Investigation of Ru ohmic contacts to n-ZnO thin film for optoelectronis devices

We fabricate thermally stable and low resistance Ru ohmic contacts to $n-ZnO:Al(3\times10^{18}\textrm{cm}^{-3})$, grown by specially designed dual target sputtering system. It is shown that the as-deposited Ru contact produces a specific contact resistance of $2.1{\times}10^{-3}{\Omega}\textrm{cm}^2$. Annealing of the Ru contacts leads to the improvement of current-voltage characteristics. For example, annealing of the contact at $700^{\circ}C$ for 1 min produces a contact resistance of $3.2{\times}10^{-5}}{\Omega}\textrm{cm}^2$. furthermore, the metallisation scheme is found to be thermally stable: the surface of the contact is fairly smooth with a rms roughness of 1.4 nm upon annealing at $700^{\circ}C$. These results strongly indicate that the Ru contact represents a suitable metallisation scheme for fabrication of high-performance ZnO-based optical devices and high-temperature devices. In addition, possible mechanisms are suggested to describe the annealing temperature dependence of the specific contact resistance.

광소자용 n-ZnO 박막의 Ru 오믹 접촉 연구

스퍼터로 성장시킨 $n-ZnO:Al(3\times10^{18}\textrm{cm}^{-3})$ 박막에 Ru 금속 박막을 이용하여 열적으로 안정하며 낮은 저항을 가지는 오믹 접촉을 제작하였다. 상온에서 $2.1{\times}10^{-3}{\Omega}\textrm{cm}^2$의 비접촉 저항을 보이던 Ru 오믹 접촉은 열처리 온도를 증가시킴에 따라 I-V특성이 향상되었고 특히 $700^{\circ}C$에서 1분 동안 열처리 할 경우 $3.2{\times}10^{-5}}{\Omega}\textrm{cm}^2$의 낮은 비접촉 저항을 나타내었다. 또한 Ru 오믹 접촉 시스템은 고온에서도 안정한 특성을 나타내었는데 $700^{\circ}C$에서의 고온 열처리 후에도 1.4 nm의 아주 낮은 rms 거칠기를 갖는 평탄한 표면을 나타내었다. 이와 같이 낮은 비접촉 저항과 열적 안정성은 Ru 오믹 접촉 시스템이 ZnO를 근간으로 하는 고성능의 광소자 및 고온소자에 적합한 오믹 접촉 시스템이라는 것을 말해준다. 또한 Ru 오믹 접촉의 비접촉 저항의 열처리 온도 의존성을 설명할 수 있는 메카니즘을 제시하였다.