Effect of Pt Seed-Layer Thickness and Annealing on the Interfacial Reaction and Contact Resistivity of p?-In0.53Ga0.47As = Pt 시드층 두께와 어닐링 조건에 따른 p?-In0.53Ga0.47As의 계면 구조 변화 및 전기적 접촉 특성

국문 초록 (Abstract)

열광전소자와 같은 고성능 광전 및 에너지 수확 시스템을 구현하기 위해서는 낮은 접촉 저항과 우수한 열적 안정성을 갖는 ohmic contact의 형성이 필요하다. 본 연구에서는 Pt/Ti/Pt/Au 전극과 p+-In0.53Ga0.47As 사이의 계면 반응에 있어 Pt seed-layer의 두께와 rapid thermal annealing (RTA) 온도가 미치는 영향을 체계적으로 조사하였다.
Transmission line method (TLM) 측정 결과, 비접촉저항이 Pt 두께와 열처리 온도에 대해 강한 의존성을 보였으며, 9 nm 두께의 Pt seed-layer와 380 ℃의 RTA 온도에서 최적화된 결과를 보였다. 반면, 이보다 얇거나 두꺼운 Pt 층은 각각 불연속적 계면 과도한 계면 반응으로 인해 높은 비접촉저항 값이 측정되었다.
최적화된 ohmic contact은 450 ℃의 열적 스트레스 환경에서도 낮은 저항을 유지하여 우수한 열적 안정성을 입증하였다. 또한, 본 전극 공정이 실질적으로 적용 가능함을 In0.53Ga0.47As 열광전소자를 통해 확인하였으며, 기존 일반적인 Ti/Au 전극 대비 감소된 직렬 기생저항과 개선된 소자 특성을 확보하였다.
본 연구를 통해 재현가능하고 열적으로 안정적인 ohmic contact을 p+-In0.53Ga0.47As에서 형성하기 위한 명확한 공정 범위를 확보할 수 있으며, 차세대 소자 제작 공정에 실질적인 가이드를 제공할 것으로 기대된다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

Achieving thermally stable ohmic contact with low contact resistance is essential for high performance optoelectronic and energy harvesting systems such as thermophotovoltaics. In this study, we systematically investigate the effects of Pt seed-layer thickness and rapid thermal annealing temperature on the interfacial reaction between Pt/Ti/Pt/Au contacts and p⁺-In0.53Ga0.47As. Transmission line method (TLM) measurements reveal a strong dependence of specific contact resistivity (ρc) on both Pt thickness and annealing temperature, exhibiting a non-monotonic trend with an optimum at a 9 nm Pt seed layer and 380 ℃ annealing temperature. A minimal ρc (~3 × 10-6 Ω·cm2) indicates the formation of a continuous but non-overgrown interfacial reaction layer that enables uniform tunneling transport. In contrast, thinner or thicker Pt layers yield increased ρc due to discontinuous coverage or over-reaction, respectively. The optimized ohmic contacts maintain low resistivity even after 450 °C thermal stress, confirming their superior thermal robustness. Furthermore, the practical applicability of this metallization process was demonstrated by In0.53Ga0.47As thermophotovoltaic cells, exhibiting reduced series resistance and improved characteristics over typical Ti/Au contact. These results define a clear process window for reproducible, low-resistance, and thermally stable ohmic contacts to p⁺-In0.53Ga0.47As, offering practical guidance for advanced device fabrication applications.

목차 (Table of Contents)

• Abstract i
• Table of Contents ii
• List of Tables iii
• List of Figures iv
• Chapter 1. Introduction 1
• 1.1. Fundamentals and Technical Challenges of Ohmic Contacts in III-V Semiconductors 1
• 1.2. Research Objectives 2
• Chapter 2. Experimental Methods 3
• 2.1 Chemical and Wafer Preparation 3
• 2.2 Photolithography and Electrode Deposition 4
• 2.3 TLM Measurements 5
• Chapter 3. Results and discussion 6
• 3.1 Pt Thickness Dependence of Contact Resistivity 6
• 3.2 Effect of RTA Temperature on Contact Properties 9
• 3.3 Thermal Stability of Contact Structures 11
• 3.4 Influence of Contact Structure on the Device Performance 12
• Chapter 4. Conclusion 16
• Bibliography 17
• 국문 초록 21