GaN材料是第三代直接带隙半导体材料，具有优异的光电性能，被认为是制备蓝绿光LED、紫外光电探测器等纳米光电器件的理想材料。另外，GaN较高的电子迁移速率和生物兼容性，使其在低浓度生物探测及远程化学传感领域也有广阔的应用前景。其中，GaN纳米线阵列由于表面效应和小尺寸效应等具备优良的物理化学性能。研究表明，在纳米阵列结构中，纳米线与衬底之间较小的接触面积降低了微观结构缺陷从衬底进入纳米线内部的几率，垂直生长的纳米线由于侧向暴露晶面增多从而增强了单位面积对光的散射与吸收，同时相互独立的纳米线也为电子传输提供了独立通道。基于以上优势，GaN纳米线阵列成为人们研究的热点。目前GaN纳米线阵列的制备对实验条件和实验仪器要求较高，材料制备只能在MBE，MOCVD等高真空条件下实现。因此，通过探究GaN纳米线阵列的生长机制和衬底表面气流场对纳米线取向性的影响，调控了GaN纳米线的生长取向、尺寸和形貌，低成本，无污染可控制备高质量GaN纳米线阵列，进而探索其微观结构与光电性能的关系，为设计和合成发光效率高的GaN及其纳米光电器件有十分重要的意义。本论文通过化学气相沉积法实现了GaN纳米线阵列的可控制备，通过探讨合成条件对纳米线生长取向，形貌和尺寸的影响，揭示材料的生长机理。在此基础上，通过对GaN纳米线阵列微观结构分析和光-电性能分析，关联其结构-性能关系，并将GaN纳米线阵列作为电极材料应用在痕量重金属离子分析检测方面，拓展了GaN材料在电化学分析领域的应用。论文的主要内容分为以下3个方面:　　1.采用化学气相沉积法在蓝宝石衬底上外延生长GaN纳米线阵列，通过调控工艺参数制备不同尺寸和生长取向的GaN纳米线阵列，发现在NH3流量为10sccm的条件下制备的样品取向性高度统一，表面呈周期性波浪状。结合扫描电镜和透射电镜研究GaN纳米线的微观形貌和异质外延界面的晶格匹配关系，在原子尺度上探讨GaN纳米线与蓝宝石衬底的外延生长关系，确定对应的晶格匹配关系为(0001)GaN‖(0001)sapphire，[10(1)0]GaN‖[11(2)0]sapphire。详细表征和分析了纳米线微观结构缺陷并研究其与光学性能之间的关系。分别通过Pt纳米颗粒修饰纳米线表面和使用AlN缓冲层生长GaN纳米线阵列，优化了纳米线阵列的光学性能，探讨提高GaN纳米线发光效率的有效方式，为GaN基纳米光电器件的应用奠定基础。　　2.通过自催化法在GaN薄膜非极性晶面上同质外延GaN纳米线阵列，表征非极性GaN纳米线的表面形貌，元素组成和微观结构，发现非极性纳米线在Ga金属颗粒的催化作用下生长，纳米线呈现三棱锥形。关联了其结构与发光光谱，电学性能的关系，发现非极性GaN纳米线在可见光区域没有缺陷发光，电流强度比极性GaN纳米线高出3个数量级，有非常高的导电性。　　3.本文将GaN电极应用在水中痕量重金属检测上。GaN纳米阵列材料的高导电性，大的比表面积和良好的亲水性，可以实现Ag+和Cu2+高灵敏度氧化溶出电化学检测，检测极限分别为5.5 ppb和1.2 ppb。并在GaN纳米线阵列上完成Ag+和Cu2+的同时溶出伏安检测。GaN薄膜、纳米线阵列电极的最低检测极限均满足国际饮用水实行标准，并且克服了商业汞电极无法检测Ag+的问题，在实际水体检测中具有广泛的应用前景。