氮化镓(GaN)为Ⅲ-Ⅴ族性能优异的直接宽带隙半导体材料,具有功函数小、热导率高、物化性质稳定以及熔点高(1500℃)等特点,是一种很有前途的场发射阴极材料。氮化铝(AlN)与GaN相似,也为Ⅲ-Ⅴ族直接宽带隙半导体材料,带隙比GaN大,功函数比GaN小,与半导体界面相容性好。另外,AlN与GaN均为六方纤锌矿结构,具有相近的晶格匹配和热膨胀系数,是包覆GaN的优选材料。因此,本文从理论和实验两个方面研究并制备有望提高场发射性能的AlN包覆GaN纳米线复合结构。在理论方面:采用第一性原理研究了AlN包覆GaN纳米线复合结构的电子结构(包括能带、态密度和局域电荷分布)及功函数。结果表明:AlN包覆GaN纳米线复合结构是非常稳定的;与GaN相比,AlN包覆GaN纳米线复合结构的带隙仍为直接带隙,并且均大于GaN的带隙;AlN在纳米线复合结构导带底引入大量的局域电荷,高局域电荷增加了导带电子浓度,增大了电子发射密度;AlN降低了纳米线复合结构的功函数,使得在外电场作用下,电子更容易发射到真空当中,提高了GaN纳米线的场发射性能。在实验方面:采用化学气相沉积(CVD)法,两步生长分别基于气-液-固(V-L-S)和气-固(V-S)生长机制,在高温管式炉中成功制备了AlN包覆GaN纳米线复合结构,并对其进行了表征。首先,研究了温度对于AlN包覆GaN纳米线复合结构制备的影响,研究结果发现AlN包覆的最佳温度为750℃。其次,研究了GaN纳米线的密度对于AlN包覆GaN纳米线复合结构制备的影响,研究结果发现适中的GaN纳米线密度对于AlN包覆GaN纳米线复合结构制备至关重要,GaN纳米线的密度过于稀疏和过于密集均不利于包覆。最后,我们对形貌最好的AlN包覆GaN纳米线复合结构进行了能谱(EDS)和X射线衍射(XRD)表征:EDS研究结果表明GaN纳米线核约占纳米线复合结构的65%;AlN壳约占纳米线复合结构的35%;XRD研究结果表明GaN纳米线核与AlN壳均为六方纤锌矿结构。