GaN基宽禁带半导体是发展高功率电子器件和短波长发光器件的最重要材料体系，受到了国际上的广泛关注，GaN基半导体材料的电学和光学性质成为了当前国际半导体科学技术的前沿领域和研究热点。本文主要利用基于扫描电子显微镜的阴极荧光谱技术对GaN基半导体材料的相关性质进行了系统研究，主要包括：利用空间分辨的优势研究了AlxGa1-xN/GaN异质结构中Al组分的涨落；利用扫描电镜提供的低能电子辐照源研究了低能电子辐照下GaN发光强度的变化规律，主要研究结果如下：　　 (1)使用低温阴极荧光谱探测到AlxGa1-xN/GaN异质结构势垒层中存在Al组分涨落，Al组分的涨落会引起异质结构导带偏移的空间涨落和异质界面极化电场的涨落，这两种涨落对二维电子气(2DEG)会产生散射作用。基于所建立的理论模型中，模拟计算得出，在所测量的Al0.3Ga0.7N/GaN的异质结构中，Al组分的平均涨落约为0.007，两种散射因素对异质结构中2DEG散射的弛豫时间分别为0.31 ns和0.0078 ns，其中界面极化场的涨落引起的散射弛豫时间与所报道的界面粗糙度引起的散射弛豫时间相当，是AlxGa1-xN/GaN异质结构中2DEG散射机制中不可忽视的因素。　　 (2)低能电子束辐照下，GaN呈现出发光退化现象，本文研究了这种退化对电子束的依赖关系。结果表明随着加速电压(Va)的增加或者电子束电流(Ib)的降低，GaN的发光退化变得越来越弱。实验中发现GaN的发光退化对加速电压的依赖更敏感，我们认为电流密度(ib)是影响衰减的一个因素，ib oc Ib/V5a，电流密度受电压的影响远大于受电子束电流的影响。电子束的穿透深度受加速电压的影响很大，存在着Va5/3的正比关系，因此表面是影响发光退化的一个本质因素，在低加速电压下，表面因素在衰减中所占的比重大，衰减快，幅度大；反之高加速电压下，表面因素在衰减中所占的比重小，衰减慢，幅度小。　　 (3)本文研究了真空条件下测量对带边发射强度的衰减的影响。我们发现测量的顺序对衰减有着影响。同一块样品，我们观察到样品被放入真空腔后立刻测量的衰减结果强度大，衰减大，而后测量的衰减强度相对低，衰减弱。在样品刚放入真空腔中时，GaN发光退化的测量包含了表面吸附和解吸附因素的作用，表面吸附作用可能使GaN的带边发射强度增强，解吸附作用使GaN衰减在初期呈现一个相当快的趋势。随着电子束的辐照及真空状态的影响，这种表面的吸附和解吸附作用的影响越来越小，这种弱化了的表面因素产生了两种效果，GaN带边发射强度显著下降，同时GaN带边发射强度的衰减相比刚放入真空腔中的测量变得比较弱。我们认为真空状态会影响GaN表面的吸附及解吸附作用，特别是在电子束的辐照更加有利于材料表面的解吸附作用。　　 (4)在认为表面的吸附和解吸附是低能电子束辐照下GaN发光退化的一个因素后，我们认为表面中止原子的不同对GaN带边发射的衰减同样会产生影响。由于生长过程中，每个表面中止原子只有一个悬挂键，表面中止原子的不同实际上对应着极性的不同。通过沿着(0001)面m的切割，我们发现N极性的GaN在低能电子束辐照下，除去平缓的衰减，在初期中会出现一个附加的非常迅速并且巨大的衰减；Ga极性的GaN在只表现出一个平缓的衰减。我们认为N原子表面和Ga原子表面的吸附性质不同，N原子的表面吸附对发光性能的影响比金属的Ga原子更大，因此伴随着低能电子束辐照下解析附作用的发生，N原子终止的GaN会出现迅速且巨大的衰减。　　 (5)研究了氢化作用对低能电子束辐照作用下GaN外延薄膜带边发射强度演变的影响。发现氢化后GaN的带边发射强度在电子束辐照下呈现出先上升后下降直至稳定的现象。我们认为氢原子虽然能够钝化GaN中的一些缺陷，但由于氢原子本身在GaN中的高扩散势垒，使得这种钝化作用必须克服一个势垒才能实现，而电子束的辐照一方面可以产生光子，另一方面会传递给氢原子能量，使得氢原子能够克服扩散势垒，从而实现钝化作用，增强GaN的带边发光。扩散是氢原子钝化作用的前提，由于低扩散势垒的存在，氢在其他半导体(如硅)中的钝化变得很明显，相比较而言，GaN中的氢原子必须在低能电子束的辅助下才能实现钝化。