针对GaN 基光电阴极激活过程中Cs-O 交替存在的光电流的增幅问题，本文主要比较了GaN和GaAs 材料性质、表面结构以及激活过程中光电阴极的光电流。发现GaN 的熔点高于GaAs，在制备GaN基光电阴极时则需要更高的热清洗温度；如果用双偶极子模型描述GaN(1000)和GaAs(100)表面的光电发射机理，GaN(1000)表面Cs 原子与O 原子形成第二偶极矩O-Cs，几乎“平躺”在表面，对光电发射贡献不大；GaAs(100)表面Cs 原子与O 原子形成第二偶极矩O-Cs 几乎“垂直”于表面，降低了表面功函数，对光电发射贡献很大；Cs-O 激活过程中，对于GaAs 光电阴极，Cs、O交替过程形成的光电流与单纯Cs 激活时的光电流相比，有几倍甚至上百倍的增长；GaN 只提高了20%左右。通过第一性原理计算，与现在的GaN 基（1000）面相比，GaN 基的(1120)和(1010)面是极具潜力的光电发射面；预计闪锌矿GaN 基（100）面会取得更好的结果。

为了提高GaN阴极的紫外探测效率，提出了一种由体内到表面、掺杂浓度由高到低的变掺杂GaN阴极材料结构，采用超高真空（Cs,O）激活工艺进行了阴极制备，对均匀掺杂和变掺杂GaN光电阴极的光谱响应特性进行了测试与比较。与传统具有均匀掺杂结构的GaN阴极相比，这种变掺杂结构的阴极在反射工作模式下具有更高的量子效率(量子效率平均提高了30％)和更好的长波紫外响应特性（长波响应提高了43％）。通过比较变掺杂与均匀掺杂阴极在能带结构、光电子体内输运效率、光电子表面发射效率等特性上的差异，对变掺杂GaN光电阴极获得更高量子效率的机理进行了分析。

GaN紫外光电阴极是近年发展起来的一种高性能真空紫外探测器件, 其中透射式结构作为光电阴极实际应用的工作模式, 其多层结构参数及光学特性对阴极的最终光电发射性能有着重要的影响。 测试了透射式GaN阴极材料的紫外透射光谱, 通过建立透射式GaN阴极样品的透射模型, 得到了GaN阴极样品的薄膜厚度、 光学吸收系数与透射谱之间的函数关系。 计算得到的GaN外延材料的厚度与实际值误差小, 吸收系数与已发表数据一致, 表明紫外透射光谱法能够准确地实现透射式GaN阴极材料结构及光学特性的评估。

由于GaN光电阴极的突出性能, 其在紫外探测方面有着广泛的应用。 文章在超高真空激活系统中, 对GaN样品进行了Cs/O激活实验, 并分析了激活后反射式的量子效率: 在240～350 nm的紫外波段内, 量子效率约在30%～10%之间, 曲线较为平坦, 在240 nm处达到30%的最大值, 与国外结果对比后发现, 本文获得的GaN光电阴极量子效率在短波段尚有不足。 研究了GaN(0001)表面的原子排列, 利用3D模拟了表面原子排列模型, 并推测了Cs在其表面的吸附情况。

对GaN的结构性质进行了介绍，研究了NEA GaN光电阴极的制备方法，利用MOCVD生长了p型掺杂浓度为1.6×1017cm－3发射层厚度150nm的GaN样品，在进行了GaN表面净化处理得到原子级清洁表面后，在超高真空系统中对GaN光电阴极进行了Cs/O激活，获得了NEA GaN光电阴极。利用实验室制备的多信息量测试系统对成功激活后的NEA GaN光电阴极进行了评估，结果显示：NEA GaN光电阴极的反射式量子效率达到了30%，透射式量子效率达到了12%。

对梯度掺杂结构GaN阴极表面进行了化学清洗，清洗后利用X射线光电子能谱仪（XPS）分析了阴极表面，分析表明化学清洗能有效去除阴极表面的油脂和加工中残存的无机附着物；然后在超高真空室内710 ℃下对阴极进行了高温退火清洁，去除化学清洗后残留在阴极表面的C、O等吸附物，使阴极表面达到制备高性能负电子亲和势(NEA)光电阴极所需的原子级清洁程度。最后通过阴极激活实验加以验证，结果证实化学处理后热退火方法能有效净化梯度掺杂结构GaN阴极表面。

利用自行研制的超高真空激活系统与表面分析系统，通过X射线光电子能谱(XPS)分析确定了采用的GaN（0001）化学清洗配方的有效性，并通过激活结果验证了达到原子级清洁表面所采用的加热清洁工艺的正确性。结合激活过程中的光电流变化曲线，确定了高温Cs单独激活与后续Cs/O交替激活相结合的工艺，成功制备了表面达到负电子亲和势(NEA)的GaN光电阴极。激活结束后，用光纤光源照射，测得光谱响应。通过计算得到量子效率曲线，验证了整套制备工艺的正确性。通过一系列实验，确立了一套制备NEA GaN光电阴极的工艺流程。

We create a GaN photocathode based on graded AlxGa1?xN buffer layers to overcome the influence of buffer-emission layer interface on the photoemission of transmission-mode GaN photocathodes. A gate-shaped spectral response with a 260-nm starting wavelength and a 375-nm cut-off wavelength is obtained. Average quantum efficiency is 15% and short wavelength responses are almost equivalent to long wavelength ones. The fitted interface recombination velocity is 5×104 cm/s, with negligible magnitude, proving that the design of the graded buffer layers is efficient in obtaining good interface quality between the buffer and the emission layer.

利用超高真空制备技术，对以蓝宝石为衬底、AlN为缓冲层的MOCVD外延P-GaN样品进行了光电阴极制备，并利用紫外光谱响应测试仪，对所制备的基于负电子亲和势（NEA） GaN光电阴极在反射式和透射式两种工作模式下的量子效率特性进行了测试与对比分析。实验结果显示，在反射模式下，样品在240 nm处具有高达50%的量子效率，而在透射模式下量子效率最高只有15%，量子效率曲线拟合表明该样品的后界面复合速率为104 cm/s。通过分析发现，造成两种工作模式下量子效率相差较大的主要影响因素是后界面复合速率和GaN外延材料厚度。

以金属有机化学气相沉积(MOCVD)外延的p型GaN为阴极发射层材料,通过对激活过程中阴极光电流的在线监测,考察了Cs激活,Cs/O交替激活以及高低温两步激活对GaN阴极光电发射性能的影响。实验结果表明,单用Cs激活就可制备出量子效率约为20％的GaN光电阴极,Cs激活后再进行2-3个Cs/O循环激活可小幅度提高量子效率,高低温两步激活不能进一步提高量子效率。利用偶极层表面模型对实验现象进行了解释。