5、高压下 (Ga,Al)N 块状晶体生长研究

高压下 (Ga,Al)N 块状晶体生长研究

1. 材料特性表征

材料特性表征是研究 (Ga,Al)N 晶体的重要环节，主要通过 XRD 分析、光致发光研究和质谱分析来完成。
- XRD 分析 ：
- 采用单晶 X 射线衍射（使用四周期西门子 P4 衍射仪）测量晶格参数，以此确认晶体为纤锌矿结构。
- 假设晶格参数与 Al 含量呈线性关系（即 Vegard 定律）来计算三元氮化物中的 Al 含量。对于本研究，计算 Al 含量时所用的晶格参数值为：GaN 的 c = 5.1851 Å，AlN 的 c = 4.98 Å。
- 在掺杂样品中，二次效应会导致 XRD 对 Al 含量的低估。例如，高浓度的自由载流子（归因于如 O 和 Si 等浅施主）会使晶格膨胀，而 Si 原子半径小于被取代的 Ga 原子，按尺寸效应应是晶格收缩。Si 和 O 可能来自热隔离材料（叶蜡石，一种铝硅酸盐）。
- 通过 LA - ICPMS 测量 AlxGa1 - xN 晶体中的 Si 含量，并基于 Prystawko 等人的工作确定 XRD 测量的校准函数。XRD 测量显示晶格收缩显著，确定 Al 含量超过 25%，Si 相关掺杂引起的小膨胀与 Al 取代引起的主导膨胀相比是次要效应。
- 光致发光研究 ：
- 主导跃迁为激子类型（自由、施主或受主束缚）。本研究中用于光致发光测量的光谱仪 CCD 在 3.5 eV 处分辨率为 4 meV，适合检测跃迁随铝含量的变化（室温测量）。
- 激子特征能量接近带间跃迁，被称为“近带隙”。AlxGa1 - xN 的带隙能量通常不与 Al 含量呈线性关系，而是遵