GaN是一种性能优良的Ⅲ-Ⅴ族宽禁带半导体材料,被誉为第三代半导体材料的典型代表,其研究和应用备受瞩目。基于GaN体系掺杂磁性杂质形成的稀磁半导体(DMS)由于其具有高于室温的居里温度近年来备受人们的关注。为了便于应用,材料往往制造成薄膜的形式。　　 本论文采用第一性原理计算研究稀磁半导体GaN:Mn(10(1)0)薄膜的几何结构、电子结构及磁性。具体的研究工作有三个方面:　　 (1)对于未掺杂的GaN(10(1)0)薄膜,弛豫后原子位置与理想原子位置比较看出,表层Ga原子向体内移动,与Ga原子成键的表层N原子向体外移动,导致表层Ga—N二聚体键长收缩并扭转。和体内相比键长缩短了6.58％,扭转角为8.56°。电子结构相对于体内明显的变化特点是在禁带中出现两个明显的表面带。对GaN(1010)薄膜的结构弛豫及电子结构的计算结果与已有文献结果一致。　　 (2)对于掺Mn的GaN(10(1)0)薄膜,Mn原子掺杂在表层时的缺陷形成能最小,表明GaN(10(1)0)薄膜中Mn原子更容易在表层掺杂。弛豫后,位于表层的Mn—N键长与Ga—N键长类似也要收缩,但Mn—N键没有明显的扭转。电子结构的计算表明Mn原子的掺杂使得Mn3d与N2p轨道杂化,产生自旋极化杂质带,只有自旋向上的能带穿越费米面,掺杂后的薄膜表现为半金属性,适合于自旋注入。　　 (3)对于GaN:Mn(10(1)0)薄膜的磁性研究,我们的计算结果是当2个磁性Mn原子在薄膜表层替代最近邻的两个Ga原子时磁性基态为反铁磁耦合,而当2个磁性Mn原子在薄膜表层替代次近邻的两个Ga原子或替代表面下其它层的Ga原子时磁性基态与体内类似,为铁磁耦合。本文通过Stoner模型解释了表面最近邻Mn原子间的反铁磁耦合的出现。另外,本文还根据电子结构计算从原子间轨道成键的角度分析了不同磁性相互作用形成的机制。