n-type GaN 위에 형성된 Ti/Al/Mo/Au 및 Ti/Al/Ni/Au 오믹 접합의 isolation 누설전류 분석

질화갈륨(GaN)은 높은 전자이동도 및 높은 항복전계를 가지며 낮은 온저항으로 인하여 에너지효율이 우수하기 때문에 고출력 전력소자 분야에서 많은 관심을 받고 있다. GaN을 이용한 고출력 전력소자의 경우 상용화 수준에 근접할 만한 기술적 진보가 있었으나, 페르미 레벨 고정(Fermi-level pinning) 현상, 소자의 누설전류 등 아직 해결되어야 할 문제를 갖고 있다. 본 연구에서는 실리콘 기판 위에 성장된 GaN 에피탁시를 활용한 고출력 전력소자의 누설전류를 억제시키기 위해 오믹 접합 중 Au의 상호확산을 억제하는 중간층 금속(Mo or Ni)을 변화시켰으며 오믹 열처리 온도에 따른 특성을 비교 연구하였다. $Cl_2$와 $BCl_3$를 이용하여 0.6 ${\mu}m$ 깊이의 메사 구조가 활성영역을 형성하였고, Si 도핑된 n-GaN 위에 Ti/Al/Mo/Au (20/100/25/200 nm) 와 Ti/Al/Ni/Au (20/100/25/200 nm) 오믹 접합을 각각 설계, 제작하였다. 오믹 열처리시의 GaN 표면오염을 방지하기 위해 $SiO_2$ 희생층을 증착하였다. 오믹 접합 형성을 위해 각 750$^{\circ}C$, 800$^{\circ}C$, 850$^{\circ}C$에서 30초간 열처리를 진행 하였으며, 이후 6 : 1 BOE 용액으로 $SiO_2$ 희생층을 제거하였다. 750, 800, 850$^{\circ}C$에서 Ti/Al/Mo/Au 구조의 오믹 접합 저항은 각 2.56, 2.34, 2.22 ${\Omega}$-mm 이었으며, Ti/Al/Ni/Au 구조의 오믹 접합 저항은 각 43.72, 2.64, 1.86 ${\Omega}$-mm이었다. Isolation 누설전류를 측정하기 위해서 두 개의 오믹 접합 사이에 메사 구조가 있는 테스트 구조를 제안하였다. Isolation 누설전류는 Ti/Al/Mo/Au 구조에서 두 오믹 접합 사이의 거리가 25 ${\mu}m$이고 100 V일 때 750, 800, 850 $^{\circ}C$의 열처리 온도에서 각 1.25 nA/${\mu}m$, 2.48 nA/${\mu}m$, 8.76 nA/${\mu}m$이었으며, Ti/Al/Ni/Au 구조에서는 각 1.58 nA/${\mu}m$, 2.13 nA/${\mu}m$, 96.36 nA/${\mu}m$이었다. 열처리 온도가 증가하며 오믹 접합 저항은 감소하였으나 isolation 누설전류는 증가하였다. 750$^{\circ}C$ 열처리에서 오믹 접합 저항은Ti/Al/Mo/Au 구조가 Ti/Al/Ni/Au 구조보다 약 17배 우수하였고, 850$^{\circ}C$ 고온의 열처리 경우 Ti/Al/Mo/Au 구조의 isolation 누설전류는 8.76 nA/${\mu}m$로 Ti/Al/Ni/Au의 누설전류 96.36 nA/${\mu}m$보다 약 11배 우수하였다. Ti/Al/Mo/Au가 Ti/Al/Ni/Au 보다 오믹 접합 저항과 isolation 누설전류 측면에서 전력용 GaN 소자에 적합함을 확인하였다.