从金属场发射基本理论与思想着手，引入半导体场发射理论模型及其在纳米体系下的场发射理论模型的适用性问题。提出了半导体量子结构增强场发射基本原理与思想，在此基础上，介绍了以纳米多层（量子结构）铝镓氮（AlGaN）取向薄膜（极化诱导）作为薄膜冷阴极结构场电子发射增强功能层基本设计方法与物理模型。进一步地，介绍了单层、多层纳米半导体薄膜场发射设计与制备方法。接着从实验与理论两方面，系统介绍不同的量子结构（晶轴取向、膜厚膜层、组分搭配、掺杂浓度及表面处理等）半导体薄膜的场电子发射特性、场发射耦合增强物理机制及其能谱特性。最后，对纳米半导体场发射冷阴极器件的发展与应用进行了展望。