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钎锌矿氮化铝(A1N)、氮化镓(GaN)、氮化铟(InN)及其合金被广泛应用在光电器件、太阳能电池和高频晶体管等设备中。在这些器件应用中,温度是影响性能、可靠性以及寿命的重要因素。材料的导热系数决定了它的导热能力,因此研究材料的导热系数是器件热管理的重要内容。尽管导热系数可以通过实验测量得到,然而由于实验样品生长质量的限制,对纤锌矿AIN、GaN、InN及其合金本征导热系数的认知仍然不足,特别是纤锌矿InN。在微观上,晶体热传导的载流子为声子,运动过程由声子玻尔兹曼方程描述。声子在输运过程中会受到散射,根据散射来源的不同主要分为晶格自身的本征散射和样品相关的散射。本征散射决定了晶格的本征导热系数,一直是研究的难点。最近,本征散射可以通过第一性原理计算准确得到。论文结合第一性原理计算和声子玻尔兹曼方程的求解,研究纤锌矿AlN、GaN、InN及其合金的导热系数以及尺寸效应。计算结果表明,室温时在纤锌矿晶格水平方向和垂直方向上,自然同位素下A1N的导热系数分别为301 Wm-1K-1和287Wm-1K-1,GaN的导热系数分别为244 Wm-1K-1和277Wm-1K-1,InN的导热系数分别为133Wmi1K-1和152Wm-1K-1。不同温度下导热系数的计算显示,纤锌矿AlN导热系数的各向异性很小,可视为各向同性材料,而纤锌矿GaN和InN导热系数具有不可忽略的各向异性,特别是在低温条件下。导热系数的各向异性与不同方向上声子速度的平方相关,通过计算平方速度对频率的分布发现导热系数的各向异性主要由低频声子贡献,并且主要来自高频横波声学支。导热系数对平均自由程的累积函数以及薄膜导热系数随厚度的变化都表明纤锌矿AlN、GaN和InN的尺寸效应可以持续到几十微米。基于第一性原理计算得到纤锌矿AlN、GaN和InN的相关参数以及虚拟晶格模型,研究了纤锌矿AlxGa1-xN、InxGa1-xN和InXAl1-xN导热系数随合金浓度的变化。发现即使很小浓度的合金就可以极大的减小导热系数。比如,在纤锌矿GaN中仅仅掺入1%的A1或者In原子后,导热系数减小60%。当合金浓度达到较高的0.2～0.8时,导热系数随合金浓度变化很小。室温下,沿着钎锌矿晶体水平方向和垂直方向,AlxGa1-xN的最小导热系数分别为18 Wm-1K-1和22Wm-1K-1,InxGa1-xN的最小导热系数分别为22 Wm-1K-1和27Wm-1K-1,InxAl1-xN的最小导热系数分别为8Wm-1K-1和10Wm-1K-1。各向异性大于各自的组分材料,这是由于合金对低频声子的抑制比高频声子小,使各向异性较大的低频声子的相对贡献增加所造成的。合金的尺寸效应同样可以持续到几十微米,并且当尺寸减小到100nm时,导热系数将减小一半。在声子玻尔兹曼方程的求解中,驰豫时间近似会低估导热系数,Callaway模型作为一种修正被广泛使用。但是,Callaway模型的准确性一直未被检验。以硅、金刚石和纤锌矿AlN为研究对象,完全基于第一性原理的计算结果检验了Callaway模型的准确性。计算结果表明,Callaway模型并不能保证对导热系数的准确预测。同时,通过对低频声子驰豫时间的计算发现,在这三种晶格中横波和纵波声学声子U散射的驰豫时间与频率的关系为1/ω3,而N散射过程则分别符合1/ω和1/ω2的关系。