GaAs纳米线材料因具有直接带隙、高电子迁移率等优异属性而被广泛应用于纳米激光器、场效应晶体管（FETs）、光电探测器（PDs）等领域。GaAs纳米线由于在光子集成器件中广阔的应用前景而备受关注,高质量GaAs纳米线的可控制备是器件实用化的前提。过去的几十年里,GaAs基纳米线的生长机制得到了广泛的研究。众所周知,GaAs体材料为稳定的立方闪锌矿（ZB）结构,但随着尺寸的减小,一维纳米材料中出现了六方纤锌矿（WZ）相。WZ/ZB混合相的存在对纳米线的电学和光学性能产生了严重的影响,大大降低了GaAs纳米线材料的载流子复合效率、载流子寿命和载流子迁移率。因此,消除WZ/ZB混相结构及降低缺陷对提高载流子传输和器件性能具有重要的意义。本文在MBE系统中采用不同的方法实现GaAs纳米线的相控制,在此基础之上,制备了多种单根纳米线光电探测器,研究器件的光电特性。本文研究的主要内容如下:1.基于Si（111）衬底处理对GaAs纳米线生长的影响。通过氢氟酸（HF）水溶液对Si（111）衬底腐蚀时间的改变,系统的对GaAs纳米线的形貌,Raman光谱,光致发光（PL）光谱及晶体结构的研究。腐蚀时间不同将会造成腐蚀孔密度及大小的差异,进而影响GaAs纳米线的形貌及密度。同时,也影响GaAs纳米线的晶体结构,未腐蚀GaAs纳米线为WZ/ZB混相结构,而腐蚀时间为2 s,GaAs纳米线为ZB结构,随着腐蚀时间的增加又出现WZ/ZB混相结构。阴影效应机制表明适当腐蚀时间可以有效的改变Ga原子沿着侧壁进入Ga液滴,使得Ga液滴尺寸改变进而改变液滴溶胀或收缩,从而实现GaAs纳米线相控制。2.通过引入掺杂剂（Si和Be）和表面活性剂（Sb）对GaAs纳米线进行相控制。从而改变纳米线的形貌,Raman光谱,光致发光光谱及晶体结构。Si掺杂使得GaAs纳米线由WZ/ZB混相结构中ZB结构占比65%增加到94%;Be掺杂和Sb表面活性剂融入使得GaAs纳米线由WZ/ZB混相结构转变为纯相ZB结构。掺杂剂和Sb表面活性剂可以通过改变GaAs纳米线生长过程中的表面能和过饱和度,抑制WZ相成核,实现GaAs纳米线的相控制。3.研究剪切应力对GaAs纳米线晶体结构的影响。通过GaAs/GaAs Sb核-壳结构设计引入应力,利用气液固（VLS）和气固（VS）生长机制相结合生长了GaAs/GaAs Sb核-壳纳米线。通过扫描电镜研究纳米线形貌,透射电镜及能量色散X射线光谱研究GaAs/GaAs Sb核-壳纳米线的结构及组分构成;通过Raman光谱和透射电镜相结合研究纳米线的晶体结构。构建了WZ/ZB混相到纯相ZB结构转换的过渡机制和WZ相转变为ZB相的能量势垒与GaAs核直径之间的关系。实验上,GaAs核直径小于50 nm,剪切应力作用下GaAs核为ZB结构,GaAs核直径大于60 nm,剪切应力作用下,GaAs核为WZ/ZB混相结构。理论上,GaAs纳米线相转变的临界直径为55 nm。理论和实验相吻合,证实剪切应力作用下GaAs纳米线可实现相转变。4.在实现GaAs纳米线相控制的基础上制备了多种单根纳米线光电探测器,研究晶体结构的变化对GaAs纳米线光电器件性能的影响。得到混相GaAs纳米线制备的光电探测器,其响应度和探测率分别为43.3 A/W和9.5×1011 Jones,远高于市面上商用GaAs探测器(响应度0.57 A/W,探测率7.2×1010 Jones)。纯相GaAs纳米线,掺杂GaAs纳米线,Sb融入GaAs纳米线以及异质结纳米线制备的光电探测器,其器件性能得到明显的提升,其中Sb融入GaAs纳米线光电探测器性能最高,响应度和探测率分别为2.5×10~5 A/W和1.32×1014 Jones。相比于混相GaAs纳米线光电探测器,相控制GaAs纳米线光电探测器响应度最高提升3个量级,探测率提高2个量级。因此,相对于WZ/ZB混相结构的GaAs纳米线,纯相结构减少了纳米线内载流子的复合,并且降低了载流子与内部晶格缺陷碰撞的几率,使得纳米线器件的性能得到大幅度提升。为GaAs纳米线在光子集成器件领域应用奠定理论与实践基础。