以GaN基紫外光电阴极为核心单元的紫外真空探测器件,在导弹逼近告警、空间探测、紫外通信以及火灾监控、电晕检测等军、民用领域具有广泛的应用价值并极具发展前景。为获得高性能"日盲"紫外光电阴极,本文对GaN和AlGaN光电阴极的结构设计和制备工艺进行了研究。针对目前制备的GaN光电阴极量子效率不理想这一现状,分别从缓冲层材料的选择、厚度的设计,电子发射层掺杂浓度、掺杂结构以及厚度的设计等方面入手,设计了 5组GaN光电阴极样品;样品激活后获得的量子效率表明,通过将发射层厚度降低为150nm并将掺杂浓度提高到1018cm-3量级以及采用能够引入内建电场的梯度掺杂和变A1组分结构等方法,可以将反射式GaN光电阴极的量子效率从最初的37%提高到60%左右。对现有的光电阴极多信息量测试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,升级了测试软件,增加了四级质谱仪测试真空室内残气。分别采用浓H2SO4、H202、去离子水,H2SO4、H202以及HC1溶液等三种方法研究了 GaN材料表面残留物的化学清洗效果,证实了 GaN表面的氧化物主要以Ga203的形式存在。发展了一种通过分析激活室真空度随温度变化关系曲线快速判断GaN材料表面原子级清洁程度的方法。采用ICs/IO =1.64/1.62和ICs/IO =1.83/1.62两种Cs/O电流比进行了梯度掺杂GaN样品的激活实验,实验结果显示首次进Cs量多的样品取得了较大的光电流和较高的量子效率;进行了单独Cs激活和Cs/O激活对比研究,发现尽管单独Cs激活就可以获得NEA GaN光电阴极,但Cs/O共同激活仍可以使量子效率平均提高8%左右。通过对5组样品的激活实验研究发现,其最高的量子效率对应的Cs/O比有一个最佳值,且对不同结构的样品这个值并不相同,指出衡量结构设计的优劣应以能够激发出的最高量子效率为依据。对梯度掺杂结构的内建电场强度和位置进行了计算,分析了光生电子在电场作用下的运动过程,指出该结构通过增加电子的漂移扩散长度提高了量子效率。同时,为了避免过强的电场导致电子负微分迁移率的出现,推算出表面掺杂浓度值约为3.19×1017cm-3。对比研究了梯度掺杂和变A1组分GaN光电阴极Cs/O激活过程,发现后者在首次进O后光电流有了大幅度的提高且获得第一次光电流峰值耗时较短;根据GaN和AlGaN材料的光学特性对两种结构量子效率曲线的变化趋势进行了分析。对结构优化后GaN光电阴极的稳定性进行了评估,通过将衰减九小时后和激活刚完成后GaN光电阴极的量子效率进行对比,证实了 GaN光电阴极具有较高的稳定性,同时发现均匀掺杂的结构优化对进一步提高其稳定性效果不明显。补铯激活可以较好得恢复初始量子效率值,但离最佳量子效率仍有一定的差距。设计并生长了均匀掺杂Al0.24Ga0.76N光电阴极结构,测试了材料的吸收率、反射率和透射率,初步探索了其制备工艺,激活后样品在235nm处获得了 7.6%的量子效率,截止波长限制在315nm,尚未进入"日盲"区。设计并生长了梯度能带Al0.42Ga0.58N光电阴极结构,采用X射线光电子能谱对其进行了材料表征。采用Ar+溅射法进行了表面净化研究,发现这种方法可以有效去除AlGaN材料表面的碳、氧以及镓的氧化物。其激活结果表明,通过提高Al组分使得Al0.42Ga0.58N光电阴极的截止波长限制在285nm左右,并且该结构在235nm处取得了 23.7%的量子效率,比均匀掺杂结构提高了 68%。本文针对GaN基光电阴极的结构设计和制备所开展的研究及取得的研究结果对研制高性能实用型"日盲"紫外光电阴极具有重要的应用价值和现实意义。