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氮化铝（AlN）是一种宽禁带半导体材料,具有禁带宽度大、电子迁移率高、硬度高、导热率高、耐高温、压电系数大、表面声速高、化学性质稳定等一系列优点。在深紫外发光及光电探测器件、高频大功率电子器件、恶劣环境下的谐振器、压力传感器、表面声波器及微机电系统等方面有广泛的潜在应用。特别是和GaN、InN组成的三元或四元合金,其发光频谱覆盖了从红外到紫外的整个区域,是目前重要的半导体光电材料。表面研究是半导体材料研究的重要组成部分。表面对半导体材料的电学、光学、声学、热学性质以及化学稳定性都有重要影响。另外,表面结构研究对半导体材料的生长也能提供一定的指导。本文主要采用第一性原理计算的方法研究了AlN（0001）、（000（1|-））、（10（1|-）0）和（11（2|-）0）面的结构与电子性质,涉及到表面的弛豫与重构、表面缺陷的稳定性、氧和水分子在表面的吸附,部分研究内容也涉及到了GaN、InN和ZnO等半导体材料。整个工作侧重于对有关表面现象物理机理的分析。从静电学和电子结构两方面分析了纤锌矿结构（0001）和（000（1|-））面的稳定性,得出这两个面必须要发生一定的重构才能获得稳定。经计算,AlN（0001）面（2×2）重构的Al空位、N吸附,以及（000（1|-））面的Al吸附等满足电子计数规则的结构都比理想面稳定。O原子在AlN（0001）及（000（1|-））-Al面的吸附也能够极大地降低表面能,说明AlN表面容易被氧化。系统研究了水分子与AlN、GaN及ZnO（0001）面的相互作用。三者总体上表现出一些共同特征:水分子在低覆盖度下（<1/2ML）为解离吸附（分解为OH和H,或O和2H）在高覆盖度下为分子吸附;单层吸附时的稳定结构是一种（2×1）重构。由于价电子数、价带顶位置及离子性强弱的不同,水分子在AlN和GaN表面比在ZnO表面更容易分解,而且吸附能也比在ZnO表面的大,在吸附结构上也存在一些细节上的区别。通过能量及电子结构计算对吸附机理进行了深入分析,发现分子吸附时水分子与表面之间的共价键以及水分子之间的氢键相互作用具有同等重要的地位;解离吸附情况下除了局域的共价键以外,吸附物与表面阳离子间存在很强的非局域静电相互作用。非极性（10（1|-）0）和（11（2|-）0）面本身满足电子计数规则,表面N原子的悬挂键在价带顶附近形成了一个被完全占据的表面态,Al原子的悬挂键在导带底附近形成了一个空的表面态,因此比较稳定。对表面弛豫进行了研究,发现整个Ⅲ-Ⅴ族化合物纤锌矿（10（1|-）0）面和闪锌矿（110）面弛豫后都会发生扭转,但是氮化物和其它Ⅲ-Ⅴ族化合物又有明显区别,基于价电子对排斥模型和原子电负性的大小对此做出了详细的解释。对表面缺陷进行了研究,发现了一种（10（1|-）0）面的平面缺陷结构,该结构比AlN理想（10（1|-）0）面更稳定,通过电子结构对原因进行了分析。该结构最大的特点就是能引起表面极化方向相反,预期亦会存在于AlN纳米线的侧面。最后研究了含氧AlN非极性面的结构与性质。发现有氧嵌入的AlN（10（1|-）0）面的稳定结构是VAl-（ON）3而GaN是2（ON）,并分析了原因。O原子在AlN两个非极性面的吸附比O2更为稳定,是氧吸附的主要形式。（10（1|-）0）面的稳定吸附位在表面Al-N对的上方,（11（2|-）0）面的稳定吸附位在表面Al-N链之间。由于N-O键和Al-O键都具有键长短键能大的特点,O原子在AlN表面的扩散是很有限的。发生吸附以后,O和O2的自旋极化消失,带隙中原来的表面态被与氧有关的表面态所替代。