JP2000097821A - GaAs、GaN系化合物半導体の透過電子顕微鏡用試料の作製方法及びそれを用いる積層構造解析法 - Google Patents

GaAs、GaN系化合物半導体の透過電子顕微鏡用試料の作製方法及びそれを用いる積層構造解析法

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JP2000097821A
JP2000097821A JP10268019A JP26801998A JP2000097821A JP 2000097821 A JP2000097821 A JP 2000097821A JP 10268019 A JP10268019 A JP 10268019A JP 26801998 A JP26801998 A JP 26801998A JP 2000097821 A JP2000097821 A JP 2000097821A
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ion beam
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Teruyuki Matsue
照行 松江
Hiroshi Inukai
洋志 犬飼
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Sumitomo Chemical Co Ltd
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Sumitomo Chemical Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】集束イオンビーム加工によってGaAs又はG
aN系化合物半導体の透過電子顕微鏡用試料の作製を行
った場合に発生するアモルファス層を除去し、膜厚解
析、元素分析、電子線回折による解析、格子欠陥解析等
の積層構造解析に適した試料の作製方法及びそれを用い
た積層構造解析法を提供する。 【解決手段】(1)GaAs又はGaN系化合物半導体
に、集束イオンビームを照射して観察領域を薄膜化した
のち、湿式の化学エッチングを行うことによりアモルフ
ァス層を除去する透過電子顕微鏡用試料の作製方法。 (2)上記(1)に記載の透過電子顕微鏡用試料の作製
方法を用いる透過電子顕微鏡による積層構造解析法。 (3)透過電子顕微鏡により膜厚解析、元素分析、電子
線回折又は格子欠陥解析による解析を行う上記(2)に
記載の解析法。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、透過電子顕微鏡観
察に適用できる薄膜の作製方法及びそれを用いる積層構
造解析法に関する。
【0002】
【従来の技術】透過電子顕微鏡観察では、電子線が透過
できるように、試料を1000Å以下まで薄くする必要があ
る。GaAs又はGaN系化合物半導体の積層構造解析
の場合は、試料を薄膜化するためにイオン研磨法が主に
用いられている。最近では特開平4−361132号公
報には、イオンビームを集束し、200Å以下のイオンビ
ームを用いる集束イオンビーム加工を利用した方法が記
載されている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
集束イオンビーム加工は、試料の特定部を任意に加工で
き、加工時の試料破損率も低く、該集束イオンビーム加
工を利用するGaAs又はGaN系化合物半導体の透過
電子顕微鏡用試料の作製においては、照射されるイオン
ビームの影響を受けて、加工した面に数十〜数百Åの膜
厚のアモルファス化した層が発生する。このアモルファ
ス層は、透過電子顕微鏡において積層構造解析ができな
いという問題を引き起こしていた。また、アモルファス
層はシリコンを加工した場合にも発生し、その場合、硝
酸とフッ酸を99:1で混合した溶液を用いた湿式の化
学エッチングを行うことにより、その一部が除去される
ことが報告されている[日本電子顕微鏡学会第54回学
術講演会発表要旨集 第247頁(1998年)]。し
かし、GaAs系化合物半導体に、一般に市販されてい
る60重量%の硝酸と38重量%のフッ酸を99:1で
混合した溶液を用いて30秒間エッチングを行った場
合、正常な観察領域までも除去され、シリコンと同様の
効果は得られない。また、GaN系化合物半導体にも同
様の溶液を用いて1時間エッチングを行った場合、アモ
ルファス層は除去されず、シリコンと同様の効果は得ら
れない。
【0004】本発明の目的は、集束イオンビーム加工に
よってGaAs又はGaN系化合物半導体の透過電子顕
微鏡用試料の作製を行った場合に発生するアモルファス
層を除去し、膜厚解析、元素分析、電子線回折による解
析、格子欠陥解析等の積層構造解析に適した試料の作製
方法及びそれを用いた積層構造解析法を提供することに
ある。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明者らは、かかる状
況下鋭意検討を重ねた結果、GaAs、GaN系化合物
半導体の透過電子顕微鏡試料の作製において、集束イオ
ンビーム加工後に任意の溶液を用いた湿式の化学エッチ
ングを行うことにより、アモルファス層を除去できるこ
とを見出し、本発明を完成するに至った。
【0006】すなわち、本発明は、下記の(1)〜
(8)に関する。 (1)GaAs又はGaN系化合物半導体に、集束イオ
ンビームを照射して観察領域を薄膜化したのち、湿式の
化学エッチングを行うことによりアモルファス層を除去
することを特徴とする透過電子顕微鏡用試料の作製方
法。 (2)GaAs系化合物半導体において、湿式の化学エ
ッチングに0.01〜0.1重量%の濃度の酸もしくは
アルカリ溶液を用いる上記(1)に記載の透過電子顕微
鏡用試料の作製方法。 (3)GaN系化合物半導体において、湿式の化学エッ
チングに10〜30重量%の濃度のアルカリ溶液を用い
る上記(1)に記載の透過電子顕微鏡用試料の作製方
法。 (4)上記(1)〜(3)に記載の透過電子顕微鏡用試
料の作製方法を用いる透過電子顕微鏡による積層構造解
析法。 (5)透過電子顕微鏡により膜厚解析を行う上記(4)
に記載の積層構造解析法。 (6)透過電子顕微鏡により元素分析を行う上記(4)
に記載の積層構造解析法。 (7)透過電子顕微鏡により電子線回折による解析を行
う上記(4)に記載の積層構造解析法。 (8)透過電子顕微鏡により格子欠陥解析を行う上記
(4)に記載の積層構造解析法。
【0007】
【発明の実施の形態】以下に本発明について詳しく説明
する。本発明においては、図1(a)のような試料の観
察領域をはさんだ両側に集束イオンビームを照射してス
パッタを行い、透過電子顕微鏡による観察が可能な厚さ
まで観察領域を薄膜化する。薄膜化の際には図1(b)
に示すように、試料に照射される集束イオンビームに対
して、その集束イオンビームの垂直方向への広がりの影
響を受けて、加工した面の表面から数十〜数百Åの深さ
まで観察領域内部の結晶がアモルファス化する。次い
で、集束イオンビーム加工後に湿式の化学エッチングを
行うことによりアモルファス層を除去する。
【0008】本発明の湿式の化学エッチングとは、溶液
中に試料を浸し溶液と試料との化学反応により行われる
エッチングである。この湿式の化学エッチングを行う際
に用いるエッチング溶液は、GaAs系化合物半導体の
場合、0.01〜0.1重量%の濃度の酸溶液としてリ
ン酸、塩酸、硝酸、硫酸、酢酸等が挙げられ、0.01
〜0.1重量%の濃度のアルカリ溶液としてアンモニ
ア、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、炭酸ナトリウ
ム、炭酸カリウム等が挙げられ、なかでも好ましいもの
はリン酸である。また、GaN系化合物半導体の場合の
エッチング溶液は、10〜30重量%の濃度のアルカリ
溶液として水酸化ナトリウム、アンモニア、水酸化カリ
ウム、炭酸ナトリウム、炭酸カリウム等が挙げられ、な
かでも好ましいのは水酸化ナトリウムである。この指定
した範囲未満の濃度では、湿式の化学エッチングにより
アモルファス層は除去されず、指定した範囲を超える濃
度では、正常な観察領域までもが除去され、それぞれ好
ましくない。
【0009】また、エッチング溶液のエッチング作用を
向上させるために、エッチング溶液の濃度に対して1/
50〜1/5の濃度の過酸化水素を加えることもある。
作製したエッチング溶液を室温(約25℃)で60〜1
20rpmの速度で攪拌し、その中に試料を浸すことに
より湿式の化学エッチングを行う。エッチング後は、
水、アルコールの順で水洗する。
【0010】最適なエッチング時間は溶液濃度により変
化するが、通常、GaAs系化合物半導体の場合は30
秒〜10分の範囲、GaN系化合物半導体の場合は30
分〜2時間の範囲であり、正常な観察領域が残ったまま
アモルファス層が除去される。このようにして湿式の化
学エッチングを行った試料では、図1(c)に示すよう
に観察領域に発生したアモルファス層は除去される。
【0011】これにより、透過電子顕微鏡観察におい
て、エッチング前ではアモルファス層の影響で各層界面
を確認できなかったのに対して、エッチング後はアモル
ファス層が除去され各層界面を確認することができるよ
うになり、これまでできなかった正確な膜厚解析が可能
となる。また、各層界面が明瞭になることによって試料
の持つ積層構造も明瞭となり、ある層もしくは層と層の
界面領域を狙った元素分析や電子線回折による解析が可
能となる。さらに、アモルファス層の影響で不明瞭であ
った格子像も、エッチング後は明瞭となり格子欠陥解析
も可能となる。
【0012】
【実施例】以下に本発明の実施例あげて本発明を詳しく
説明する。 実施例1 GaAs単結晶基板上にMOCVD法を用いて表1に示
すように各エピタキシャル成長層が形成された試料にお
いて、その一部を断面観察する場合を例とする。GaA
s単結晶基板を含む各エピタキシャル成長層を、セイコ
ー電子工業(株)製SMI9200高性能走査イオン顕
微鏡を用いて30kVに加速されたGaイオンビームに
よる集束イオンビーム加工により薄膜化した場合、加工
に伴い観察領域にアモルファス層が発生する。本実施例
では、集束イオンビーム加工後、すなわち、アモルファ
ス層発生後に、室温で60rpmに撹拌された0.06
重量%リン酸溶液(0.007重量%過酸化水素を含
む)に試料を2分間浸し、水、アルコールで洗浄したと
ころ、アモルファス層は除去された。本実施例によって
作製された透過電子顕微鏡試料を日立製作所(株)H−
9000NAR型電子顕微鏡を用いて加速電圧300k
Vで観察すると、エッチング前の試料と比較して各層の
界面や格子像が明瞭となり、膜厚解析、元素分析、格子
欠陥解析が可能であった。
【0013】
【表1】
【0014】実施例2 次に、サファイア基板上にMOCVD法を用いて表2に
示すように各エピタキシャル成長層が形成された試料に
おいて、その一部を断面観察する場合を例とする。サフ
ァイア基板を含む各エピタキシャル成長層を、セイコー
電子工業(株)製SMI9200高性能走査イオン顕微
鏡を用いて30kVに加速されたGaイオンビームによ
る集束イオンビーム加工により薄膜化した場合、加工に
伴い観察領域にアモルファス層が発生する。本実施例で
は、集束イオンビーム加工後すなわちアモルファス層発
生後に、室温で60rpmに撹拌された20重量%水酸
化ナトリウム溶液(0.5重量%過酸化水素を含む)に
試料を1時間浸し、水、アルコールにより洗浄したとこ
ろ、アモルファス層は除去された。本実施例によって作
製された透過電子顕微鏡試料を日立製作所(株)H−9
000NAR型電子顕微鏡を用いて加速電圧300kV
で観察すると、エッチング前の試料と比較して各層の界
面や格子像が明瞭となり、膜厚解析、元素分析、格子欠
陥解析が可能であった。
【0015】
【表2】
【0016】
【発明の効果】本発明によれば、集束イオンビーム加工
後に湿式の化学エッチングを行うことにより、GaA
s、GaN系化合物半導体の透過電子顕微鏡による膜厚
解析、元素分析、電子線回折による解析、格子欠陥解析
等の積層構造解析が可能となる。また、集束イオンビー
ム加工の、特定部を任意に加工でき、加工時の試料破損
率が低く歩留まりが良いといった特徴を、GaAs、G
aN系化合物半導体の透過電子顕微鏡試料の作製にも利
用することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明におけるアモルファス層の推移 (A)加工前の試料 (B)FIB加工後の試料 (C)湿式エッチング後の試料
【符号の説明】
1 側面から見た図 2 a層 3 b層 4 c層 5 基板 6 観察領域 7 上面から見た図 8 集束イオンビームの照射方向 9 アモルファス層 10 加工部 11 電子線の入射方向

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】GaAs又はGaN系化合物半導体に、集
    束イオンビームを照射して観察領域を薄膜化したのち、
    湿式の化学エッチングを行うことによりアモルファス層
    を除去することを特徴とする透過電子顕微鏡用試料の作
    製方法。
  2. 【請求項2】GaAs系化合物半導体において、湿式の
    化学エッチングに0.01〜0.1重量%の濃度の酸も
    しくはアルカリ溶液を用いる請求項1記載の透過電子顕
    微鏡用試料の作製方法。
  3. 【請求項3】GaN系化合物半導体において、湿式の化
    学エッチングに10〜30重量%の濃度のアルカリ溶液
    を用いる請求項1記載の透過電子顕微鏡用試料の作製方
    法。
  4. 【請求項4】請求項1〜3に記載の透過電子顕微鏡用試
    料の作製方法を用いる透過電子顕微鏡による積層構造解
    析法。
  5. 【請求項5】透過電子顕微鏡により膜厚解析を行う請求
    項4記載の積層構造解析法。
  6. 【請求項6】透過電子顕微鏡により元素分析を行う請求
    項4記載の積層構造解析法。
  7. 【請求項7】透過電子顕微鏡により電子線回折による解
    析を行う請求項4記載の積層構造解析法。
  8. 【請求項8】透過電子顕微鏡により格子欠陥解析を行う
    請求項4記載の積層構造解析法。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2006267048A (ja) * 2005-03-25 2006-10-05 Fuji Electric Holdings Co Ltd 断面観察用試料の作製方法
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