微光夜视技术是用于解决黑暗夜间以及光照度较低时对图像的捕捉、获取，以便于在人眼呈现出清晰物像的技术，使人眼在时域、空间和频域上有所扩展。微光夜视技术现已用于夜间侦查、车辆驾驶等领域。而多层结构的光电阴极是微光夜视探测器的重要组成部分，因此对光电阴极多层结构的研究和分析具有相当实用的价值，并且有助于微光夜视技术的发展和进步。现今，负电子亲和势的AlGaN光电阴极逐渐被广泛的应用于海洋通信、海洋探测以及太空探测等方面。然而，对AlGaN 光电阴极多层结构特性的研究还不够完善，仍需要进一步的理论分析。本文重点在于应用第一性原理的分析方法对多层结构的AlGaN光电阴极特性进行理论分析。研究的主要内容包括：　　1、利用Materials Studio软件分别仿真了Al组分为0.125、0.25、0.375、0.5、的纤锌矿Al0.125Ga0.875N、Al0.25Ga0.75N、Al0.375Ga0.625N、Al0.5Ga0.5N超晶胞模型，应用基于量子力学的第一性原理的方法，分别计算了 Al0.125Ga0.875N、Al0.25Ga0.75N、Al0.375Ga0.625N、Al0.5Ga0.5N超晶胞的电子结构如能带结构、态密度等，以及光学性质如吸收光谱等。计算结果表明，随着Al组分从低到高的变化， AlxGa1-xN的禁带宽度也从低到高逐渐变大，波长越来越短，导带随着Al组分的增加逐渐移向高能端，并且费米能级稍微的进入价带，所以随着Al组分的变大，AlxGa1-xN的导电性变弱。吸收光谱随着Al组分的增加而移向高能区域，也就是说光电发射特性可以随着Al的调节而发生变化。这项研究有助于GaN基材料的应用。　　2、通过用MOCVD生长两种反射型负电子亲和势（NEA）AlGaN光电阴极样品：光电阴极的发射层从体内到表面Al组分从0.5到0的变Al组分结构和光电阴极的发射层是固定Al组分0.25的结构。通过使用多信息测量系统，分别得到两种多层阴极结构电子结构、光学特性、量子效率和光谱响应并进行比较研究。结果表明变Al组分多层结构的光电阴极的量子效率的及光谱响应都要好于固定Al组分多层结构的光电阴极。通过能带跃迁图可以得到，变Al组分发射层内存在一个有利于电子迁移逸出表面的内建电场，而固定Al组分内不存在这个内建电场。　　3、通过使用Materials Studio软件分别仿真Mg原子替位掺杂和间隙掺杂于Al0.25Ga0.75N体结构的模型，应用第一性原理比较研究分析和计算这两种Mg掺杂结构的电子结构和光学性质，结构表明Mg替位掺杂使Al0.25Ga0.75N体结构呈现p型半导体特性，而Mg间隙掺杂使Al0.25Ga0.75N体结构呈现n型半导体特性。Mg替位掺杂比Mg间隙掺杂具有更高的吸收系数，更低的反射率和能量损失。