Abstract Gallium nitride nanocrystals as a wide bandgap semiconductor material for optoelectronic applications can be synthesized using chemical methods. In this research using co-precipitation and nitridation processes gallium nitride nanocrystals have been synthesized, and by tuning pH of the synthesis solution at the co-precipitation step, crystal quality and optical property of the resultant gallium nitride nanocrystals have been enhanced. Gallium nitride nanocrystal samples were synthesized using solutions with pH values of 2.1, 4.8, 7.8, and 9.0, and then nitridation at 950 °C under the flow of ammonia gas. The synthesized nanocrystal samples were analyzed using X-ray diffraction (XRD), scanning electron microscopy (SEM), energy dispersive X-ray spectroscopy (EDX) and photoluminescence techniques. The XRD data show that the nanocrystals have hexagonal wurtzite crystal structure, and using Scherer’s equation the sizes of the synthesized nanocrystals are 23.6, 26.6, 19.7, and 10.4 nm for the samples synthesized using the solutions with pH values of 2.1, 4.8, 7.8, and 9.0 respectively. The sizes of the nanocrystals obtained from SEM images are larger than the values obtained using Scherer’s equation, due to the aggregation of nanocrystals. EDX spectra show that pH of the synthesis solution affects the elemental stoichiometry of the gallium nitride nanocrystals. We obtained better stoichiometry for the nanocrystal sample synthesized using solution with the pH of 4.8. Photoluminescence spectra show that for this sample the emission intensity is higher than the others.

中文翻译：

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通过调节合成溶液的 pH 值来提高 GaN 纳米晶体的晶体质量和光学性能

摘要 氮化镓纳米晶体作为一种用于光电应用的宽带隙半导体材料，可以使用化学方法合成。在这项研究中，使用共沉淀和氮化工艺合成了氮化镓纳米晶体，并通过在共沉淀步骤调整合成溶液的 pH 值，提高了所得氮化镓纳米晶体的晶体质量和光学性能。使用pH值为2.1、4.8、7.8和9.0的溶液合成氮化镓纳米晶样品，然后在氨气流动下在950℃下氮化。使用 X 射线衍射 (XRD)、扫描电子显微镜 (SEM)、能量色散 X 射线光谱 (EDX) 和光致发光技术分析合成的纳米晶体样品。XRD数据表明纳米晶具有六方纤锌矿晶体结构，使用Scherer方程合成的纳米晶尺寸分别为23.6、26.6、19.7和10.4 nm，使用pH值为2.1、4.8、7.8的溶液合成的样品，和 9.0 分别。由于纳米晶体的聚集，从 SEM 图像获得的纳米晶体的尺寸大于使用 Scherer 方程获得的值。EDX 光谱显示合成溶液的 pH 值影响氮化镓纳米晶体的元素化学计量。对于使用 pH 值为 4.8 的溶液合成的纳米晶体样品，我们获得了更好的化学计量。光致发光光谱表明，该样品的发射强度高于其他样品。并且使用谢勒方程合成的纳米晶体的尺寸分别为 23.6、26.6、19.7 和 10.4 nm，对于使用 pH 值为 2.1、4.8、7.8 和 9.0 的溶液合成的样品。由于纳米晶体的聚集，从 SEM 图像获得的纳米晶体的尺寸大于使用 Scherer 方程获得的值。EDX 光谱显示合成溶液的 pH 值影响氮化镓纳米晶体的元素化学计量。对于使用 pH 值为 4.8 的溶液合成的纳米晶体样品，我们获得了更好的化学计量。光致发光光谱表明，该样品的发射强度高于其他样品。并且使用谢勒方程合成的纳米晶体的尺寸分别为 23.6、26.6、19.7 和 10.4 nm，对于使用 pH 值为 2.1、4.8、7.8 和 9.0 的溶液合成的样品。由于纳米晶体的聚集，从 SEM 图像获得的纳米晶体的尺寸大于使用 Scherer 方程获得的值。EDX 光谱显示合成溶液的 pH 值影响氮化镓纳米晶体的元素化学计量。对于使用 pH 值为 4.8 的溶液合成的纳米晶体样品，我们获得了更好的化学计量。光致发光光谱表明，该样品的发射强度高于其他样品。0 分别。由于纳米晶体的聚集，从 SEM 图像获得的纳米晶体的尺寸大于使用 Scherer 方程获得的值。EDX 光谱显示合成溶液的 pH 值影响氮化镓纳米晶体的元素化学计量。对于使用 pH 值为 4.8 的溶液合成的纳米晶体样品，我们获得了更好的化学计量。光致发光光谱表明，该样品的发射强度高于其他样品。0 分别。由于纳米晶体的聚集，从 SEM 图像获得的纳米晶体的尺寸大于使用 Scherer 方程获得的值。EDX 光谱显示合成溶液的 pH 值影响氮化镓纳米晶体的元素化学计量。对于使用 pH 值为 4.8 的溶液合成的纳米晶体样品，我们获得了更好的化学计量。光致发光光谱表明，该样品的发射强度高于其他样品。对于使用 pH 值为 4.8 的溶液合成的纳米晶体样品，我们获得了更好的化学计量。光致发光光谱表明，该样品的发射强度高于其他样品。对于使用 pH 值为 4.8 的溶液合成的纳米晶体样品，我们获得了更好的化学计量。光致发光光谱表明，该样品的发射强度高于其他样品。