基于三轴X射线衍射方法的n-GaN位错密度的测试条件分析

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βtwist/βtilt≥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//≥1.5 μm时,Srikant方法是准确的.