1 引言

　　氮化镓(GaN)是一种重要的半导体材料，具有较宽的直接带隙、较高的击穿电压、较小的介电常数、较高的发光效率和耐高温等优异的化学和物理稳定特性，是半导体材料和光电器件的研究热点。在紫外半导体探测器、蓝光发光二极管和蓝光激光器等方面具有潜在的应用前景。

　　通过掺杂或者引入应力等方式均能够改变晶格常数，进而改变材料的能带结构及其光学特性。目前，对于GaN半导体材料的研究主要集中在关于GaN薄膜的表面吸附及掺杂问题上。杜玉杰等[7]通过对GaN(0001)表面的光学特性和体相GaN的光学特性进行比照，发现两者有着很大的差别。董位等使用AN ?SYS 软件，计算了以蓝宝石作为衬底的GaN 薄膜的热应力，并且比较了不同的温度对应力的作用。张淏酥等利用氮化镓LED外延片作为研究对象，为提高发光效率提出了一种增强型LED的方案。张韵等用宝石作为衬底，使用金属有机物化学气相沉积的方法生长出不同厚度的c面GaN薄膜，发现在3.38 eV处附近，不同厚度的GaN薄膜均出现了吸收截止边。杜晓晴等采用超高真空激活工艺，对变掺杂GaN光电阴极的光谱响应特性进行测试并得出了在反射工作的模式下变掺杂结构的阴极具有更好的长波长紫外响应特性的结论。Masaki Ueno 等采用X 射线衍射对纤锌矿结构的GaN在0～60GPa的压力下的稳定性进行研究，指出了在52.2GPa下GaN从纤锌矿结构转变成岩盐矿结构，并且轴比(c/a)的变化并不与其保持一致。

　　目前关于应力条件下GaN的性质研究的相关报道比较少。在本文中GaN晶格的形变是使用外加应力的方式来设置的，计算方法采用了密度泛函理论框架下的广义梯度近似(GGA)的平面波超软赝势方法，计算分析了外压调制下GaN材料的电子结构与光学属性，并对不同应力下GaN材料的晶格形变的结果进行了对比研究，为GaN光电子材料的实验研究和开发新的基于GaN的光电子器件提供了理论依据。

　　2 理论模型和计算方法

　　2.1 理论模型

　　理想GaN 晶体是六方纤锌矿结构，属于P63mc 空间群，对称性为C6v- 4，晶格常数a=b=0.3189 nm, c=0.5185 nm，a=b=90° ，g=120° ，其中c/a 为1.626，比理想的六角密堆积结构的1.633 稍小。c 轴方向的Ga—N 键长为0.1937 nm，其他方向的Ga—N 键长为0.1946 nm，其晶胞由Ga 的六角密堆积和N的六角密堆积反向套构而成。GaN原胞包括2个Ga原子和2个N原子，其结构如图1所示。

　　2.2 计算方法

　　理论计算采用基于密度泛函理论框架下的第一性原理计算方法：利用总能量平面波赝势方法，将离子势用赝势来替换，利用平面波基组的方式来展开电子波函数，使用广义梯度近似(GGA)或局域密度近似(LDA)的方法来校正电子与电子相互作用的交换和相关势函数，这是截止到目前为止比较准确的用来计算电子结构的理论方法。