除了自發(fā)極化只p’當(dāng)材料受到外界應(yīng)力時(shí)還會(huì)產(chǎn)生壓電極化。在通常的金屬面極性Ⅲ族氮化物材料中, AEM8800DEETZ當(dāng)材料受到雙軸壓應(yīng)力時(shí),金屬原子與下面的3個(gè)氮原子夾角變小,極化矢量馬增大,產(chǎn)生沿(OO01)方向的壓電極化;當(dāng)材料受到張應(yīng)力時(shí),金屬原子與下面的3個(gè)氮原子夾角變大,極化矢量馬減小,產(chǎn)生(000T)方向的壓電極化。在通常的LED中,InGaN量子阱受到的是壓應(yīng)力,壓電極化方向?yàn)?0001)方向,從而產(chǎn)生一個(gè)從表面指向襯底方向的壓電極化電場(chǎng)。在纖鋅礦GaN、AlN、InN及其三元、四元化合物中都存在這兩種極化效應(yīng)。氮化物中總的極化電場(chǎng)即為自發(fā)極化電場(chǎng)和壓電極化電場(chǎng)的總和。纖鋅礦結(jié)構(gòu)的兩種原子排列方式(即金屬面和氮面),分別對(duì)應(yīng)兩種相反的極化方向如圖2砰所示,習(xí)慣上以c軸方向?yàn)檎较�。如果外延層以金屬面為終止面,則該材料具有金屬面極性。反之,如果外延層以氮面為終止面,該外延層就具有氮面極性。需要強(qiáng)調(diào)的是,極性是材料的整體屬性,而不是表面屬性,終止面上的原子分布情況并不會(huì)改變外延層的主導(dǎo)極性。比如金屬面極性的材料表面即使混有氮原子,甚至覆蓋氮原子單層,都不會(huì)影響金屬面極性的屬性。在c面藍(lán)寶石上進(jìn)行傳統(tǒng)的金屬有機(jī)物化學(xué)氣相沉積,得到的Ⅲ族氮化物外延層一般具有金屬面極性。

   纖鋅礦結(jié)構(gòu)Ⅲ族氮化物的自發(fā)極化場(chǎng)強(qiáng)度正比于自發(fā)極化系數(shù),與原子的電負(fù)性、有效離子半徑相關(guān)。自發(fā)極化系數(shù)目前僅有理論計(jì)算值,通過(guò)第一性原理計(jì)算,GaN的自發(fā)極化系數(shù)最小,InN和GaN相差不多,AlN的自發(fā)極化強(qiáng)度最大,幾乎為GaN、InN的2~3倍。Ⅲ族氮化物的三元、四元合金中也存在自發(fā)極化效應(yīng),自發(fā)極化場(chǎng)強(qiáng)度與組分相關(guān),一般采用Ⅵgard定律來(lái)計(jì)算。