GaN的禁带宽度是3.4 eV,是一种直接宽带隙半导体材料,有稳定的化学和物理性质。另外,GaN材料的功函数为4.1 eV及电子亲和势为2.7-3.3 eV,并且具有高热导率等特点,使其成为一种具有很大潜力的场发射阴极材料。本文中我们采用以Pt为催化剂的化学气相沉积(CVD)法在Si衬底上合成出磷掺杂的GaN纳米线。首先,分别研究了氨化温度、氨化时间、及氨气流量对磷掺杂GaN纳米线形貌的影响;然后在不同掺杂质量比条件下制备出磷掺杂GaN纳米线,对样品的形貌、成分和晶体结构进行了研究,并选取出较好质量的样品对其进行场发射测试,研究了场发射性能;最后,基于第一性原理利用密度泛函理论,研究探讨了磷掺杂非氢钝化和氢钝化GaN纳米线的电子结构以及功函数等。本文得到的基本实验结果如下:第一、通过研究氨化温度、反应时间、及氨气的气流量对磷掺杂GaN纳米线的表面形貌影响,得到:(1)氨化温度和氨化时间均会影响P掺杂GaN纳米线的长度和纳米线的粗细;(2)氨气流量的大小影响Si衬底上P掺杂GaN纳米线密度。第二、通过研究不同掺杂质量比条件下制备出的磷掺杂GaN纳米线的形貌、成分和晶体结构,得到:P掺杂比例很小时对纳米线的形貌影响很小,但随着掺杂比例增加,会使纳米线的表面变得粗糙,并改变纳米线的结晶性。第三、通过对质量较好的P掺杂GaN纳米线进行场发射测试,得到:P杂质的引入可以改善纳米线的场发射特性。第四、通过密度泛函理论研究P掺杂GaN纳米线,得到:P杂质的引入会改变纳米线的微观电子结构,并可以使纳米线的功函数降低,从理论上验证了 P杂质的引入可以增强纳米线的场发射性能。