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负电子亲和势Ga1-xAlxAs光电阴极在海洋探潜、海洋通信和海底成像中有着重要的应用前景。然而，Ga1-xAlxAs材料性质的理论研究还不完善，亟待进一步研究和探索。本文采用基于密度泛函理论的第一性原理计算方法，从电子和原子层面研究了NEAGa1-xAlxAs光电阴极，为制备工艺提供理论支撑和指导。 计算了不同Al组分Ga1-xAlxAs体材料的性质，结果表明Al-As键的极性强于Ga-As键，随着Al组分的增加，吸收峰向高能端移动。Ga0.5Al0.5As和Ga0.37Al0.63As的体材料和表面具有相似的态密度曲线，为此选取更具代表性的Ga0.5Al0.5As进行Ga1-xAlxAs的研究。比较了Ga、Al和As空位缺陷Ga0.5Al0.5As的光电发射性质，Ga和Al空位表现出p型性质，As空位表现出n型性质。掺杂Ga0.5Al0.5As模型的计算表明间隙掺杂表现出n型特性，替位掺杂表现出p型性质。Be原子形成间隙掺杂和替位掺杂的概率接近，而Zn原子更倾向于形成替位掺杂。选用Zn原子进行掺杂更有利于光电阴极的制备。通过计算为Al组分、掺杂元素的选取提供理论支撑。 构造了Al2O3和Ga2O3在Ga0.5Al0.5As(001)β2(2×4)重构相上的吸附模型，通过计算得出Al2O3形成能和吸附能均高于Ga2O3，为Ga0.37Al0.63As高温清洗需要更高的温度提供了理论支撑。对比研究了Ga0.5Al0.5As(001)、(011)和(111)表面性质，计算结果表明(001)表面功函数最低，光子透过率最大，最有利于光电发射。比较了Ga0.5Al0.5As(001)表面四种重构相的性质，其中β2(2×4)为最稳定、最容易出现的重构相，γ(2×4)重构表面功函数最低，β2(2×4)重构表面最有利于光子透过。 表面Zn掺杂研究发现，Zn原子取代最外层Ga或Al原子会造成功函数上升，取代内部Ga或Al原子会造成功函数下降。采用四极质谱仪检测了超高真空系统中的残气成分，根据检测结果分析了残气分子对阴极表面性质的影响。结果表明CH4、H2和CO2分子比Cs原子更容易吸附于Ga0.5Al0.5As(001)β2(2×4)表面，Cs原子的吸附降低了表面功函数，残余气体分子的吸附使得表面功函数上升。H2O分子对材料的损害最严重，CO2分子对材料的损害较弱。Zn掺杂后，Cs原子和H2O、CO2分子的带电量明显减少，造成偶极矩显著减小，Cs吸附模型导带底和价带顶向高能端移动，H2O、CO2吸附模型导带底和价带顶向低能端移动，Zn掺杂有利于532nm左右的蓝绿光的吸收。 对比研究了Cs吸附于Ga0.5Al0.5As(001)β2(2×4)表面不同吸附位的性质。不同覆盖度Cs吸附研究表明，随着Cs覆盖度的增加，吸附能逐渐升高，吸附稳定性降低，功函数先是逐渐降低，在0.75ML时达到最低，随后开始回升。Zn掺杂造成Cs吸附模型的费米能级向下移动，0.125ML和0.25ML时，费米能级下移造成了功函数的升高，0.5ML和0.75ML时，表面能带弯曲区造成功函数的下降。掺杂前后，0.25ML的Cs、O吸附模型功函数分别为2.877eV和2.841eV，0.75ML的Cs、O吸附模型功函数分别为2.356eV和1.706eV。Cs、O激活后Zn掺杂原子处功函数低于周围，光电子更容易从掺杂原子附近逸出，从而造成了光电发射中的碎鳞场效应。