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半导体纳米线以其独特的结构特征和电学、光学特性成为当前信息科学和纳米材料领域的研究热点。Ⅲ-Ⅴ族纳米线具有直接带隙、电子迁移率高、生长可控等突出优势,在新一代固态电子和光电子器件中具有广阔的应用前景。本论文围绕Ⅲ-Ⅴ族纳米线光电子器件的核心单元——纳米线异质结构及纳米线/量子点异维复合结构开展了系统研究,主要创新工作如下：一、Ⅲ-Ⅴ族纳米线/量子点径向异维复合结构(1)利用金属有机化学气相沉淀(MOCVD)首次在金催化的GaAs纳米线侧壁直接外延制备出Stranski-Krastanov (S-K) InAs量子点,对量子点的形貌、结构、分布特性进行了系统表征。提出了一种基于衬底表面原子扩散的量子点形成机理,发现了量子点分布特性对纳米线直径的依赖关系,揭示了量子点的演化过程。在77K下观察到了量子点的F-P腔谐振模式。首次在室温下观察到了量子点的发光峰,揭示了电子-声子散射和载流子热隧穿两种机制对量子点发光温度特性的影响。(2)首次在GaAs纳米线侧壁直接外延制备出S-K InxGa1-xAs量子点,发现了量子点发光波长随In组分的变化规律,揭示了量子点的组分和尺寸二者共同作用、并交替主导量子点发光特性的物理机制。发现了量子点的光谱线宽随In组分降低而变宽的现象,并诠释了其物理机制。(3)利用GaAs为间隔层,首次在GaAs纳米线侧壁直接外延制备出多层S-K InAs量子点。发现了多层量子点在纳米线主体呈单列分布的现象并阐释了其物理机制。发现了多层量子点发光谱的“双峰”现象,揭示了多层量子点中的不完全电子耦合机制。(4)揭示了纳米线密度对量子点形成的影响,利用金溶胶为催化剂,通过降低纳米线密度在Si衬底上制备出GaAs/InAs纳米线/量子点径向异维复合结构,研究了衬底表面性质对量子点特性的影响。(5)制备了InGaAs纳米线及InGaAs/InAs纳米线径向异质结构,分析了阻碍S-K InAs量子点在InGaAs纳米线上形成的因素。制备了GaAs/InGaAs纳米线核壳结构,并在此核壳结构上制备了S-K InAs量子点。制备了基于上述复合结构的纳米线“阱中点”结构并测试了其发光特性,揭示了InGaAs量子阱对量子点光学特性的影响。(6)在主体为闪锌矿(ZB)结构的InP纳米线侧壁直接制备了InAs量子点,揭示了基于原子选择性聚集的量子点形成机理。制备了GaAs/InP纳米线核壳结构,并首次在该核壳结构上制备了S-K InAs量子点。诠释了量子点的形成机制,测试了量子点的发光特性。二、Ⅲ-Ⅴ族纳米线异质结构及其光伏器件(1)制备了GaAs/InGaAs/GaAs纳米线径向量子阱结构,形成了与增益介质分离的谐振器结构。测试了量子阱的发光特性,研究了组分、厚度等对量子阱发光特性的影响。观察到了纳米线中的F-P腔谐振模式,系统研究了激发功率、温度、阱层厚度等对模式特性的影响。(2)利用AlGaAs/GaAs缓冲层和InGaAs渐变缓冲段技术,在Si衬底上制备了直立、高质量的GaAs/InAs纳米线轴向异质结构,发现了InAs纳米线的晶相随其直径及GaAs纳米线长度的演变规律。(3)提出了一种基于多节Ⅲ-Ⅴ族纳米线径向pn结阵列的新型太阳能电池结构,仿真结果表明其性能明显优于单节径向pn结及多节轴向pn结电池。(4)制备了GaAs纳米线径向pn结阵列二极管,器件表现出明显的二极管整流特性。