Pro analýzu byla použita epitaxní vrstva nitridu galia deponovaného metodou MOCVD na PSS c-plane safíru, tj. safíru s orientací (0001) a strukturovaným povrchem pro snížení hustoty defektů v epitaxní vrstvě. Odhadovaná tloušťka vrstvy byla 4 µm. Vrstva byla rostlá z prekurzorů TMG a NH₃ z nukleační vrstvy GaN.

Obr.1: SEM snímek deponované vrstvy (vlevo) a její příčný řez (vpravo).

Obr. 1 vlevo ukazuje morfologii deponované vrstvy GaN. Tato vrstva nevykazovala prakticky žádné defekty a byla takřka bez nečistot. Obdobné výsledky vykázalo snímání SEM obrázků při nízké interakční hloubce elektronů, pouze s tím rozdílem, že se výrazněji uplatňoval efekt nabíjení, což zhoršovalo vizuální kvalitu snímků. Obr. 1 vpravo ukazuje FIB-SEM příčný řez vrstvou. Naměřená tloušťka vrstvy je 4 µm. Je patrné, že nukleační vrstva má odlišné elektrické vlastnosti než epitaxní vrstva, což s projevuje rozdílným kontrastem.

Obr. 2: Fotolominiscenční spektrum deponované vrstvy (vlevo) a její difraktogram(vpravo)

Luminiscence funkčního vzorku GaN při buzení laserem 3.493 eV: jednotlivé komponenty (čárkovaně) odpovídají hlavnímu Lorentzovu píku (max. 3.427 eV, FWHM 0.018 eV) a třem Gaussovým píkům (3.366 eV, 3.381 eV a 3.395 eV). Tečkovaný graf je spektrum z bodu cca 300 um vzdáleného, vykazuje posun hlavního píku asi o 2.4 meV, vedlejší komponenty vykazují podstatně vyšší posun až o 11 meV (ve stejném směru). Hrana pásu zakázaných energií byla naměřena 3.427 eV pološířkou píku 0.018 eV. Takto nízká hodnota pološířky odpovídá velmi kvalitní epitaxní vrstvě.

Rentgenová difrakce (XRD). 2θ scan zobrazený na Obr. 2 vpravo obsahuje difrakční píky GaN (0002), substrátu Al₂O₃ (0006) a jejich vyšších řádů bez náznaku přítomnosti jiných krystalografických orientací, což potvrzuje epitaxní charakter deponované vrstvy. Dále byly změřeny mapy reciprokého prostoru v okolí tří difrakčních maxim reciproké mříže (0002), (0004) a (1124). Zpracováním výsledků měření byly určeny mřížkové parametry a, c wurtzitické struktury GaN (a = 3.1894 Å, c = 5.1846). Deformace deponované wurtzitické vrstvy vůči nedeformovanému GaN je 0.09 % (parametr a) a -0.04 % (parametr c). Z pološířek píků (0.0014 rad) byla určena velmi nízká hustota dislokací 1.74·10⁸ cm^-2, potvrzující kvalitu epitaxní GaN vrstvy.

Fotoelektronová spektroskopie (XPS).

Obr.3: Spektra a dekonvoluce XPS fotopíků Ga 3d (vlevo), N 1s (uprostřed) a O 1s (vlevo).

Dekonvoluce píku Ga 3d ( Obr. 3 vlevo) poodhalila oxidaci povrchu vrstvy. Kromě dominantního komponentu o vazební energii 19.65 eV (vazba Ga-N) je patrný komponent na 20.3 eV, typický pro vazbu Ga-O. Kromě dvou výše zmíněných komponentů píku Ga 3d je ve spektru zřetelný nepatrný zlomek metalického gallia (18.3 eV) a široký 2p pík dusíku. Pík N 1s vyobrazený na Obr. 3 uprostřed vykazuje významný překryv s augerovskými píky gallia KLL. Nicméně, poloha píku N 1s (397.2 eV) je typická pro vazbu dusíku ve sloučeninách nitridů. Poloha píku O 1s na Obr. 3 vpravo  (531.3 eV) je typická pro vazbu Ga-O, v našem případě Ga₂O₃. V literatuře se hojně uvádí, že tento pík nemizí při iontovém odprašování GaN a že se tedy jedná se o oxid vytvořený během růstu ze zbytkového kyslíku v aparatuře / nečistot v prekurzorech.

Elipsometrie.

Fitováním numerického modelu a porovnáním s naměřenými spektry byla zjištěna tloušťka deponované vrstvy GaN 3.2 µm Optické konstanty n, k (viz Obr. 4) jsou velmi blízké tabelovaným hodnotám – nejvýraznější je zde kritický bod prvního typu na energii 3.49 eV.

Obr. 4:  Optické konstanty Index lomu (n) a index absorpce (k) získaný z eliptometrických měření.