石墨烯是具有高强度、高导电性、高透过率的最薄“超级材料”,但由于石墨烯的厚度仅相当于一个原子,所以一般在实际应用中必须找到一个载体来支撑它,才可以更好的发挥石墨烯优异的性能。而氮化镓(GaN)由于其优异的物理性能和化学性能,使其在微电子器件、光电子器件等领域得到了广泛的应用前景和研究价值,但GaN基材料到目前为止仍然存在很多不足,人们也一直在寻找能够解决GaN材料“高密度位错、工作速度慢、散热性能不良、高集成和互联难度大”这些问题的方案。直到石墨烯的发现给解决GaN材料的这些问题带来了新的思路。新型的石墨烯/氮化镓异质结材料不仅克服了氮化镓的许多缺陷,同时也为石墨烯提供了一个理想的载体,目前石墨烯/氮化镓异质结材料已经在许多领域里已经得到了广泛的应用。本文采用基于密度泛函理论的第一性原理对单层石墨烯/氮化镓异质结材料进行了研究。重点讨论了石墨烯(2×2)/氮化镓((?)×(?))体系和石墨烯(3(?)×3(?))/氮化镓(4×4)的体系,并对两种结构进行了对比。计算了两种体系在界面处的几何结构,电子结构,表面的功函数,并分析由石墨烯层诱导的电荷密度的变化。结果表明,在两种体系中,石墨烯层与氮化镓之间的结合力为范德瓦尔斯力。石墨烯(2×2)/氮化镓((?)×(?))体系表现出半导体特性,石墨烯在K点附近的狄拉克锥结构不再存在,导带底和价带顶出现在布里渊区的r点,在r点形成大小为0.12eV的带隙,体系表面的功函数为5.26eV,电子不容易脱离体系表面。而石墨烯(3(?)× 3(?))/氮化镓(4 × 4)体系的带隙宽度为0.O1eV,在外加电场-1V/A—1V/A的范围内,带隙宽度最大为0.016eV。体系表面处的功函数为4.77eV,相比于石墨烯(2×2)/氮化镓((?)×(?))体系,其表面对电子的束缚力较弱,但相比于石墨烯(2×2)/氮化镓((?)×(?))结构,石墨烯(2×2)/氮化镓((?)×(?))结构的不匹配率较低,未来可应用于透明电极材料,从而提高传统LED的导电性和出光率。计算结果为石墨烯作为氮化镓材料的吸附层的设计和应用提供了理论依据。论文主要分如下几章内容详细讨论:第一章:详细介绍了石墨烯的发展历程,基本性质以及应用方向,同时也介绍氮化镓的基本性能和研究现状,并指出了氮化镓自身的缺陷,由此引出石墨烯/氮化镓异质结构的研究意义,不止克服了氮化镓本身的不足,同时也为只有一个原子厚度的石墨烯提供了载体,并预想了未来石墨烯/氮化镓异质结材料的应用方向。并由此确定本论文的工作安排。第二章:详细介绍了本文中用到的理论知识,主要包括第一性原理和密度泛函理论,此外,介绍了常用的基于密度泛函理论的软件包,包括Materials Studio、CASTEP、ATK,以及本文主要使用的软件包VASP。第三章:详细介绍了本文的计算过程的参数设置以及模型的构建过程。第四章:详述石墨烯(2×2)/氮化镓((?)×(?))结构界面处的性质,包括能带结构,态密度,功函数以及差分电荷密度,结果表明石墨烯与氮化镓之间依靠范德瓦尔斯力结合,体系呈现出半导体的特性。第五章:石墨烯(3(?)×3(?))/氮化镓(4×4)结构的界面处的性质,包括能带结构,态密度,功函数以及差分电荷密度,结果表明石墨烯与氮化镓之间依靠范德瓦尔斯力结合,体系呈现出半金属的特性。第六章:对本文的工作进行总结。通过对两种构型的比较可知,在两种构型中,石墨烯与氮化镓之间都是依靠范德瓦尔斯力结合,石墨烯(2×2)/氮化镓((?)×(?))结构表现出半导体特性,而石墨烯(3(?)× 3(?))/氮化镓(4 × 4)结构的不匹配率相对较小,结构表现出半金属特性。两者相比之下,石墨烯(3(?)× 3(?))/氮化镓(4 × 4)构型更容易用作透明电极材料,从而提高传统光电器件的导电率和出光率。计算结果为未来石墨烯作为氮化镓材料的吸附层的设计和应用提供了理论依据。