本论文中的工作都是基于本实验室课题组承接的国家重点基础研究发展规划(“973”计划,项目编号：2010CB327600)中的“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”项目、国家自然科学基金重点项目——“Ⅲ-Ⅴ族纳异质结构材料与器件研究”(项目编号：61020106007)和“GaAs纳米线/In(Ga)As量子点径向异质结构的制备及其光伏特性研究”(项目编号：61376019)开展的。随着半导体工艺的发展,纳米半导体材料由于其本身具有的许多块体材料所不具备的优势及其在光电子器件方面的应用潜力而开始被人们广泛研究。最近十年来,Ⅲ-Ⅴ族半导体纳米线的制备及其相应光电子器件的研究发展迅速。目前为止,人们已经研究了Ⅲ-Ⅴ族半导体纳米线的多种制备方法以及基于Ⅲ-Ⅴ族半导体纳米线构建的多种光电子器件。本论文主要针对可以作为微系统重要基元结构之一的GaAs纳米线的制备与特性展开了一系列的实验和理论研究,主要目的在于探索GaAs纳米线及其异质结构的制备方法以及理解GaAs纳米线生长与特性的微观机理。所取得的主要研究结果如下：1、利用无催化选区金属有机化学气相沉积(SA-MOCVD)法在GaAs(111) B衬底上分别制备了GaAs(?)内米线和GaAs/InxGa1-xAs/GaAs纳米线径向异质结构。系统地研究了生长条件对GaAs纳米线生长的影响。实验结果显示,GaAs(?)内米线的形貌和长度依赖于生长温度、AsH3的分压以及SiO2掩膜表面的圆孔直径。因此可以通过调节以上因素来得到高质量和高纵横比的GaAs纳米线。此外还发现扩散是影响无催化选区生长GaAs纳米线的主要机制。与其他人此前报道过的使用无催化SA-MOCVD法合成的GaAs/InxGa1-xAs纳米线轴向异质结构不同,微区光致发光谱(μ-PL)表明,GaAs/InxGa1-xAs/GaAs纳米线径向异质结构被成功合成,室温(300K)下它的发光波长为913nm。这些结果刘于GaAs纳米线及其异质结构制备的进一步研究及其在光电子器件中的应用具有很好的参考价值。2、利用第一性原理计算方法研究了GaAs纳米线自催化生长过程中Ga原子在GaAs(111)B衬底表面的预吸附。计算结果显示,自催化生长过程中Ga原子并不会像Au催化生长过程中的Au原子一样倾向于并入衬底表面,并且只有当Ga原子在GaAs(111)B表面的覆盖率很低时,Ga原子才能稳定地吸附在GaAs(111)B表面。而当Ga原子的覆盖率上升时,Ga原子就不能稳定地吸附在GaAs(111)B表面,它们倾向于形成Ga颗粒。Ga原子在GaAs(111)B表面成核的微观机理就是由于随着Ga原子在表面覆盖率的上升,Ga吸附原子与衬底表面As原子之间的相互作用越来越弱。此外,Ga吸附原子还可以促进As原子在GaAs(111)B表面的吸附。Ga液滴可以作为As原子的收集器的微观原因是由于As原子可以增强Ga液滴的稳定性。这些结果可以为理解GaAs纳米线自催化生长过程中的微观机理提供帮助。3、研究了GaAs纳米线的表面悬挂键对纳米线掺杂的影响及其钝化。结果显示,ZB结构和WZ结构的GaAs纳米线表面Ga原子上的带正电的悬挂键无论在大尺寸还是小尺寸的GaAs纳米线中都是一类稳定的缺陷。它倾向于在能隙中引入缺陷能级,形成空穴陷阱中心,会俘获自由空穴,从而降低GaAs纳米线中p型掺杂的效率。在小尺寸的ZB结构的GaAs纳米线中,表面悬挂键对p型掺杂的影响要远大于对n型掺杂的影响。与NH3分子相比,N02分子可以很好地钝化GaAs纳米线的表面悬挂键,饱和悬挂键上未配对的电子,从而有效地提高GaAs (?)内米线中的p型掺杂效率。这些结果可以对GaAs纳米线表面悬挂键的研究提供参考。4、通过对比不同的钝化原子对GaAs纳米线电子结构的影响,发现通过取不同的GaAs纳米线表面的钝化材料,可以调节纳米线的能带结构。由于不同的钝化材料对纳米线表面态的饱和能力不同,同一直径和同种结构下GaAs纳米线的能隙大小和种类都会随着表面钝化材料的不同而发生变化。因此,GaAs纳米线的能隙由尺寸效应和表面效应共同来决定,从而使得使用不同种类表面钝化材料的GaAs纳米线能隙大小随直径的变化的幅度会有所不同。这些结果为通过表面修饰来实现GaAs纳米线的能带调制提供了理论依据。