负电子亲和势Ga_1-xAl_xN光电阴极是紫外像增强器的重要组成部分,在天文观测、航空航天和导弹预警等领域具有重要的应用。然而针对Ga_1-xAl_xN材料性质的理论研究还不完善。本文采用基于密度泛函理论的第一性原理方法,计算了 Ga_1-xAl_xN材料的光电性质,并从原子与电子层面研究了 Ga_1-xAl_xN光电阴极的铯氧激活机理,为负电子亲和势Ga_1-xAl_xN光电阴极的设计与制备奠定了理论基础。计算了不同Al组分Ga_1-xAl_xN材料的光学性质。结果表明,随着Al组分的增大,材料的吸收边向高能方向移动。建立了透射式Ga_1-xAl_xN光电阴极的薄膜组件结构模型,仿真了光电阴极组件的反射率、透射率、吸收率和量子效率。结果表明AlN缓冲层主要对200～240nm波段范围的吸收率和量子效率具有重要影响,缓冲层不宜过厚。当Al组分为0.375时,光电阴极的截止波长为294.1nm,基本可以满足日盲型探测器的需求。发射层厚度的选取应考虑既使光子充分吸收,又使光电子能逸出表面,因此Ga_1-xAl_xN发射层的厚度应在0.05～0.1μm范围。对比研究了Mg和Be掺杂的Ga_1-xAl_xN材料的电子与原子结构。结果表明,Be原子的电离能低于Mg原子,然而间隙式Be原子作为施主杂质会使材料表现n型导电特性,因此Mg原子是更为理想的掺杂原子。材料生长过程中引入的H原子提供电子将Mg原子钝化,Mg-H复合杂质的形成能远低于单独的Mg杂质,因此先采用Mg-H共掺杂,后进行高温退火使H原子逸出可得到高掺杂浓度的p型Ga_0.75Al_0.25N。研究了Ga_0.75Al_0.25N材料中易出现的几种点缺陷,包括空位缺陷、间隙缺陷以及反代位缺陷。结果表明在p型Ga_0.75Al_0.25N材料中,N的空位缺陷最容易出现,呈现施主杂质的特性,它具有两个价电态,3+和+,且从3+到+的跃迁能量为0.70eV。计算得到Ga_0.75Al_0.25N（0001）、（10（?）0）和（11（?）0）三个表面的禁带宽度分别为0.086eV、1.357eV和1.630eV,该值远小于Ga_0.75Al_0.25N体材料的理论计算值2.261eV,即表面处对应更长的阈值波长,因此解释了实验中出现的量子效率的截止波长向长波移动的现象。计算得到GaO、AlO、Ga₂O₃和Al₂O₃在Ga（Mg）_0.75Al_0.25N（0001）表面上的吸附能分别为-1.754eV、-2.383eV、-1.926eV 和-2.922eV,证明 Ga₂O₃ 和 Al₂O₃ 在Ga（Mg）_0.75Al_0.25N（0001）表面上更容易存在,而且Al2O3比Ga₂O₃更难去除,因此Ga_1-xAl_xN光电阴极比GaN光电阴极需要更高的热清洗温度。计算了Ga（Mg）_0.75Al_0.25N（0001）表面单独进Cs阶段的功函数。结果表明,覆盖度较低时,功函数随覆盖度的增加而明显降低,当覆盖度达到0.75ML以上后,功函数出现反弹,与实验中的"Cs中毒"现象一致。随着Mg原子与Cs原子距离的增加,偶极矩的作用减弱,功函数变大,因此表面的光电流并不是均匀分布的,而是根据Mg原子的分布出现一个个峰值,即"碎鳞场效应"。计算了无缺陷和有Ga空位缺陷的Ga（Mg）_0.75Al_0.25N（0001）表面Cs、O共吸附时的功函数,有Ga空位缺陷的表面功函数最低可达到1.431eV,远低于无缺陷表面的1.822eV。对（10（?）0）和（11（?）0）两个非极性表面的Cs、O吸附研究表明,（10（?）0）和（11（?）0）两个表面进行Cs、O吸附后功函数最低可达1.332eV和1.515eV,证明它们有作为光电发射表面的潜力。