本发明提供了一种化合物半导体薄膜自组装生长方法，包括如下步骤：在衬底上预通入金属源反应物，高温下分解形成一金属薄层；退火形成金属岛状颗粒；通入III族和V族反应物，并控制V/III比范围在50～200之间，温度在800～1000℃之间，利用金属岛状颗粒作为生长催化剂，沿金属岛纵向生长纳米柱；提高温度至1050～1100℃之间并增加V/III比至1000～2000之间，使纳米柱顶部的侧向生长加快，形成连续的半导体薄膜。