DVD(Digital Video Display)등 고밀도 광기록 장치용 광원으로 사용되는 단파장 레이저의 필요성이 증대됨에 따라 광에너지 대역(wide band gap) 특성을 가진 GaN를 이용한 광소자의 개발이 경쟁적으로 가속화되고 있다. 하지만 GaN 결정내의 높은 결함 밀도 및 높은 도핑 농도를 갖는 p 형화의 어려움으로 레이저 다이오드의 장시간 상온 연속 발진은 실현되고 있지 않다. 최근 LEOG(Lateral Epitaxial Overgrowth)등의 방법이 적용되어 GaN 결정내의 결함 농도를 낮추는 데에는 성공했으나 아직까지 p형 GaN에 대하여 10^(-5)Ω㎠ 이하의 낮은 접촉 저항을 가지며 열적으로 안정한 오믹 접촉은 보고되고 있지 않다. 이에 본 논문에서는 열적으로 안정하면서도 낮은 접촉 저항을 갖는 오믹 접촉을 형성하기 위하여 Au/Pd/p-GaN 구조를 기본으로 하여 ...
DVD(Digital Video Display)등 고밀도 광기록 장치용 광원으로 사용되는 단파장 레이저의 필요성이 증대됨에 따라 광에너지 대역(wide band gap) 특성을 가진 GaN를 이용한 광소자의 개발이 경쟁적으로 가속화되고 있다. 하지만 GaN 결정내의 높은 결함 밀도 및 높은 도핑 농도를 갖는 p 형화의 어려움으로 레이저 다이오드의 장시간 상온 연속 발진은 실현되고 있지 않다. 최근 LEOG(Lateral Epitaxial Overgrowth)등의 방법이 적용되어 GaN 결정내의 결함 농도를 낮추는 데에는 성공했으나 아직까지 p형 GaN에 대하여 10^(-5)Ω㎠ 이하의 낮은 접촉 저항을 가지며 열적으로 안정한 오믹 접촉은 보고되고 있지 않다. 이에 본 논문에서는 열적으로 안정하면서도 낮은 접촉 저항을 갖는 오믹 접촉을 형성하기 위하여 Au/Pd/p-GaN 구조를 기본으로 하여 Pt 및 Ta-RuO_(2)를 Au 확산 방지막으로 적용하였으며 각 구조의 열처리 온도 및 시간에 따른 전기적 특성을 비교 고찰하고, 미세 구조의 변화와 상호 연관지어 봄으로써 오믹 특성을 평가하고자 하였다.
Au/Pd/p-GaN 구조는 열처리 시간에 따른 I-V 측정으로부터 증착 직후 가장 낮은 전체 저항값을 보였다. 하지만 최소 접촉 저항은 300℃ 30초 열처리 후 3.5×10^(-2)Ω㎠ 였다. 300℃에서 열처리한 후 접촉 저항이 감소하는 것은 p-GaN 표면에 잔류하는 산소가 300℃의 온도에서 Pd에 의해 흡수됨에 따라 Pd/GaN의 intimate 접촉이 형성되었기 때문으로 판단된다. 본 연구에서 얻은 접촉 저항 값이 기존 연구에 비하여 다소 높은 이유는 p형 GaN의 doping 농도의 차이에 기인한다. 900℃ 열처리 후에는 전기적 특성이 급격히 나빠졌으며 이는 Au가 기판쪽으로 지나치게 확산해 들어가 오믹 구조를 파괴하였기 때문임을 Auger depth profile 분석을 통하여 확인하였다.
Pd계 오믹접촉의 열정 안정성을 증가시키기 위하여 Au확산 방지막으로 Pt를 도입한, Au/Pt/Pd/p-GaN 구조의 경우 고온에서 Au의 확산을 효과적으로 저지시키지 못하는 것을 전기적 특성 분석 및 물질분석을 통하여 확인하였다. 500℃ 열처리까지는 Au의 확산을 효과적으로 저지하지만 700℃ 열처리 후에는 Au는 Pt층을 통과하여 Pd과 혼합층을 형성하였다. Au/Pt/Pd 오믹 접촉 층은 900℃ 열처리 후 Au의 확산을 효과적으로 저지하지 못 했기 때문에 전기적 특성이 급격히 저하되었다. 비정질 확산 방지막인 Ta-RuO_(2) 는 고온까지 Au의 확산을 효과적으로 저지하여 Au/Ta-RuO_(2)/Pd 오믹 접촉은 증착 직후부터 900℃ 열처리 후 까지 선형적인 I-V 거동을 유지하였다. 최소 접촉 저항은 800℃ 열처리 후 5.7×10^(-3)Ω㎠ 값을 얻었으며, 이 시료에 대하여 700℃에서 3시간부터 10시간까지 열처리를 진행하면서 접촉 저항을 측정한 결과 접촉 저항의 변화는 9.3×10^(-3)Ω㎠∼1.8×10^(-2)Ω㎠ 정도로 거의 변하지 않음을 알 수 있었다. 이로부터 Au/Pd/p-GaN 구조와 비교할 때 매우 우수한 열적 안정성을 갖는다고 결론을 내렸다. Au/Ta-RuO_(2)/Pd 오믹 접촉이 800℃에서 가장 낮은 접촉 저항을 보인 원인을 FETEM을 이용한 미세 조직 분석을 통하여 계면에 Ga_(2)Pd_(5) 화합물이 GaN와 에피텍셜 관계를 가지고 형성되었기 때문으로 밝히었다.
DVD(Digital Video Display)등 고밀도 광기록 장치용 광원으로 사용되는 단파장 레이저의 필요성이 증대됨에 따라 광에너지 대역(wide band gap) 특성을 가진 GaN를 이용한 광소자의 개발이 경쟁적으로 가속화되고 있다. 하지만 GaN 결정내의 높은 결함 밀도 및 높은 도핑 농도를 갖는 p 형화의 어려움으로 레이저 다이오드의 장시간 상온 연속 발진은 실현되고 있지 않다. 최근 LEOG(Lateral Epitaxial Overgrowth)등의 방법이 적용되어 GaN 결정내의 결함 농도를 낮추는 데에는 성공했으나 아직까지 p형 GaN에 대하여 10^(-5)Ω㎠ 이하의 낮은 접촉 저항을 가지며 열적으로 안정한 오믹 접촉은 보고되고 있지 않다. 이에 본 논문에서는 열적으로 안정하면서도 낮은 접촉 저항을 갖는 오믹 접촉을 형성하기 위하여 Au/Pd/p-GaN 구조를 기본으로 하여 Pt 및 Ta-RuO_(2)를 Au 확산 방지막으로 적용하였으며 각 구조의 열처리 온도 및 시간에 따른 전기적 특성을 비교 고찰하고, 미세 구조의 변화와 상호 연관지어 봄으로써 오믹 특성을 평가하고자 하였다.
Au/Pd/p-GaN 구조는 열처리 시간에 따른 I-V 측정으로부터 증착 직후 가장 낮은 전체 저항값을 보였다. 하지만 최소 접촉 저항은 300℃ 30초 열처리 후 3.5×10^(-2)Ω㎠ 였다. 300℃에서 열처리한 후 접촉 저항이 감소하는 것은 p-GaN 표면에 잔류하는 산소가 300℃의 온도에서 Pd에 의해 흡수됨에 따라 Pd/GaN의 intimate 접촉이 형성되었기 때문으로 판단된다. 본 연구에서 얻은 접촉 저항 값이 기존 연구에 비하여 다소 높은 이유는 p형 GaN의 doping 농도의 차이에 기인한다. 900℃ 열처리 후에는 전기적 특성이 급격히 나빠졌으며 이는 Au가 기판쪽으로 지나치게 확산해 들어가 오믹 구조를 파괴하였기 때문임을 Auger depth profile 분석을 통하여 확인하였다.
Pd계 오믹접촉의 열정 안정성을 증가시키기 위하여 Au확산 방지막으로 Pt를 도입한, Au/Pt/Pd/p-GaN 구조의 경우 고온에서 Au의 확산을 효과적으로 저지시키지 못하는 것을 전기적 특성 분석 및 물질분석을 통하여 확인하였다. 500℃ 열처리까지는 Au의 확산을 효과적으로 저지하지만 700℃ 열처리 후에는 Au는 Pt층을 통과하여 Pd과 혼합층을 형성하였다. Au/Pt/Pd 오믹 접촉 층은 900℃ 열처리 후 Au의 확산을 효과적으로 저지하지 못 했기 때문에 전기적 특성이 급격히 저하되었다. 비정질 확산 방지막인 Ta-RuO_(2) 는 고온까지 Au의 확산을 효과적으로 저지하여 Au/Ta-RuO_(2)/Pd 오믹 접촉은 증착 직후부터 900℃ 열처리 후 까지 선형적인 I-V 거동을 유지하였다. 최소 접촉 저항은 800℃ 열처리 후 5.7×10^(-3)Ω㎠ 값을 얻었으며, 이 시료에 대하여 700℃에서 3시간부터 10시간까지 열처리를 진행하면서 접촉 저항을 측정한 결과 접촉 저항의 변화는 9.3×10^(-3)Ω㎠∼1.8×10^(-2)Ω㎠ 정도로 거의 변하지 않음을 알 수 있었다. 이로부터 Au/Pd/p-GaN 구조와 비교할 때 매우 우수한 열적 안정성을 갖는다고 결론을 내렸다. Au/Ta-RuO_(2)/Pd 오믹 접촉이 800℃에서 가장 낮은 접촉 저항을 보인 원인을 FETEM을 이용한 미세 조직 분석을 통하여 계면에 Ga_(2)Pd_(5) 화합물이 GaN와 에피텍셜 관계를 가지고 형성되었기 때문으로 밝히었다.
In recent years, group III-nitrides such as GaN, InN etc, have drawn much interest as a promising material for the fabrication of efficient blue emitting devices, laser diodes, and high temperature/high power electronic devices because they have direct wide band gap and a high saturation electron ve...
In recent years, group III-nitrides such as GaN, InN etc, have drawn much interest as a promising material for the fabrication of efficient blue emitting devices, laser diodes, and high temperature/high power electronic devices because they have direct wide band gap and a high saturation electron velocity. But this wide band-gap property also makes the device application difficult from the aspect of p-type ohmic contact formation. As GaN device technology advances, more stringent demands will be made on the reproducibility, uniformity, thermal stability, and high temperature operation of the ohmic contacts to GaN-based devices. In order to obtain the low resistance ohmic contact to p-GaN, the use of thin layer of a reactive transition metal such as Pd or Ni may be helpful because these transition metals can easily remove the native oxide of the GaN surface. However, applying these transition metals with Au capping layer as ohmic contact materials for the compound semiconductors, degraded microstructures and resultant non-uniform current flow could be results, due to the formation of a spiky interface, deep alloying depth and rough surface. The Ta-RuO_(2) layer was reported previously to effectively suppress the indiffusion of the oxygen toward the substrate interface and have high resistance for oxidation at high temperatures due to its strong network amorphous structure. In this study this material was evaluated as the Au diffsion barrier.
The electrical properties of Pd-based ohmic contact to Mg-doped p-GaN grown by metal organic chemical vapor deposition (MOCVD) were investigated before and after annealing at various annealing temperatures, when the Ta-RuO_(2) layer, which was used for Au diffusion barrier was introduced.
In the case, where the contact system was deposited without the Ta-RuO_(2) layer, the electrical properties were degraded as the annealing temperature was increased.
In Au/pt/pd system, where the Pt layer was used for the Au diffusion barrier, the electrical properties was degraded after annealing at 900℃ due to the Au indiffusion toward substrate. The Pt layer could not effectively suppress the Au indiffusion up to high annealing temperatures.
In contrast, the Au/Ta-RuO_(2)/p-GaN system showed good ohmic properties up to high annealing temperatures due to the suppression of the indiffusion of Au toward the Pd/p-GaN interface After annealing 800℃, the contact resistance showed its minimum value of 5.7×10^(-3)Ω㎠ and the contact resistance was slightly changed during annealing at 700℃ in 3-10h. The lowest contact resistance was attributed by the formation of epitaxial Ga_(2)Pd_(5) compound at the Pd/p-GaN interface.
In recent years, group III-nitrides such as GaN, InN etc, have drawn much interest as a promising material for the fabrication of efficient blue emitting devices, laser diodes, and high temperature/high power electronic devices because they have direct wide band gap and a high saturation electron velocity. But this wide band-gap property also makes the device application difficult from the aspect of p-type ohmic contact formation. As GaN device technology advances, more stringent demands will be made on the reproducibility, uniformity, thermal stability, and high temperature operation of the ohmic contacts to GaN-based devices. In order to obtain the low resistance ohmic contact to p-GaN, the use of thin layer of a reactive transition metal such as Pd or Ni may be helpful because these transition metals can easily remove the native oxide of the GaN surface. However, applying these transition metals with Au capping layer as ohmic contact materials for the compound semiconductors, degraded microstructures and resultant non-uniform current flow could be results, due to the formation of a spiky interface, deep alloying depth and rough surface. The Ta-RuO_(2) layer was reported previously to effectively suppress the indiffusion of the oxygen toward the substrate interface and have high resistance for oxidation at high temperatures due to its strong network amorphous structure. In this study this material was evaluated as the Au diffsion barrier.
The electrical properties of Pd-based ohmic contact to Mg-doped p-GaN grown by metal organic chemical vapor deposition (MOCVD) were investigated before and after annealing at various annealing temperatures, when the Ta-RuO_(2) layer, which was used for Au diffusion barrier was introduced.
In the case, where the contact system was deposited without the Ta-RuO_(2) layer, the electrical properties were degraded as the annealing temperature was increased.
In Au/pt/pd system, where the Pt layer was used for the Au diffusion barrier, the electrical properties was degraded after annealing at 900℃ due to the Au indiffusion toward substrate. The Pt layer could not effectively suppress the Au indiffusion up to high annealing temperatures.
In contrast, the Au/Ta-RuO_(2)/p-GaN system showed good ohmic properties up to high annealing temperatures due to the suppression of the indiffusion of Au toward the Pd/p-GaN interface After annealing 800℃, the contact resistance showed its minimum value of 5.7×10^(-3)Ω㎠ and the contact resistance was slightly changed during annealing at 700℃ in 3-10h. The lowest contact resistance was attributed by the formation of epitaxial Ga_(2)Pd_(5) compound at the Pd/p-GaN interface.
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