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本论文工作是围绕实验室课题组承担的国家重点基础研究发展规划项目(973计划)中“新型光电子器件中的异质兼容集成与功能微结构体系基础研究”(编号：2010CB327600)、国家自然科学基金(编号：61020106007和61077049)、教育部新世纪优秀人才支持计划资助(编号：NCET-08-0736)、高等学校学科创新引智计划(111计划)(编号：B07005)展开的。近年来,半导体纳米线及其相关异质结构因其具有一些宏观材料没有的特性而成为当前研究的热点。基于半导体纳米线纳异质结构的新一代电子和光电子器件,如激光器、纳米场效应管、探测器等的研制成功,为我们展现出了广阔的应用前景。本文主要围绕Ⅲ-Ⅴ族纳米线及其异质结构进行了研究。利用金属有机物化学气相沉积技术,自催化生长了InP纳米线,分析了自催化下InP纳米线的生长机制,金催化生长了GaAs/InAs纳米线轴向异质结构和不同In组分的GaAs/InxGa1-xAs/Ga As纳米线轴向双异质结构。具体的研究内容以及取得的研究成果如下：1、研究了生长温度、Ⅴ/Ⅲ比和生长时间等对InP(111)B衬底自催化InP纳米线形貌的影响。在优化的生长条件下,通过调节纳米线的生长时间,发现纳米线的生长主要受衬底和纳米线侧壁吸附原子非均匀扩散的影响。2、实验生长了GaAs/InAs纳米线轴向异质结构,分析总结了GaAs/InAs轴向异质结构的生长特点。由于Au-GaAs界面能比Au-InAs界面能低,在GaAs纳米线上生长InAs的过程中,催化剂合金液滴会向纳米线的一侧移动,依据热平衡理论得出了GaAs/InAs轴向异质结构的单向生长机制。3、实验生长了不同In组分的GaAs/InxGa1-xAs/GaAs (0.2≤x≤1)纳米线轴向双异质结构,系统研究了GaAs/InxGa1-xAs/GaAs纳米线轴向双异质结的形貌特征、晶体结构和光学特性等。分析表明：纳米线的形貌与催化剂合金液滴的Au-In(Ga)组分变化密切相关,且催化剂合金的组分直接影响着InGaAs段中In的组分。Ga源停顿和提前通入In源能获得具有对称界面的GaAs/InxGa1-xAs/GaAs轴向双异质结构。4、结合晶体成核的热力学理论,总结了在晶体外延过程中单模成核、多模成核对纳米线生长速率的影响。应用连续介质弹性力学模型分析了纳米线轴向和径向异质结构的应变能。针对立方闪锌矿结构纳米线,应用平衡状态能量最低原理分析了轴向和径向纳米线异质结外延层临界厚度与纳米线半径的关系。在径向异质结构中,对于一定的核半径和壳层厚度,理论计算得到了壳层中的位错密度,并与实验数据进行对比和分析。