氮化镓(GaN)薄膜在光电子领域具有广泛的应用,而位错缺陷对GaN基电子元器件的性能产生严重的影响,通过现有的方法生长的GaN薄膜中存在着高密度的位错等缺陷,因此研究GaN薄膜中位错缺陷的形核、演化等行为对于降低薄膜缺陷密度,提高薄膜质量,提升GaN基电子器件的性能具有重要的意义。分子动力学方法可以在原子层面对位错缺陷的形成和演化的机理做出细致的分析,是研究GaN薄膜中位错缺陷行为的有力工具。本文采用分子动力学模拟的方法对存在台阶结构的GaN薄膜进行了研究,分析了位错的形核及其演化的行为,并对影响位错形核的温度、台阶高度、表面极性以及台阶表面的各向异性等因素做了详细的研究,给出了在实际生产过程中提升GaN薄膜质量的相关理论指导。此外,本文对不同应力条件下GaN薄膜中刃型位错、螺型位错和空位结构的演化行为进行了分子动力学和静力学研究。分析了拉应力作用下单刃型位错和双刃型位错的演化情况,详细阐述了其发生位错增殖的过程,研究了相关因素对刃型位错演化的影响,并采用爬坡弹性带的方法分析了位错增殖的过程及其能量势垒的大小。分析了GaN薄膜螺型位错模型分别在拉应力、压应力和剪切应力状况下的演化情况,分析了GaN薄膜空位结构在拉应力条件下的演化情况。本文还对GaN薄膜开裂过程以及裂纹与位错的相互影响做了详细的分析。本文的模拟研究从微观的角度阐述了GaN薄膜位错缺陷的形成及其相互作用的演化行为,并首创性地研究了其表面台阶结构的位错形核模型,为GaN薄膜生长过程中的位错行为研究提供了独特的视角。研究结果表明生长高质量GaN薄膜过程中应控制表面形貌,防止产生较大台阶,避免在薄膜中形成较大应力,特别是拉伸应力。