国际研究小组使用特殊压力炉分析了X射线照射下半导体氮化镓生长的初始阶段。观察结果首次显示温和的生长条件下的半导体材料与液态镓界面的原子结构。这项研究是向着更好地理解和控制这种有前途的半导体材料迈出的第一步。研究成果发表在《物理评论快报》上。
氮化镓是金属镓和氮的混合物，是目前仅次于硅的重要半导体。这主要是因为蓝色发光二极管不能在硅的基础上生产，而是要用氮化镓。此外，氮化镓也应用在其他装置中，其较大的带隙使装置更稳定，在极端环境应用中（如在卫星上）具有优势。
然而用氮化镓生产合适的衬底（即晶圆）较为复杂且成本较高。对于蓝色发光二极管来说，材料通常是从气相中冷凝而成的。这种方法更容易操作，但缺陷率较高。虽然对发光二极管来说并不是那么关键，但对于微芯片等部件来说却是并非如此。因此需要寻找一种工艺让氮化镓在缺陷较少的液体中产生。这需要几千个大气压的压力和远高于千摄氏度的高温，使得氮化镓晶圆价格昂贵，并严重限制了其广泛的应用。
研究人员使用量身定做的加压炉，利用X射线以原子精度检查氮化镓晶体的生长界面。他们在炉中放置一片薄的氮化镓晶体，并在上面放置一个底部开口、两侧密封、装满液态镓的圆柱形容器。镓在30摄氏度左右熔化。用高达30倍大气压的氮气填充炉子，并将其加热到850摄氏度。虽然这还不符合大型氮化镓晶体的生产条件，但确实提供了一些涉及晶体生长的基本过程的见解。实验显示，最上层的晶体存在的缺陷比预期的多得多——在晶格中，大约每隔四个镓原子就会少一个。半导体晶体上方的液体镓中形成了层。其中，在边界层附近，液体中的镓原子会越来越靠近晶体中的镓原子。以前从未观察到这种顺序和层次。
这两项意想不到的观察结果提高了对半导体材料生长的理解，并有助于提出更简单、可控的生产工艺，更好地理解金属的液相和固相界面上的工艺。
