三轴X射线衍射技术广泛应用于半导体材料参数的精确测试,然而应用于纤锌矿n-GaN位错密度的测试却可能隐藏极大的误差.本文采用三轴X射线衍射技术测试了两个氢化物气相外延方法生长的n-GaN样品,发现两样品对应衍射面的半高全宽都基本一致,按照镶嵌结构模型,采用Srikant方法或Williamson-Hall方法,两样品的位错密度也应基本一致.但van der Pauw变温霍尔效应测试表明,其中的非故意掺杂样品是莫特相变材料,而掺Si样品则是非莫特相变材料,位错密度有数量级的差别.实验表明,位错沿晶界生长导致的晶粒尺寸效应,表现为三轴X射线衍射技术检测不到晶界晶格畸变区域的位错,给测试带来极大误差,这对正确使用Srikant方法和Williamson-Hall方法提出了测试要求.分析表明,当扭转角与倾转角之比β_(twist)/β_(tiit)≥2.0时,Srikant方法是准确的,否则需进一步由Williamson-Hall方法确定晶粒大小(面内共格长度L//),当L//≥1.5μm时,Srikant方法是准确的.
采用点缺陷线性分布模型,利用能量弛豫方法得到了基于van der Pauw变温霍尔效应测量来确定纤锌矿n-GaN位错密度的新方法.用高分辨率X射线衍射仪测试了两个分别用MOCVD方法和用HVPE方法生长的n-GaN样品,用Srikant方法拟合得到了位错密度.结果表明两种方法高度一致.进一步的研究表明,新方法和化学腐蚀方法的测试结果基本一致,相关拟合参数与采用Rode迭代法精确求解Boltzmann输运方程的理论结果也基本一致.研究还表明,新方法能有效消除施主杂质带和界面简并层对测试结果的影响,测试剔除界面层影响后的整个外延层的刃、螺位错密度,而不是穿透位错密度.该方法适合霍尔迁移率曲线峰位在200 K左右及以下并且峰位明确的各种生长工艺、各种厚度、各种质量层次的薄膜和体材料,具有对迁移率曲线高度拟合,材料参数精确,计算简便、收敛速度快等优点.
