王保柱 孟立智 宋江 王敏

摘 要：能够实现热能和电能转换缓解能源紧张问题的热电材料已经被公认，为了提高材料的热电性能，最重要的是提高材料的热电优值。这里采用合金化来优化GaN的热电性质。主要采用基于密度泛函理论计算的软件VASP和基于玻尔兹曼理论的BoltzTraP软件对GaN以及Al0.25Ga0.75N进行了计算。通过计算得出GaN及其合金Al0.25Ga0.75N的能带结构，电导率，功率因子，塞贝克系数，热电优值。P型GaN的ZT在1100K时达到了0.039，P型的Al0.25Ga0.75N的ZT值在1100K时达到了0.661。Al0.25Ga0.75N的热电优值明显高于GaN的热电优值，合金化可以优化GaN的热电性质。

关键词：GaN及其合金Al0.25Ga0.75N；VASP；第一性原理；热电优值

2009年Hua等[ 1 ]运用公式近似研究了AlGaN和InGaN的热电性质，发现了热电性能的提高可归因于热导率的降低。2013年Alexander Sztein等[ 2 ]运用公式近似计算了InxGa1-xN，InxAl1-xN，AlxGa1-xN的热电性质，AlGaN在1200K时ZT为0.57。但运用VASP和BoltzTraP软件计算的很少，本文主要用此方法对GaN和Al0.25Ga0.75N进行了研究。

热电材料的转换效率比较低，这里我们采用合金化的方法对GaN进行合金进而改变它的热电性质达到提高热电优值的目的。我们对GaN和Al0.25Ga0.75N进行了模拟计算，分别计算了他们的电子结构和输运性质。

1 研究方法

本文主要通过基于第一性原理密度泛函理论的VASP软件对材料的电子结构进行了计算，我们采用的是PAW型赝势，PBE交换相关泛函对材料的结构优化和电子结构计算，由于采用PBE型的交换相关泛函更接近于实验值，所以这里我们采用PBE交换相关泛函。平面波截断能设置为500eV，在计算中对原子的位置和晶胞的外形结构都进行了开放优化，能量收敛标准为EDIFF为1E-5eV，选取的计算精度为Medium，K点网格我们选取的是5x5x3的Monkhorst-Pack型的网格。……