JP5165498B2 - Crystal structure analysis method - Google Patents

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Description

本発明は、バルク結晶、または半導体薄膜結晶や多重量子井戸構造の構造解析方法に関する発明であり、特に格子不整合度の大きいヘテロエピタキシャル成長薄膜結晶の不完全性、歪を含むエピタキシャル薄膜および歪超格子構造の構造劣化の有無およびその程度、特徴等を調べる上で有用である。   The present invention relates to a structure analysis method for bulk crystals, semiconductor thin film crystals, and multiple quantum well structures, and particularly, heteroepitaxially grown thin film crystals having a large degree of lattice mismatch, epitaxial thin films including strain and strained superlattices. This is useful for examining the presence / absence, degree, and characteristics of structural deterioration.

従来、X線回折測定によりGaN系材料などの構造評価を行う場合には、モザイク結晶性に起因したtilt分布およびtwist分布によるピーク拡がり要因の同定、およびその定性的、定量的評価が重要となっている。   Conventionally, when structural evaluation of GaN-based materials or the like is performed by X-ray diffraction measurement, it is important to identify the factor of peak broadening due to the tilt distribution and twist distribution due to mosaic crystallinity, and its qualitative and quantitative evaluation. ing.

ここで、「tilt分布」と「twist 分布」について、その技術的意味を先に説明をしておく。
モザイク結晶状態では単一の大きな結晶状態ではなく、欠陥、転位等により分離された多数の微小結晶領域の集合体となっている。
この際、各微小結晶領域はすべて(基板の結晶方位と)同一の結晶方位に揃っているわけではなく、周囲の欠陥、転位等の生成の影響を受けることにより、それぞれに少しずつ異なる結晶方位に回転して分布している。
このためこれをX線回折で測定するとこれら結晶方位の分布が回折ピークの拡がりとなって観測され、結晶方位分布の種類、程度等を評価できる。
Here, the technical meaning of “tilt distribution” and “twist distribution” will be described first.
In the mosaic crystal state, it is not a single large crystal state but an aggregate of a large number of microcrystalline regions separated by defects, dislocations, and the like.
At this time, not all the microcrystalline regions are aligned with the same crystal orientation (as the crystal orientation of the substrate), but the crystal orientations are slightly different depending on the influence of the generation of surrounding defects, dislocations, etc. It is distributed to rotate.
For this reason, when this is measured by X-ray diffraction, the distribution of crystal orientations is observed as a broadening of diffraction peaks, and the type and degree of crystal orientation distribution can be evaluated.

とくに典型的な場合として、結晶方位のずれを表す回転の回転軸が基板表面方向(接線方法)になっているような結晶方位のずれをtiltとよび、このような結晶方位のずれのずれ角度の分布をtilt分布という。
また、結晶方位のずれを表す回転の回転軸が基板表面に垂直な方向(法線方向)になっているような結晶方位のずれをtwist とよび、このような結晶方位のずれのずれ角度の分布をtwist 分布という。
As a typical example, a crystal orientation deviation in which the rotation axis of rotation representing the crystal orientation deviation is in the direction of the substrate surface (tangential method) is called tilt, and such a crystal orientation deviation angle. This distribution is called tilt distribution.
In addition, the crystal orientation deviation in which the rotation axis representing the crystal orientation deviation is in the direction perpendicular to the substrate surface (normal direction) is called twist. The distribution is called twist distribution.

上述したように構造評価を行なう際には、モザイク結晶性に起因したtilt分布およびtwist 分布によるピーク拡がり要因の同定、およびその定量的評価が重要である。   As described above, when performing structural evaluation, it is important to identify the peak broadening factor based on the tilt distribution and twist distribution due to mosaic crystallinity and quantitative evaluation thereof.

しかるにこのような要求に対して、従来は逆格子マッピング測定を用いた解析が主として用いられてきた。しかるに逆格子マッピング測定は測定に時間を要する点、微弱なピークに対する測定および解析が困難となる点などの問題から、すべての場合に適用できるとは限らない。この意味でtilt分布およびtwist分布解析に対しての他の解析手法の開発も重要となる。 However, conventionally, analysis using reciprocal lattice mapping measurement has been mainly used for such a demand. However, the reciprocal lattice mapping measurement is not necessarily applicable to all cases due to problems such as the time required for measurement and the difficulty in measuring and analyzing weak peaks. In this sense, the development of other analysis methods for the tilt distribution and twist distribution analysis is also important.

この要求に答える他の解析手法として反射指数hklに対する依存性を用いたピーク拡がり要因解析がある。この解析手法は逆格子マッピング測定法と異なる原理に基づく解析手法であり、上記の逆格子マッピング測定法の欠点を補うという利点のみならず、逆格子マッピング測定法と併用することによりピーク拡がり要因解析をより多角的に行えるようになることも期待できる。
特に近年研究が盛んなGaN系試料の構造評価においてはtwist分布の評価が重要であり、上記のような新しい解析手法が必要とされている。
As another analysis method that meets this requirement, there is a peak spread factor analysis using the dependency on the reflection index hkl. This analysis method is based on a principle that is different from the reciprocal lattice mapping measurement method. In addition to the advantage of compensating for the disadvantages of the reciprocal lattice mapping measurement method described above, peak spreading factor analysis can be performed in combination with the reciprocal lattice mapping measurement method. It can also be expected to be able to perform more diversified.
In particular, in the structural evaluation of GaN-based samples that have been actively studied in recent years, the evaluation of the twist distribution is important, and a new analysis method as described above is required.

このような反射指数hklに対する依存性を用いたピーク拡がり要因解析のGaN系試料を用いた報告例としては従来は主ピークのピーク半値幅(FWHM)を用いた単純な解析のみが報告されており(非特許文献1:V. Srikant, J. S. Speck & D. R. Clarke J. Appl. Phys. 82, 4286-4295(1997))、ピーク形状自体を直接詳細に解析できる普遍的方法論は知られていなかった。   As a report example using a GaN-based sample for peak broadening factor analysis using such dependence on the reflection index hkl, only a simple analysis using the peak half width (FWHM) of the main peak has been reported. (Non-patent document 1: V. Srikant, JS Speck & DR Clarke J. Appl. Phys. 82, 4286-4295 (1997)), a universal methodology that can directly analyze the peak shape itself in detail has not been known.

このような背景のもと、本願発明者らはtwist分布に起因したピーク拡がりを、ピーク形状自体の反射指数hkl依存性を用いた解析により同定する方法を開発した。(特願2007−211185,非特許文献2:K. Nakashima and T. Matsuoka, J. Appl, Crystallogr. 41, 191-197(2008))   Against this background, the present inventors have developed a method for identifying the peak broadening due to the twist distribution by analysis using the dependence of the peak shape itself on the reflection index hkl. (Japanese Patent Application No. 2007-211185, Non-Patent Document 2: K. Nakashima and T. Matsuoka, J. Appl, Crystallogr. 41, 191-197 (2008))

V. Srikant, J. S. Speck & D. R. Clarke J. Appl. Phys. 82, 4286-4295(1997)V. Srikant, J. S. Speck & D. R. Clarke J. Appl. Phys. 82, 4286-4295 (1997) K. Nakashima and T. Matsuoka, J. Appl, Crystallogr. 41, 191-197(2008)K. Nakashima and T. Matsuoka, J. Appl, Crystallogr. 41, 191-197 (2008)

本願発明者は、上記の、twst分布に起因したピーク拡がりを、ピーク形状自体の反射指数hkl依存性を用いた解析により同定する方法を、さらに詳細に検討して、解析に用いる反射指数の選択に関する改良を行った(特願2008−039583)ものの、これは測定の際の受光系の影響を避けるための改良であった。しかるにこの測定の際の受光系の影響が存在する部分を直接同定、および分離して影響のない部分を同定する方法、さらには受光系の影響が存在する部分を直接解析する方法等はこれまでまったく考察されていなかった。   The inventor of the present application examines the method of identifying the peak broadening caused by the twst distribution by the analysis using the dependency of the peak shape itself on the reflection index hkl, and selects the reflection index used for the analysis. (Japanese Patent Application No. 2008-039583), this was an improvement for avoiding the influence of the light receiving system at the time of measurement. However, the method of directly identifying the part where the influence of the light receiving system in this measurement exists, the method of separating and identifying the part without the influence, and the method of directly analyzing the part where the influence of the light receiving system exists, etc. It was not considered at all.

本発明は、任意のバルク結晶、または任意の基板上にエピタキシャル成長により作製された任意の材料系からなる単層および多層構造結晶を、X線回折により構造評価する際、反射指数hkl依存性を用いてピーク拡がり形状のピーク拡がり要因を簡便に解析、同定する解析手法における課題を解決する。
すなわち、従来同解析手法においてはGaN材料系などにおいて重要となるtwist分布に起因したピーク拡がり解析に関しての検討、定式化が不十分、という課題を解決するための発明であり、twist分布に起因したピーク拡がり解析に関しての反射指数依存性を用いた簡便かつ普遍的な解析法を提供する。
The present invention uses the dependence on the reflection index hkl when evaluating the structure of an arbitrary bulk crystal or a single layer and a multilayer structure crystal made of an arbitrary material system formed by epitaxial growth on an arbitrary substrate by X-ray diffraction. This solves the problem in the analysis method for simply analyzing and identifying the cause of the peak spread of the peak spread shape.
That is, in the conventional analysis method, the invention is for solving the problem that the investigation and formulation regarding the peak spread analysis due to the twist distribution which is important in the GaN material system and the like are insufficient, resulting from the twist distribution. A simple and universal analysis method using the reflection index dependence for peak broadening analysis is provided.

特に、これまで検討されていなかった測定の際の受光系の影響が存在する部分を直接同定、および分離して影響のない部分を同定する方法、さらには受光系の影響が存在する部分を直接解析する方法等を新たに提供する。   In particular, the part where the influence of the light receiving system exists in the measurement, which has not been studied so far, is directly identified, and the part that is separated and identified without the influence, and the part where the influence of the light receiving system exists is directly A new analysis method is provided.

上記課題を解決する本発明の構成は、
任意のバルク結晶、または任意の基板上にエピタキシャル成長により作製された任意の材料系からなる単層および多層構造結晶を、X線回折により構造評価する結晶の構造解析方法であって、
2つ以上の相異なる反射指数hklの条件を選んで、対称反射配置の測定配置の下に、複数の選んだ反射指数hkl近傍においてX線回折測定を行うことにより、横軸がスキャン角度Δθで縦軸がX線強度を表すhklプロファイルを求める第1の工程と、
選んだ反射指数hklで特定される反射指数hkl面と、前記バルク結晶の表面または前記多層構造結晶の表面あるいは前記基板の表面とのなす角度を面角度θCとしたとき、因子sinθCを計算し、各hklプロファイルの横軸Δθを、Δθ/sinθCに規格化しなおす再規格化処理をして再規格化したhklプロファイルに描きなおす第2の工程と、
前記再規格化した各hklプロファイル中の解析対象ピークのピーク拡がり形状を集めてきてピーク頂点をそろえて重ねて表示することにより、再規格化したピーク拡がり形状を比較し、再規格化したピーク拡がり形状の反射指数hklに関する依存性を解析する第3の工程と、
前記反射指数hklに関する依存性解析により、再規格化したピーク拡がり形状が反射指数hklに依存しない不変な形状になっているか否かを判定することにより、解析対象ピークのピーク拡がり形状が、結晶のモザイク性により生じる局所的なtwist分布に起因して生じるピーク拡がり形状であるか否かを判定する第4の工程とを有し、
更に、上記一連の工程、即ち前記第1の工程から前記第4の工程を適用した結果、前記第4の工程において、解析対象となるピークの中心部分には反射指数hklに依存しない不変な形状が見られるが、中心から離れた部分に反射指数hklに依存してピーク形状自体は変化する微弱なサブピーク構造が現れる場合、このサブピークに対する解析として、前記再規格化したhklプロファイルを集めて、集めた再規格化したhklプロファイルを相互比較解析した結果、つまり前記サブピークに対して前記第3の工程及び前記第4の工程を行った結果、サブピークのピーク形状自体は一致せずとも、サブピークが現れる場合の横軸(Δθ/sinθC軸)のピーク位置が主ピークから反射指数hklによらず一定だけ離れた位置に表れているか否かを調べることにより、サブピークの成因が不均一なtwist分布中の大きくtwistした特異な部分からのピークであるか否かを判定する第5の工程とからなることを特徴とする。
The configuration of the present invention for solving the above problems is as follows.
A crystal structure analysis method for structural evaluation by X-ray diffraction of an arbitrary bulk crystal or a single layer and a multilayer structure crystal made of an arbitrary material system produced by epitaxial growth on an arbitrary substrate,
By selecting two or more different reflection index hkl conditions and performing X-ray diffraction measurement in the vicinity of the plurality of selected reflection indices hkl under the measurement arrangement of the symmetrical reflection arrangement, the horizontal axis is the scan angle Δθ. A first step of obtaining an hkl profile in which the vertical axis represents the X-ray intensity;
The factor sin θ C is calculated when the angle between the reflection index hkl surface specified by the selected reflection index hkl and the surface of the bulk crystal, the surface of the multilayer crystal, or the surface of the substrate is the surface angle θ C. A second step of redrawing the hkl profile by re-standardizing the horizontal axis Δθ of each hkl profile by re-standardizing to Δθ / sin θ C ;
By collecting the peak spread shapes of the peaks to be analyzed in each of the re-normalized hkl profiles and aligning and displaying the peak vertices, the re-normalized peak spread shapes are compared and re-standardized. A third step of analyzing the dependence of the shape on the reflection index hkl;
By determining whether or not the re-standardized peak broadening shape is an invariant shape independent of the reflection exponent hkl by the dependency analysis on the reflection exponent hkl, the peak broadening shape of the analysis target peak is A fourth step of determining whether or not the peak spread shape is caused by a local twist distribution caused by mosaicity, and
Further, as a result of applying the above-described series of steps, that is, the first step to the fourth step , in the fourth step, the central portion of the peak to be analyzed does not depend on the reflection index hkl and is invariant. but are seen, if the weak sub-peak structure is peak shape itself in dependence on the reflective indices hkl to distant parts changes from the center to appear, as the analysis for this sub-peak, attracting hkl profile the renormalization, collected As a result of mutual comparison analysis of the re-standardized hkl profile , that is, as a result of performing the third step and the fourth step on the sub-peak, the sub-peak appears even if the peak shape of the sub-peak does not match or the peak position of the horizontal axis ([Delta] [theta] / sin [theta C axis) when is reflected in constant position apart regardless of the reflection index hkl from the main peak By examining whether, characterized in that the origin of the sub-peak is composed of a fifth step of determining whether a peak from large twist the peculiar portion in uneven twist distribution.

また本発明の構成は、上記の結晶の構造解析方法において、特にサブピーク構造を観測するために用いる反射指数hklが、前記面角度θCが50度以上となるような反射指数hklを意図的に用いることを特徴とする。 In the structure analysis method of the present invention, the reflection index hkl used for observing the sub-peak structure in the crystal structure analysis method described above is intentionally set so that the surface angle θ C is 50 degrees or more. It is characterized by using.

[作用]
本発明においては、上記評価手段を用いることにより、X線回折により構造評価する際、反射指数hkl依存性を用いてピーク拡がり形状のピーク拡がり要因を簡便に解析、同定する解析手法における、特にtwist分布に起因したピーク拡がり解析に関する簡便かつ普遍的な解析法を提供する。
特に、これまで検討されていなかった測定の際の受光系の影響が存在する部分を直接同定、および分離することにより、受光系の影響のない部分をあわせて同定することを可能にし、さらには受光系の影響が存在する部分を直接解析することを可能にする、という作用をもたらす。
[Action]
In the present invention, when the structure is evaluated by X-ray diffraction by using the above-mentioned evaluation means, especially in the analysis method for analyzing and identifying the peak broadening factor of the peak broadening shape using the dependence on the reflection index hkl. Provide a simple and universal analysis method for peak broadening due to distribution.
In particular, it is possible to identify and separate parts that are not affected by the light receiving system by directly identifying and separating the parts that are affected by the light receiving system in the measurement that has not been studied so far. This brings about the effect that it becomes possible to directly analyze the portion where the influence of the light receiving system exists.

本発明により、X線回折により構造評価する際、反射指数hkl依存性を用いてピーク拡がり形状のピーク拡がり要因を簡便に解析、同定する解析手法の中で、特にtwist分布に起因したピーク拡がり解析に関する簡便かつ普遍的な解析法を改善する効果が得られる。
特に、従来の同解析法においてこれまで検討されていなかった項目である、測定の際の受光系の影響が存在する部分を直接同定、および分離することにより、受光系の影響のない部分をあわせて同定することを可能にし、さらには受光系の影響が存在する部分を直接解析することを可能にした。より具体的には、従来の解析法では受光系の影響によりtwist分布の影響を本質的には解析できなかった、主ピークから離れた位置に観測される微弱なサブピーク部分の成因についても本発明により解析が可能となるという効果をもたらす。
According to the present invention, when the structure is evaluated by X-ray diffraction, an analysis method for easily analyzing and identifying the peak expansion factor of the peak expansion shape using the dependence on the reflection index hkl, particularly the peak expansion analysis caused by the twist distribution. The effect of improving the simple and universal analysis method related to can be obtained.
In particular, by directly identifying and separating the parts that are affected by the light receiving system during measurement, an item that has not been studied so far in the conventional analysis method, the parts that are not affected by the light receiving system are combined. In addition, it is possible to directly analyze the part where the influence of the light receiving system exists. More specifically, the present invention also relates to the origin of the weak sub-peak portion observed at a position away from the main peak, in which the influence of the twist distribution could not be essentially analyzed by the influence of the light receiving system in the conventional analysis method. This brings about the effect that analysis becomes possible.

以下に本発明を実施するための最良の形態を実施例に基づき詳細に説明する。   The best mode for carrying out the present invention will be described below in detail based on examples.

本発明の具体的実施例として、(0001)サファイア基板上にMOVPE成長法により作製したGaNエピタキシャル薄膜試料を本発明に適用して構造評価した例を以下に述べる。尚、この材料系はtwist分布に起因したX線回折ピーク拡がりが主に観測される典型例となっていることを注記しておく。   As a specific example of the present invention, an example in which a GaN epitaxial thin film sample fabricated on a (0001) sapphire substrate by MOVPE growth method is applied to the present invention for structural evaluation will be described below. It should be noted that this material system is a typical example in which the X-ray diffraction peak broadening due to the twist distribution is mainly observed.

本発明の実施例として、図1(a),(b)にGaN試料に対して、種々のhkl反射プロファイルを対称反射配置で測定し、各hklプロファイルの横軸(スキャン角度)Δθを、Δθ/sinθCに規格化しなおす再規格化処理をして描きなおした再規格化hklプロファイルを示す。このときθcは、後述する面角度を表す。
尚、測定に際してはX線検出器の前に通常の受光系スリット(受光系開口角0.25度程度)を挿入して測定した。
As an embodiment of the present invention, various hkl reflection profiles are measured with respect to a GaN sample in FIGS. 1A and 1B in a symmetrical reflection arrangement, and the horizontal axis (scan angle) Δθ of each hkl profile is expressed as Δθ. A renormalized hkl profile redrawn by performing renormalization processing to renormalize to / sin θ C is shown. At this time, θc represents a surface angle described later.
In the measurement, a normal light receiving system slit (light receiving system opening angle of about 0.25 degrees) was inserted in front of the X-ray detector.

上記のhkl プロファイルは、X線回折装置を用いて、図2に示すような対称反射配置の測定配置にした条件下において、試料にX線を照射してX線回折測定をしたときに発生する回折X線の強度を検出して求めたものである。
このhkl プロファイルは、横軸Δθがスキャン角度を表し、縦軸が回折X線の強度を表すものとして得られる。
The above-mentioned hkl profile is generated when an X-ray diffraction measurement is performed by irradiating a sample with X-rays under the condition of a symmetrical reflection arrangement as shown in FIG. 2 using an X-ray diffractometer. This is obtained by detecting the intensity of diffracted X-rays.
This hkl profile is obtained with the horizontal axis Δθ representing the scan angle and the vertical axis representing the intensity of the diffracted X-rays.

なお「スキャン角度Δθ」とは、選択した反射指数hklで特定されるX線入射角度よりも予め決めた僅かに小さい角度から、選択した反射指数hklで特定されるX線入射角度よりも予め決めた僅かに大きい角度にまで、反射指数hkl面に対するX線入射角度を変更(スキャン)していったときの角度を示す。
したがって、このように変更(スキャン)されていく反射指数hkl面に対するX線入射角度が、選択した反射指数hklで特定されるX線入射角度になったときには、スキャン角度Δθは0°となる。
The “scan angle Δθ” is determined in advance from a slightly smaller angle than the X-ray incident angle specified by the selected reflection index hkl, and from the X-ray incident angle specified by the selected reflection index hkl. The angle when the X-ray incident angle with respect to the reflection index hkl plane is changed (scanned) to a slightly larger angle is shown.
Therefore, when the X-ray incident angle with respect to the reflection index hkl surface that is changed (scanned) in this way becomes the X-ray incident angle specified by the selected reflection index hkl, the scan angle Δθ is 0 °.

この場合のX線解析手法では、図2に示すように、対称反射配置の測定配置にしており、反射指数 hkl面(図2において斜線で示した面)に対するX線入射角度(図2におけるθin)を変更(スキャン)していっても、反射指数 hkl面に対する照射X線の入射角度θinと、反射指数 hkl面に対する回折X線の出射角度θoutとは常に同じ角度に保ってスキャンしている。
また、図2において、反射指数 hkl面(図2において斜線で示した面)と試料の表面(または基板面)とのなす角度を面角度θcとしている。
In the X-ray analysis method in this case, as shown in FIG. 2, the measurement arrangement is a symmetrical reflection arrangement, and the X-ray incident angle (θin in FIG. 2) with respect to the reflection index hkl plane (the surface shown by the oblique lines in FIG. 2). ) Is changed (scanned), the incident angle θin of the irradiated X-ray with respect to the reflection index hkl surface and the outgoing angle θout of the diffracted X-ray with respect to the reflection index hkl surface are always kept at the same angle. .
In FIG. 2, the angle formed by the reflection index hkl surface (the surface indicated by the oblique lines in FIG. 2) and the surface of the sample (or the substrate surface) is defined as a surface angle θc.

図1(a),(b)から、ピーク中心部分はhklに依存しない不変なピーク拡がり形状をしていることがわかる。この点は図3に示すように、図1の各ピーク拡がり形状をピーク頂点を揃えて、重ねて表示し比較することにより、より正確に確認できる。この結果から、指数hklに依存しない不変なピーク拡がり形状を示す部分はtwist分布を反映したピーク拡がり形状であることが結論できる。すなわちtwistがない平均的状態のまわりにほぼ対称な形で連続的分布するようなtwist角度分布をもつモザイク結晶構造が存在することが簡便に確認できる。   1 (a) and 1 (b), it can be seen that the peak center portion has an invariant peak broadening shape that does not depend on hkl. As shown in FIG. 3, this point can be confirmed more accurately by displaying and comparing each peak spread shape in FIG. From this result, it can be concluded that the portion showing an invariant peak broadening shape independent of the index hkl is a peak broadening shape reflecting the twist distribution. That is, it can be easily confirmed that there is a mosaic crystal structure having a twist angle distribution that is continuously distributed in an almost symmetrical manner around an average state where there is no twist.

しかるに図1では一部のhklプロファイルにはピーク中心から大きく離れた部分に(上記連続的分布からなるメインピーク部分とは明確に分離できる)サブピークがみられる。このサブピーク部分はすべてのhklプロファイルで観測されるわけではなく、またたとえ観測されても、他のhklプロファイル測定でのサブピーク形状を比較した場合、必ずしも指数hklに依らない不変な形状として観測されてはいない。
このようなピークは従来の解析方法(特願2007−211185,非特許文献2:K. Nakashima and T. Matsuoka, J. Appl, Crystallogr. 41, 191-197(2008))ではtwist分布を反映したピーク拡がり形状とは判定されない。
However, in FIG. 1, in some of the hkl profiles, sub-peaks can be seen at portions that are greatly separated from the peak center (which can be clearly separated from the main peak portion having the continuous distribution). This sub-peak portion is not observed in all hkl profiles, and even if observed, it is observed as an invariant shape that does not necessarily depend on the exponent hkl when compared with sub-peak shapes in other hkl profile measurements. No.
Such a peak reflects the twist distribution in the conventional analysis method (Japanese Patent Application No. 2007-211185, Non-Patent Document 2: K. Nakashima and T. Matsuoka, J. Appl, Crystallogr. 41, 191-197 (2008)). The peak spread shape is not determined.

いまこのようなサブピークが観測される指数の特徴を調べてみると、指数hklに対応して決まる前記面角度θCが50度以上となるような反射指数hklで観測されていることがわかる。このような指数依存性を持つ要因として測定の際のX線検出器系の開口角の影響が報告されており(特願2008−039583)、本実施例でもこの要因がサブピークの観測に際して影響を与えていると考えられる。
このためたとえ上記サブピークがtwist分布の違いに起因して現れるサブピークであるとしても、従来法では測定の関係上X線検出器系の開口角の影響をあわせて受けるため、従来の解析上はtwist分布のみを反映したピーク拡がり形状とは判定されない。
Examining the characteristics of the index where such sub-peaks are observed, it can be seen that the reflection index hkl is observed such that the surface angle θ C determined corresponding to the index hkl is 50 degrees or more. The influence of the aperture angle of the X-ray detector system at the time of measurement has been reported as a factor having such index dependence (Japanese Patent Application No. 2008-039583), and this factor also affects the observation of sub-peaks in this embodiment. It is thought to have given.
For this reason, even if the sub-peak is a sub-peak that appears due to a difference in twist distribution, the conventional method is also affected by the aperture angle of the X-ray detector system due to the measurement, so that the conventional analysis is twist. It is not determined that the peak spread shape reflects only the distribution.

従来の解析法の結論として、この結論自体は正しく、問題はないのであるが、この結論とは別にX線検出器系の開口角の影響を上記のように認識したうえで、観測されるサブピークがtwist分布の違いに起因して現れるサブピークか否かについての情報を得たい、という要求には従来の解析法は答えていない点が改善すべき問題として残っている。   As a conclusion of the conventional analysis method, this conclusion itself is correct and there is no problem, but separately from this conclusion, the effect of the aperture angle of the X-ray detector system is recognized as described above, and the observed sub-peak However, the problem that the conventional analysis method does not answer to the request to obtain information on whether or not the sub-peak appears due to the difference in twist distribution remains as a problem to be improved.

この部分を改善することが本発明の要点である。このため図1(a),(b)でサブピークのピーク形状自体は一致せずとも、サブピークが現れる場合の横軸(Δθ/sinθC軸)のピーク位置が主ピークから指数hklによらず一定だけ離れた位置に表れているか否かを調べる。もしサブピークの成因が不均一なtwist分布中の大きくtwistした特異な部分からのピークであるならば、測定の関係上X線検出器系の開口角の影響をあわせて受けるためサブピーク形状自体は一致せずとも、サブピークが観測されるピーク位置に関しては指数hklに関する不変性が観測されることが原理的に予測される。
すなわちサブピークが現れる場合の横軸(Δθ/sinθC軸)のピーク位置が主ピークから指数hklによらず一定だけ離れた位置に表れるように観測されることが予測され、これを実験的に調べ、不変性の痕跡を確認することにより、サブピークの成因が不均一なtwist分布中の大きくtwistした特異な部分からのピークであるか否かを判定できる。
It is the gist of the present invention to improve this part. For this reason, the peak positions on the horizontal axis (Δθ / sin θ C axis) when the sub-peak appears are constant from the main peak regardless of the index hkl, even though the peak shape itself does not match in FIGS. It is checked whether it is appearing at a position that is only a distance away. If the origin of the sub-peak is a peak from a highly twisted singular part in a non-uniform twist distribution, the sub-peak shape itself matches because it is affected by the aperture angle of the X-ray detector system in relation to the measurement. Even if not, it is predicted in principle that the invariance with respect to the index hkl is observed for the peak position where the sub-peak is observed.
In other words, it is predicted that the peak position on the horizontal axis (Δθ / sin θ C axis) when the sub-peak appears will appear at a certain distance from the main peak regardless of the index hkl, and this is experimentally investigated. By confirming the trace of invariance, it can be determined whether or not the origin of the sub-peak is a peak from a specific part that is largely twisted in a non-uniform twist distribution.

図1をもとにこの作業を行った図を図4に示す。実際、図4ではサブピークの横軸(Δθ/sinθC軸)のピーク位置は主ピークから指数hklによらず一定だけ離れた位置に表れるように観測されていることが確認できる。 The figure which performed this operation | work based on FIG. 1 is shown in FIG. In fact, in FIG. 4, it can be confirmed that the peak position on the horizontal axis (Δθ / sin θ C axis) of the sub-peaks is observed so as to appear at a certain distance from the main peak regardless of the index hkl.

以上より本発明によりサブピークの成因は不均一なtwist分布中の大きくtwistした特異な部分からのピークであることが結論できた。これは主ピークに対応するtwist分布の主要部分とは大きくtwist角度が異なる微小な結晶部分が上記主要部分とは独立して存在することを示唆しており、このような物理的に重要な結果が簡便に判定できることは本発明の大きな利点と言える。
なお観測されるサブピーク強度は主ピーク強度に対してログスケールで微弱なため、逆格子マッピング測定では観測にかからないことが想定される。したがってこのような微弱なサブピークの解析が可能となる点も本発明の大きな利点である。
From the above, it can be concluded that the origin of the sub-peaks is a peak from a specific part that is largely twisted in a non-uniform twist distribution. This suggests that there is a small crystal part that is largely different from the main part of the twist distribution corresponding to the main peak and has a different twist angle independently of the main part. It can be said that this can be easily determined is a great advantage of the present invention.
Since the observed sub-peak intensity is weak on the log scale with respect to the main peak intensity, it is assumed that the observation is not performed in the reciprocal lattice mapping measurement. Therefore, it is a great advantage of the present invention that such a weak subpeak can be analyzed.

以上により本発明により従来は解析が不十分だった上記サブピーク構造に対しても、その成因がtwist分布に起因したものであるか否かを簡便に評価、解析することが可能となることが分かった。   As described above, it is understood that the present invention makes it possible to easily evaluate and analyze whether or not the cause is due to the twist distribution even for the sub-peak structure that has been insufficiently analyzed. It was.

GaN試料に対して、種々のhkl反射プロファイルを対称反射配置で測定し、各hklプロファイルの横軸Δθを、Δθ/sinθCに規格化しなおす再規格化処理をして描きなおした再規格化hklプロファイルを示す特性図である。Renormalized hkl redrawn by renormalizing the GaN sample by measuring various hkl reflection profiles in a symmetrical reflection arrangement and re-normalizing the horizontal axis Δθ of each hkl profile to Δθ / sin θ C It is a characteristic view which shows a profile. X線回折における対称配置の測定配置を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the measurement arrangement | positioning of the symmetrical arrangement | positioning in X-ray diffraction. 図1の各ピーク拡がり形状をピーク頂点を揃えて、重ねて表示し比較した特性を示す特性図である。It is a characteristic view which shows the characteristic which displayed and compared each peak spreading shape of FIG. 図1においてサブピーク位置の指数依存性を比較した特性を示す特性図である。It is a characteristic view which shows the characteristic which compared the exponent dependence of the subpeak position in FIG.

符号の説明Explanation of symbols

θin 入射角度
θout 出射角度
θc 面角度
Δθ スキャン角度
θin Incident angle θout Output angle θc Surface angle Δθ Scan angle

Claims (2)

任意のバルク結晶、または任意の基板上にエピタキシャル成長により作製された任意の材料系からなる単層および多層構造結晶を、X線回折により構造評価する結晶の構造解析方法であって、
2つ以上の相異なる反射指数hklの条件を選んで、対称反射配置の測定配置の下に、複数の選んだ反射指数hkl近傍においてX線回折測定を行うことにより、横軸がスキャン角度Δθで縦軸がX線強度を表すhklプロファイルを求める第1の工程と、
選んだ反射指数hklで特定される反射指数hkl面と、前記バルク結晶の表面または前記多層構造結晶の表面あるいは前記基板の表面とのなす角度を面角度θCとしたとき、因子sinθCを計算し、各hklプロファイルの横軸Δθを、Δθ/sinθCに規格化しなおす再規格化処理をして再規格化したhklプロファイルに描きなおす第2の工程と、
前記再規格化した各hklプロファイル中の解析対象ピークのピーク拡がり形状を集めてきてピーク頂点をそろえて重ねて表示することにより、再規格化したピーク拡がり形状を比較し、再規格化したピーク拡がり形状の反射指数hklに関する依存性を解析する第3の工程と、
前記反射指数hklに関する依存性解析により、再規格化したピーク拡がり形状が反射指数hklに依存しない不変な形状になっているか否かを判定することにより、解析対象ピークのピーク拡がり形状が、結晶のモザイク性により生じる局所的なtwist分布に起因して生じるピーク拡がり形状であるか否かを判定する第4の工程とを有し、
更に、上記一連の工程、即ち前記第1の工程から前記第4の工程を適用した結果、前記第4の工程において、解析対象となるピークの中心部分には反射指数hklに依存しない不変な形状が見られるが、中心から離れた部分に反射指数hklに依存してピーク形状自体は変化する微弱なサブピーク構造が現れる場合、このサブピークに対する解析として、前記再規格化したhklプロファイルを集めて、集めた再規格化したhklプロファイルを相互比較解析した結果、つまり前記サブピークに対して前記第3の工程及び前記第4の工程を行った結果、サブピークのピーク形状自体は一致せずとも、サブピークが現れる場合の横軸(Δθ/sinθC軸)のピーク位置が主ピークから反射指数hklによらず一定だけ離れた位置に表れているか否かを調べることにより、サブピークの成因が不均一なtwist分布中の大きくtwistした特異な部分からのピークであるか否かを判定する第5の工程とからなることを特徴とする結晶の構造解析方法。
A crystal structure analysis method for structural evaluation by X-ray diffraction of an arbitrary bulk crystal or a single layer and a multilayer structure crystal made of an arbitrary material system produced by epitaxial growth on an arbitrary substrate,
By selecting two or more different reflection index hkl conditions and performing X-ray diffraction measurement in the vicinity of the plurality of selected reflection indices hkl under the measurement arrangement of the symmetrical reflection arrangement, the horizontal axis is the scan angle Δθ. A first step of obtaining an hkl profile in which the vertical axis represents the X-ray intensity;
The factor sin θ C is calculated when the angle between the reflection index hkl surface specified by the selected reflection index hkl and the surface of the bulk crystal, the surface of the multilayer crystal, or the surface of the substrate is the surface angle θ C. A second step of redrawing the hkl profile by re-standardizing the horizontal axis Δθ of each hkl profile by re-standardizing to Δθ / sin θ C ;
By collecting the peak spread shapes of the peaks to be analyzed in each of the re-normalized hkl profiles and aligning and displaying the peak vertices, the re-normalized peak spread shapes are compared and re-standardized. A third step of analyzing the dependence of the shape on the reflection index hkl;
By determining whether or not the re-standardized peak broadening shape is an invariant shape independent of the reflection exponent hkl by the dependency analysis on the reflection exponent hkl, the peak broadening shape of the analysis target peak is A fourth step of determining whether or not the peak spread shape is caused by a local twist distribution caused by mosaicity, and
Further, as a result of applying the above-described series of steps, that is, the first step to the fourth step , in the fourth step, the central portion of the peak to be analyzed does not depend on the reflection index hkl and is invariant. but are seen, if the weak sub-peak structure is peak shape itself in dependence on the reflective indices hkl to distant parts changes from the center to appear, as the analysis for this sub-peak, attracting hkl profile the renormalization, collected As a result of mutual comparison analysis of the re-standardized hkl profile , that is, as a result of performing the third step and the fourth step on the sub-peak, the sub-peak appears even if the peak shape of the sub-peak does not match or the peak position of the horizontal axis ([Delta] [theta] / sin [theta C axis) when is reflected in constant position apart regardless of the reflection index hkl from the main peak By examining whether, structural analysis of crystals, characterized in that the origin of the sub-peak is composed of a fifth step of determining whether a peak from large twist the peculiar portion in uneven twist distribution Method.
請求項1の結晶の構造解析方法において、特にサブピーク構造を観測するために用いる反射指数hklが、前記面角度θCが50度以上となるような反射指数hklを意図的に用いることを特徴とする結晶の構造解析方法。 The crystal structure analysis method according to claim 1, wherein the reflection index hkl used for observing the sub-peak structure is intentionally used so that the surface angle θ C is 50 degrees or more. Of crystal structure analysis.
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