Convergent-beam electron diffraction study of melt-and vapour-grown single crystals of gallium chalcogenides

Summary

A detailed study of the structural modifications present in GaS and GaSe crystals has been performed by means of the convergent-beam electron diffraction technique. Several single crystals have been analysed, as grown both from the melt, by the Bridgmann-Stockbarger method, and from the vapour, by the iodine-assisted chemical transport method. The results of the electron microscopy observation show the structure of GaSe to be strongly dependent on the growth method. In the melt-grown crystals only the hexagonal β structure (space group P6₃/mmc) has been observed for both GaS and GaSe. It has been confirmed by the related symmetry centre, evidenced in particular low symmetry orientation of the samples. The vapour-grown crystals show the same β structure for GaS and the superposition of the hexagonal ε polytype (space group $P\bar 62m$) and the rhombohedral γ polytype (space group R3m) for GaSe samples. An accurate evaluation of the lattice parameters has been performed for all the analysed crystals.

Riassunto

È stato effettuato uno studio dettagliato delle modificazioni strutturali presenti in monocristalli di GaS e GaSe, utilizzando la tecnica della diffrazione elettronica a fasci convergenti. Sono stati analizzati cristalli cresciuti sia dal fuso con il metodo Bridgman-Stockbarger, sia da fase vapore per trasporto chimico assistito da iodio. I risultati delle osservazioni hanno mostrato che la struttura del GaSe dipende fortemente dal metodo di crescita, mentre questo non si verifica per il GaS. Infatti, i cristalli cresciuti dal fuso, sia di GaS che di GaSe, sono costituiti solo dal politipo esagonale β con gruppo spaziale P6₃/mmc, la cui presenza è stata confermata dall’osservazione del centro di simmetria caratteristico di tale struttura. I cristalli di GaS cresciuti da fase vapore sono costituiti dal politipo esagonale β, mentre queli di GaSe sono costituiti dalla sovrapposizione del politipo esagonale ε, avente gruppo spaziale $P\bar 62m$, e dal politipo romboedrico γ con gruppo spaziale R3m.

Резюме

Проводится подробное исследовние структурных изменений в кристаллах GaS и GaSe, используя метод дифракции сходящегося электронного пучка. Проведен анализ некоторых монокристаллов, выращенных из расплава, с номощью метода Бридгмана-Стокбаргера, из паровой фазы и с помощью химического метода переноса. Результаты наблпюдений с помощью электронной микрокопии показывают, что структура GaSe сильно зависит от метода выращивания. В кристаллах, выращенных из расплава, наблюдается только гексагональная β структура для GaS и для GaSe. Кристаллы, выращенные из паровой фазы, обнаруживают β структуру для GaS и суперпозицию гексагонального ε политипа и ромбоэдрического γ политипа для образцов GaSe. Для всех рассмотренных кристаллов проведена аккуратная оценка параметров решетки.