本文围绕纤锌矿结构GaN光电阴极的(0001)面光电发射模型、量子效率理论、材料结构设计与生长、制备工艺和阴极性能评估等方面开展了研究。针对现有的光电阴极表面发射模型的局限性,为了更好的解释NEAGaN光电阴极(0001)面光电发射机理,建立了基于双偶极子模型的[GaN(Mg)-Cs]:[0-Cs]光电发射模型,讨论了激活过程中Cs、O在GaN(0001)表面吸附的过程,认为第一个偶极层GaN(Mg)-Cs具有统一的有利于光电子逸出的指向性,所以进Cs后光电流上升幅度很大,第二个偶极层O-Cs没有统一的指向性,只是表面的缺陷使得一部分O-Cs偶极子具有有利于光电子逸出的方向,所以进O后光电流有增长但幅度不大。讨论了NEAGaN光电阴极(0001)面的光电发射过程,并通过求解载流子扩散方程的方法获得了NEAGaN光电阴极量子效率公式。根据公式,分析了GaN发射层吸收系数αhv、电子表面逸出几率P、电子扩散长度LD、GaN发射层厚度Te以及后界面复合速率Sv对量子效率的影响。分析了不同生长方法、不同衬底和不同缓冲层材料的优劣。设计了不同p型掺杂浓度的反射式GaN光电阴极、梯度掺杂的反射式GaN光电阴极、发射层厚度150nm的透射式GaN光电阴极、以及组分渐变Ga1-xAlxN作为缓冲层的透射式GaN光电阴极。对现有的NEA光电阴极制备与评估系统进行了升级改造,增加了紫外光源和透射式的测试光路,使其可以很好的完成紫外光电阴极制备及评估的工作。利用XPS研究了三种不同的化学清洗方法对GaN(0001)表面的净化效果,认为2：2：1的H2SO4(98%)：H202(30%)：去离子水混合溶液是一种有效的方法。采用同样的710℃进行了两次加热并且进行了激活实验,发现第一次加热中真空度的变化曲线成“W”型,而第二次加热过程中成“V”型,并且质谱仪记录的残气成分分压的变化情况也与之相符合。进行了不同光照下激活的实验,分别在全光谱的氘灯、70μW的300nm单色光和35μW的300nm单色光光照下对GaN光电阴极进行了激活实验。对不同结构的NEAGaN光电阴极性能进行了评估,发现GaN光电阴极最佳p型掺杂浓度在1017cm-3数量级,梯度掺杂的GaN光电阴极最大量子效率达到了56%,明显优于均匀掺杂,采用Ga1-xAlxN缓冲层可以使CaN光电阴极获得更为理想的透射式的量子效率,发现透射式GaN光电阴极最佳的发射层厚度应该在90nm左右。对比了不同制备工艺获得的NEAGaN光电阴极性能,验证了化学清洗方法的优劣,发现二次加热后GaN光电阴极的性能与第一次没有明显的变化,300nm单色光光照下激活的GaN光电阴极性能要优于氘灯的。最后对比了GaN与GaAs光电阴极的性能,发现NEAGaN光电阴极在稳定性上要好于GaAs。本文研究工作围绕NEAGaN光电阴极的相关理论和技术,在紫外光电阴极及紫外探测技术等方面具有参考和促进意义。