[논문]준귀금속 전이원소, Pt, Pd를 이용한 p-InGaAs의 오믹 접촉저항 특성 연구

박영산; 류상완; 유준상; 김효진; 김선훈; 김진혁

doi:10.3740/mrsk.2006.16.10.629

준귀금속 전이원소, Pt, Pd를 이용한 p-InGaAs의 오믹 접촉저항 특성 연구
Ohmic Contact Characteristics of p-InGaAs with Near-Noble Transition Metals of Pt and Pd 원문보기

한국재료학회지 = Korean journal of materials research, v.16 no.10, 2006년, pp.629 - 632

박영산 (전남대학교 물리학과) , 류상완 (전남대학교 물리학과) , 유준상 ((주)OE Solutions) , 김효진 (한국광기술원(KOPTI)) , 김선훈 (한국광기술원(KOPTI)) , 김진혁 (전남대학교 신소재공학부)

Abstract ▼ AI-Helper

Electrical characteristics of Pt/Ti/Pt/Au and Pd/Zn/Pd/Au contacts to p-type InGaAs grown on an InP substrate have been characterized as a function of the doping concentration and the annealing temperature. The Pt/Ti/Pt/Au contacts produced the specific contact resistance as low as $2.3{\times}10^{-6}{\Omega}{\cdot}cm^2$, when heat-treated at an annealing temperature of $400^{\circ}C$. Comparison of the Pt/Ti/Pt/Au and Ti/Pt/Au contacts showed that the first Pt layer plays an important role in reducing the contact resistivity probably by lowering energy barrier at the metal-semiconductor interface. For the Pd/Zn/Pd/Au contacts, the contact resistivity remained virtually unchanged with increasing annealing temperature. The specific contact resistivity as low as $4.7{\times}10^{-6}{\Omega}{\cdot}cm^2$ was obtained. The results indicate that the Pt/Ti/Pt/Au and Pd/Zn/Pd/Au schemes could be potentially important for the fabrication of InP-based optoelectronic devices, such as photodetector and optical modulator.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

본 논문에서는 TLM 측정을 이용하여 p-InGaAs와 준 귀금속 전이원소 금속층의 오믹 접촉비저항 특성을 측정하고, 최적화된 공정조건을 확보하여 반도체 광소자 공정에 적용하고자 하였다.
본 논문에서는 p-InGaAs에 대한 오믹 특성을 개선하기 위하여 준귀금속 (near noble metal) 전이원소 기반의 금속층에 대한 오믹 접촉저항 특성을 연구하였다. Ti, Pt, Pd 같은 준귀금속 전이원소들은 높은 공정온도와 전류 밀도에 대해서 열적으로 안정한 특성을 지니며, 오믹공정의 균일도를 개선시킬 수 있는 장점이 있어 광소자의 신뢰성을 향상시키는 것으로 보고되고 있다.
두 번째 Pd는 Zn의 외부확산을 억제하는 역할을 한다. 본 논문에서는 위의 금속층을 p-형 In GaAs에 적용하고, 오믹 접촉저항 특성을 조사하였다. A-type 샘플을 사용하였고, 열처리 온도는 400℃와 450℃, 열처리 시간은 각각 4분, 1분으로 설정하였다.

가설 설정

1) 특히 광통신의 발전에 때라 고속 광소사의 활용범위가 넓어지고 있으며, 이에 따라 소자의 크기가 지속적으로 감소하고 있다.2) 소자크기가 작아지면 볼기.피하게 오믹집촉 (ohmic coiibcl) 넌정누 삭아지게 뇌는네.

제안 방법

Ti, Pt, Pd 같은 준귀금속 전이원소들은 높은 공정온도와 전류 밀도에 대해서 열적으로 안정한 특성을 지니며, 오믹공정의 균일도를 개선시킬 수 있는 장점이 있어 광소자의 신뢰성을 향상시키는 것으로 보고되고 있다.7)본 연구에서는 전자선 증착법에 의해 증착된 PtTi/H/Au와 Pd/ Zn/Pd/Au 금속층에 대한 오믹 접촉저항을 샘플의 도핑농도와 열처리 온도를 변화시키며 조사하였다. 분석을 위하여 Transmission Line Method (TLM) 패턴을 제작하였으며, 9)4-point probe 방법을 이용하여 금속 패드 간의 저항값을 측정하였다.
본 논문에서는 위의 금속층을 p-형 In GaAs에 적용하고, 오믹 접촉저항 특성을 조사하였다. A-type 샘플을 사용하였고, 열처리 온도는 400℃와 450℃, 열처리 시간은 각각 4분, 1분으로 설정하였다.
PVTi/Pt/Au 금속층의 오믹 특성을 조사하기 위하여 두 종류의 샘플에 대하여, 각각 열처리 온도를 변화시키고 이에 따른 오믹 저항의 변화를 살펴보았다. 이때 열처리 온도는 350, 380, 400℃를 사용하였고, 열처리 시간은 30초로 고정하였다.
p-형 InGaAs의 준귀금속 (near noble metal) 전이원소 기반 금속층에 대한 오믹 접촉저항 특성을 조사하였다. PbTi/Pt/Au의 경우 400℃ A-type 에서 2.
먼저 사진식각법과 습식식각에 의해 150/m 폭의 전류 전도를 위한 스트라입 (stripe)을 형성하였다. 그 후 전자선 증착법으로 PvTi/Pt/Au( 100/300/ 400/1000 A) 혹은 Pd/Zn/Pd/Au (100/400/200/1000 A) 의 오믹 금속층을 증착하였다. Fig.
낮은 집축니시항 삾을 얻기 위해서 반누체 집축층의 누핑낭누아 집촉 급숙충을 변화시키고, 언저리 온누 .능.
p-형 불순물로는 dimethylzinc(DMZn)를 이용하였다. 도핑농도에 따른 오믹 접촉저항 특성을 조사하기 위하여 DMZn 유량을 변화시켜 도핑농도가 다른 A-type, B-type 두 종류의 샘플을 제작하였고, capacitance-voltage 방법으로 도핑농도를 측정하였다. A-type 샘플은 충분히 큰 DMZn 유량을 사용하여 도핑농도 포화 영역에서 제작되었고, 도핑농도는 2.
조사하였다. 먼저 사진식각법과 습식식각에 의해 150/m 폭의 전류 전도를 위한 스트라입 (stripe)을 형성하였다. 그 후 전자선 증착법으로 PvTi/Pt/Au( 100/300/ 400/1000 A) 혹은 Pd/Zn/Pd/Au (100/400/200/1000 A) 의 오믹 금속층을 증착하였다.
따른 오믹 저항의 변화를 살펴보았다. 이때 열처리 온도는 350, 380, 400℃를 사용하였고, 열처리 시간은 30초로 고정하였다. 이와 함께 반도체 접촉층의 효과를 분석하기 위하여, 접촉 Pt 층을 제거한 Ti/Pt/Au 금속층에 대한 특성을 함께 나타내었다.
이때 열처리 온도는 350, 380, 400℃를 사용하였고, 열처리 시간은 30초로 고정하였다. 이와 함께 반도체 접촉층의 효과를 분석하기 위하여, 접촉 Pt 층을 제거한 Ti/Pt/Au 금속층에 대한 특성을 함께 나타내었다. Ti/BAu에 대해서는 A-type 샘플을 사용하였고, 열처리 온도는 400℃ 로 설정하였다.
1에서 보는 바와 같이 오믹 금속층의 면적은 200 ㎛>< 100㎛이며, 오믹 패드의 간격이 각각 3, 8, 22, 27, 57zm7} 되도록 패턴을 준비 하였다. 준비된 샘플에 대하여 온도를 변화시키며 급속열처리 방법 (rapid thermal anneaning) 공정을 수행하였다. 그 후 측정 프로브와의 접촉저항 효과를 제거하기 위해, 4-point probe 방법을 이용하여 금속 패드 간의 저항 값을 측정하였다.

대상 데이터

도핑농도에 따른 오믹 접촉저항 특성을 조사하기 위하여 DMZn 유량을 변화시켜 도핑농도가 다른 A-type, B-type 두 종류의 샘플을 제작하였고, capacitance-voltage 방법으로 도핑농도를 측정하였다. A-type 샘플은 충분히 큰 DMZn 유량을 사용하여 도핑농도 포화 영역에서 제작되었고, 도핑농도는 2.0X10i9cnf3으로 측정되었다. 반면 B-type 샘플은 DMZn 유량에 따라 도핑농도가 선형적으로 증가하는 영역에서 성장되었고, 도핑농도는 1.
이와 함께 반도체 접촉층의 효과를 분석하기 위하여, 접촉 Pt 층을 제거한 Ti/Pt/Au 금속층에 대한 특성을 함께 나타내었다. Ti/BAu에 대해서는 A-type 샘플을 사용하였고, 열처리 온도는 400℃ 로 설정하였다.
3 jum 두께의 p-InGaAs를 성장하였다. p-형 불순물로는 dimethylzinc(DMZn)를 이용하였다. 도핑농도에 따른 오믹 접촉저항 특성을 조사하기 위하여 DMZn 유량을 변화시켜 도핑농도가 다른 A-type, B-type 두 종류의 샘플을 제작하였고, capacitance-voltage 방법으로 도핑농도를 측정하였다.

이론/모형

준비된 샘플에 대하여 온도를 변화시키며 급속열처리 방법 (rapid thermal anneaning) 공정을 수행하였다. 그 후 측정 프로브와의 접촉저항 효과를 제거하기 위해, 4-point probe 방법을 이용하여 금속 패드 간의 저항 값을 측정하였다.
먼저 비전도성 (semi-insulating) InP 기판 위에 유기 금속 화학 증착법 (metalorganic chemical vapor deposition) 방법으로 0.3 jum 두께의 p-InGaAs를 성장하였다. p-형 불순물로는 dimethylzinc(DMZn)를 이용하였다.
7)본 연구에서는 전자선 증착법에 의해 증착된 PtTi/H/Au와 Pd/ Zn/Pd/Au 금속층에 대한 오믹 접촉저항을 샘플의 도핑농도와 열처리 온도를 변화시키며 조사하였다. 분석을 위하여 Transmission Line Method (TLM) 패턴을 제작하였으며, 9)4-point probe 방법을 이용하여 금속 패드 간의 저항값을 측정하였다.
성장된 p-InGaAs에 대하여 TLM 방법에 의해 오믹 접촉 비저항을 조사하였다. 먼저 사진식각법과 습식식각에 의해 150/m 폭의 전류 전도를 위한 스트라입 (stripe)을 형성하였다.

성능/효과

cm²의 좋은 접촉비저항 특성을 보였다. 결과적으로 PVTi/Pt/Au와 Pd/Zn/Pd/Au 계열은 InP를 기반으로 하는 광전소자의 제작에 있어 우수한 특성의 오믹 접촉금속으로 이용될 수 있음을 확인하였다.
3에서는 위의 여러 조건에서 TLM 패턴의 패드 간격에 따른 접촉저항의 변화를 보여주고 있다. 패드 간격이 증가함에 따라 접촉저항이 선형적으로 증가하였으며, 이로부터 TLM 측정을 신뢰할 수 있음을 알 수 있었다. 이 그래프를 선형근사한 후 식 (2>를 이용하여 계산된 오믹 접촉비저항 값을 Fig.

후속연구

3eV)보다 크기 때문으로 생각된다. 본 연구에서는 PVTi/PVAu 금속층을 사용하여 매우 낮은 접촉비저항 값을 얻을 수 있었고, 이 결과는 InP 기반의 광소자 제작에 활용될 수 있을 것이다.

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