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Ⅲ-Ⅴ族半导体纳米线由于其独特的一维结构和物理性能在纳米传感器、纳米发光二极管(LED)、纳米晶体管和纳米光电探测器等方面具有重要的潜在应用，是目前国际研究的热点。其中，氮化镓(GaN)纳米线由于具有良好的光电性质和热稳定性，非常适合制作纳米光电及电子器件。然而，快速、可控的生长高质量的GaN纳米线依然存在着挑战。虽然氢化物气相外延(HVPE)已经被证明是一种高速生长Ⅲ-Ⅴ纳米线的方法，但其生长的纳米线生长方向多为不可控的。本论文通过金属催化方法，利用HVPE设备系统的展开了GaN纳米线可控生长的研究，内容包括对GaN纳米线的生长晶向、质量、速度、形貌的调控，并取得了以下研究成果: 1)研究了生长温度、流量、衬底及金属厚度对纳米线生长晶向的影响，发现在生长温区780-820℃下，低镓流量下，纳米线主要为三角截面的m-轴晶向，而高镓流量时，纳米线都为六方截面的c-轴晶向。通过改变衬底（蓝宝石、GaN和硅）及金属颗粒的尺寸，发现GaN纳米线的生长晶向只与生长流量有关，与尺寸效应及外延关系无关。 2)研究了侧向生长对GaN纳米线生长形貌、生长速度及晶体质量的影响，发现增加镓的流量或延长生长时间时，气固生长导致的纳米线侧向生长将会迅速增加，使得纳米线的直径从100nm逐渐变大接近1μm，同时纳米线的形貌从线状变化到棒状。对纳米线的荧光光谱分析，发现较粗的纳米线在约660nm处出现一个非常明显的宽的红色发光带。此外，阴极发光和透射电镜测试表明该红光带源自于缺陷相关的侧向生长。最后通过抑制侧向生长，实现了高纵横比和优异晶体质量（没有红光带）的GaN纳米线的生长，其生长速度可达170μm/h。 3)提出了通过翻转衬底生长水平纳米线的方法，实现了在不同取向蓝宝石衬底上晶向可控地生长水平GaN纳米线。受益于GaC1前驱体高的分解率，水平纳米线的生长速率快达400μm/h。进一步的实验结果表明，衬底的倒立放置影响着衬底表面局部的反应源流量，决定纳米线的水平生长模式。基于此，我们提出了一种纳米线成核的生长模型，从生长动力学的角度解释了水平纳米线的生长过程。最后，纳米线的荧光光谱分析表明GaN的禁带峰存在着较小的蓝移(5-7nm)，这是由外延生长中的生长应力所致;进一步的几何相分析也证实了GaN在纳米线在与衬底的界面附近存在一个约10nm的压应力区域。 4)探索了用翻转衬底的方法直接在硅衬底生长水平GaN纳米线的可行性，发现衬底表面的金属液滴的动态演变影响着纳米线的形貌与结构。由于液滴之间的合并及表面迁移，水平纳米线的直径在其生长方向上逐渐变大;并且，催化剂液滴向纳米线侧壁的迁移会诱导二次成核，导致纳米线分支的出现;此外，还观察到催化剂颗粒嵌入到纳米线中间生长的新现象，这可能与金属液滴合并所导致的生长稳态被破坏有关。然而，由于硅表面的自发氧化及GaN与硅之间较大的晶格失配，这些水平纳米线的生长方向多为无序。最后，透射电子显微镜、空间分辨的阴极发光及荧光发光测试表明水平纳米线为无位错的单晶结构且具有优良的光学性质。