纳米线通常沿能够使总的自由能最低的方向生长，在大多数情况下，主要由半导体和金属催化剂之间的界面表面自由能决定。对于金刚石和闪锌矿晶体（即GaAs、GaP、InAs和InP），在半导体和催化剂界面通常形成能量最低的（111）平面，因此纳米线一般沿〈111〉方向生长。其他偶尔发现的低指数生长方向包括〈001〉、〈110〉和〈112〉。对于闪锌矿半导体化合物及其合金（如GaAs、GaP、InAs和InP），根据原子分层顺序和表面终止层的不同，〈111〉方向可以进一步区分为〈111〉A和〈111〉B。〈111〉B（V族原子终止）面的表面能更低，因此纳米线通常沿〈111〉B方向生长。具有纤维锌矿晶体结构的纳米线（如ZnO、GaN）则通常沿〈0001〉方向（c轴）生长。III族氮化物纳米线没有特定的生长方向，垂直于a面［1］、m面［2，3］和c面［4］的纳米线均在文献中被提及过。III－V族半导体纳米线也可以形成纤维锌矿结构或是闪锌矿和纤锌矿交替存在的混合晶相结构［5］。
表3.1总结了几种重要半导体纳米线的常见生长方向和横截面。纳米线生长方向的控制具有实际技术和基础科学的应用。举例来说，垂直纳米线场效应管阵列通常利用金属催化剂的图形阵列在（111）基底上生长垂直的〈111〉纳米线来制备［6］。尽管研究人员已经在制造小型纳米线阵列方面取得了很大成功，但基于纳米线的商用逻辑产品每个芯片都需要数百万（有时数十亿）的器件。一个生长错误的纳米线就有可能导致芯片失效。从基础科学的角度来看，纳米线的光学、电学和机械性质会随着生长方向的不同而不同，并且可以根据不同的方向设计不同的应用。特别地，当III－V族半导体在〈111〉B方向上生长时，常常表现出高密度的堆垛层错，这会降低器件的光学和电学特性，其他生长方向（通常会形成无缺陷的纳米线）显得非常有趣。本节将详细介绍纳米线生长方向的控制方法，重点研究基于金催化气－液－固或气－固生长机理的半导体纳米线。
表3.1 几种重要半导体纳米线的常见生长方向和横截面
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