异质外延模型基于界面处位错的形成机制，以消除薄膜和衬底间的失配[FIT 91]。当失配过大时（GaN/Al2O3和GaN/SiC正是如此），晶体结构将失去相干性，因此必须引入低温沉积于初始生长阶段的成核层。成核层由厚度为几百纳米的立方晶粒或六方晶粒组成。在第二步中，晶粒生长并且聚结，同时产生大量的位错。其中一部分形成位错环，留在界面附近，而其余部分沿着生长方向垂直生长[MAT 01]。氮化物内的大部分缺陷是由成核层内晶粒聚结而形成的螺旋位错。图2-8所示的为一幅用透射电子显微镜（TEM）观察到的Al2O3中生长的GaN薄膜图像。由图可见界面附近的位错环和和传播至上方表面的螺旋位错。
图2-8 GaN/Al2O3横截面的TEM图像（P.Vennéguès，CRHEA）
这类生长被称为柱状生长，因为沿着（0001）轴的相干长度较大而平面中的长度减小（见图2-9）。
图2-9 GaN的柱状结构
a）柱体相对<0001>的解取向（倾斜）产生大部分螺旋位错，它们具有混合特性[伯格矢量（Burger Vector）a+c] b）平面内柱形的解取向产生纯的边沿（伯格矢量a）螺旋位错
柱形与[0001]轴的方向不同（倾斜）形成了带有螺旋分向量（伯格矢量c或a+c）的螺旋位错，柱形与（0001）平面的方向不同（扭转）形成了带有边沿分向量（伯格矢量a）的螺旋位错（见图2-10）。
边沿型位错（位于晶粒边界）有一个伯格矢量，这是由大小为a=1/3<1-210>的局部晶体变形产生的，而螺旋位错有一个大小为c=<0001>的伯格矢量。
对于蓝宝石上GaN的标准MOVPE外延生长，a和a+c型的典型位错密度约为109/cm2，c型的约为107/cm2。
对称（0002）衍射峰的X射线摇摆曲线（ω扫描）通常用于判断柱形结构是否倾斜。摇摆曲线的半最大值全宽度（FWHM）给出了倾斜的某些指征。
这是一种间接测量混合和螺旋位错密度的方法。当GaN在蓝宝石上生长时，（0002）反射的典型FWHM值介于350～550弧秒。
利用原子级显微镜在薄膜表面直接测量位错密度也是可行的。
AFM表面分析（见图2-11）显示出近乎平行的脊状突起，其中一些混合位错在两个突起的交接处隆起。边沿位错在图中显示为小的凹陷，随机分布且更难以观察得到。通常可以统计出混合和边沿位错的等效数量。而纯螺旋位错并不常见，可由围绕位错的螺旋形生长加以辨认。
图2-10 氮化物晶格中3类螺旋位错示意图：a，边沿（伯格矢量1/3<11-20>；c，螺旋（<0001>）；a+c，混合（1/3<11-23>）
图2-11 蓝宝石上MOVPE GaN的AFM图像（2×2μm2）（见彩页）
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