GaN作为宽带隙半导体材料，由于它良好的物理化学稳定性、高载流子浓度和迁移率等优异特性，被进行了广泛的研究。GaN纳米线的本征带隙为3.4eV，在光电子器件应用上有很大的潜力。掺杂是提高GaN光电性质应用研究中的重要途径。元素周期表中Ge是Ga的邻近原子，一维Ge纳米线和GaN纳米线具有相近的晶格参数，因此，掺入GaN中不会引起明显的晶格扭曲。另外，GaN具有很小的电子亲和势2.7-3.3eV，在场发射阴极材料应用上也有着很重要的研究价值。理论和实验上关于Ge掺杂GaN纳米线的报道并不多见，因此，本论文主要研究通过Ge掺杂来提高GaN纳米线的场发射性能，主要包括理论计算和实验制备两部分内容。
　　在理论上，用第一性原理密度泛函理论（DFT）研究了不同浓度Ge掺杂GaN纳米线的电子结构和场发射特性。结果表明，Ge的掺入会在价带上引入一些局域的Ge4p态，Ge4p态与N2p态混合形成了杂质能级，导致了光子跃迁能的减小，同时随着Ge掺杂浓度的增大，Ge4p态数目增大，带隙会随之变窄，杂质能级由导带底向价带顶移动，在光子跃迁过程中起到了过渡能级的作用，与此同时所需的形成能变大。另外文章计算了不同掺杂浓度下功函数的大小，发现在Ge掺杂浓度为4.2%时具有较小的功函数，有益于场发射电子的逸出。
　　在实验上，首先采用化学气相沉积法（CVD）对Ge掺杂GaN纳米线的制备进行研究，主要研究了掺杂浓度和氨化温度对制备Ge掺杂GaN纳米线的影响，利用X射线衍射（XRD）技术、场发射扫描电子显微镜（FESEM）和高分辨透射电子显微镜（TEM）对不同反应条件下制备的样品进行表征。然后，采用场发射测试装置对Ge掺杂GaN纳米线样品进行场发射性能测试，并与纯GaN纳米线样品进行比较，发现Ge掺杂优化了GaN纳米线的场发射性能，结合理论计算分析认为Ge原子的存在降低了GaN纳米线的表面功函数，提高了发射电流密度。