀

6、態(tài)方程得到的295K下晶格常數(shù)與實驗值之間的差異小于計算的基態(tài)晶格常數(shù)與實驗值之間的差異。通過計算得到壓力作用可用來減小熱膨脹系數(shù)。 6.用密度函數(shù)理論計算了各向異性的纖鋅礦結構GaN熱膨脹系數(shù)，計算表明沿a軸方向的熱膨脹系數(shù)在整個溫區(qū)范圍內高于沿c軸方向的熱膨脹系數(shù)。無論對纖鋅礦結構GaN，還是閃鋅礦結構ZnS和ZnSe，在極低溫狀態(tài)下它們的熱膨脹系數(shù)均為負，這可能是由于在極低溫條件，激發(fā)的聲子模主要是橫向聲學聲子模，而這類聲