1 引言

　　氮化鎵(GaN)是一種重要的半導體材料，具有較寬的直接帶隙、較高的擊穿電壓、較小的介電常數、較高的發(fā)光效率和耐高溫等優(yōu)異的化學和物理穩(wěn)定特性，是半導體材料和光電器件的研究熱點。在紫外半導體探測器、藍光發(fā)光二極管和藍光激光器等方面具有潛在的應用前景。

　　通過摻雜或者引入應力等方式均能夠改變晶格常數，進而改變材料的能帶結構及其光學特性。目前，對于GaN半導體材料的研究主要集中在關于GaN薄膜的表面吸附及摻雜問題上。杜玉杰等[7]通過對GaN(0001)表面的光學特性和體相GaN的光學特性進行比照，發(fā)現(xiàn)兩者有著很大的差別。董位等使用AN ?SYS 軟件，計算了以藍寶石作為襯底的GaN 薄膜的熱應力，并且比較了不同的溫度對應力的作用。張淏酥等利用氮化鎵LED外延片作為研究對象，為提高發(fā)光效率提出了一種增強型LED的方案。張韻等用寶石作為襯底，使用金屬有機物化學氣相沉積的方法生長出不同厚度的c面GaN薄膜，發(fā)現(xiàn)在3.38 eV處附近，不同厚度的GaN薄膜均出現(xiàn)了吸收截止邊。杜曉晴等采用超高真空激活工藝，對變摻雜GaN光電陰極的光譜響應特性進行測試并得出了在反射工作的模式下變摻雜結構的陰極具有更好的長波長紫外響應特性的結論。Masaki Ueno 等采用X 射線衍射對纖鋅礦結構的GaN在0～60GPa的壓力下的穩(wěn)定性進行研究，指出了在52.2GPa下GaN從纖鋅礦結構轉變成巖鹽礦結構，并且軸比(c/a)的變化并不與其保持一致。

　　目前關于應力條件下GaN的性質研究的相關報道比較少。在本文中GaN晶格的形變是使用外加應力的方式來設置的，計算方法采用了密度泛函理論框架下的廣義梯度近似(GGA)的平面波超軟贗勢方法，計算分析了外壓調制下GaN材料的電子結構與光學屬性，并對不同應力下GaN材料的晶格形變的結果進行了對比研究，為GaN光電子材料的實驗研究和開發(fā)新的基于GaN的光電子器件提供了理論依據。

　　2 理論模型和計算方法

　　2.1 理論模型

　　理想GaN 晶體是六方纖鋅礦結構，屬于P63mc 空間群，對稱性為C6v- 4，晶格常數a=b=0.3189 nm, c=0.5185 nm，a=b=90° ，g=120° ，其中c/a 為1.626，比理想的六角密堆積結構的1.633 稍小。c 軸方向的Ga—N 鍵長為0.1937 nm，其他方向的Ga—N 鍵長為0.1946 nm，其晶胞由Ga 的六角密堆積和N的六角密堆積反向套構而成。GaN原胞包括2個Ga原子和2個N原子，其結構如圖1所示。

　　2.2 計算方法

　　理論計算采用基于密度泛函理論框架下的第一性原理計算方法：利用總能量平面波贗勢方法，將離子勢用贗勢來替換，利用平面波基組的方式來展開電子波函數，使用廣義梯度近似(GGA)或局域密度近似(LDA)的方法來校正電子與電子相互作用的交換和相關勢函數，這是截止到目前為止比較準確的用來計算電子結構的理論方法。