專利名稱：一種基于氮化鎵材料的單異質結聲電荷輸運延遲線的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種聲電荷輸運器件(ACT，Acoustic Charge "Transport)，尤其 涉及一種基于氮化鎵材料的單異質結聲電荷輸運延遲線。
背景技術：
ACT器件是一種高頻高速模擬信號處理器，是把電荷耦合器件與聲表面波器件結 合起來的一種新型半導體器件，可以直接應用于射頻領域。它是一種完全可編程模擬信號 處理器，不需要A/D和D/A轉換器，具有信號處理速度快、可靠性高、功耗低、尺寸小、重量輕 等優(yōu)點。用ACT器件構成的橫向濾波器、自適應濾波器和均衡器等已經廣泛應用于軍事防 御、商業(yè)系統(tǒng)中。對于ACT器件來說，材料的選取極其重要，直接關系著ACT器件研究的成功與否。 ACT器件要求所選用的半導體材料既具有強壓電性能以獲得較高的聲表面波電勢場，同時 要求其具備高電子遷移率以獲得高的轉移效率。GaAs材料具有壓電特性和高電子遷移率， 符合ACT技術要求，一直為ACT技術的理想材料。但是，GaAs材料美中不足的是其壓電性 能較弱，需要較大的功率才能產生足夠大的聲表面波電勢場，并且一般只應用于窄帶ACT 器件，雖然利用壓電薄膜技術可以得到帶寬比較大的器件，但是隨著信號頻率的不斷提高， 聲表面波叉指換能器指條間的距離越來越小，工藝實現(xiàn)比較困難。這在一定程度上限制了 GaAs ACT技術的發(fā)展。

實用新型內容本實用新型目的是提供一種基于氮化鎵材料的單異質結聲電荷輸運器件。氮化 鎵單異質結結構符合ACT器件溝道要求，氮化鎵具有優(yōu)良的壓電性能及高聲表面波速度， 可以擴大ACT技術的應用范圍。本實用新型的技術方案是一種基于氮化鎵材料的單異質結聲電荷輸運延遲線， 包括基片，其特征在于所述基片上設有氮化鎵半絕緣型襯底，所述氮化鎵半絕緣型襯底上 設有氮化鎵鋁勢壘層，所述氮化鎵半絕緣型襯底兩端有可以構成聲表面波叉指換能器的金 屬圖案，所述氮化鎵鋁勢壘層兩端有電極。進一步的，所述基片與氮化鎵半絕緣型襯底之間有第一緩沖層。進一步的，所述氮化鎵半絕緣型襯底厚度需> 5 λ saw，λ saw為聲表面波波長。進一步的，所述氮化鎵半絕緣型襯底與氮化鎵鋁勢壘層之間有第二緩沖層。進一步的，所述氮化鎵鋁勢壘層以及第二緩沖層的四邊被刻蝕掉以形成ACT電荷 輸運溝道。進一步的，所述第一緩沖層為氮化鎵緩沖層或氮化鋁緩沖層。進一步的，所述第二緩沖層為氮化鎵緩沖層。進一步的，所述基片為藍寶石基片，其中橫軸為E/Ev，縱軸為nm。工作原理為了實現(xiàn)高的電荷輸運效率，ACT技術溝道必須滿足以下3個條件第一，為了確保高的輸運效率，必須保證由叉指換能器激發(fā)的聲表面波在傳播過程中產生的 行波電勢場不會被半導體層中自由電荷所創(chuàng)建的電場屏蔽掉。第二，溝道要能夠抑制鄰近 的導電層、勢壘層或者半導體內的載流子逸入溝道內。第三，溝道能把信號電荷限制于溝道 內，消除除溝道以外的其它的電流途徑。為了避免半導體層中的自由電荷將聲表面波形成的行波電勢場屏蔽掉，通?？梢?采用刻蝕，質子注入或者外加偏置這三種辦法。這三種辦法各有優(yōu)缺點，刻蝕容很易使表面 凹凸不平，不利于高頻應用；質子注入只能應用于薄外延層，并且采用質子注入的方法很容 易破壞晶體結構，不利于聲表面波的傳播；采用外加偏壓這種辦法需要考慮半導體特點、摻 雜等因素，較為復雜。本發(fā)明中所采用的氮化鎵單異質結結構ACT，溝道很接近表面，遠淺于 傳統(tǒng)隱埋層ACT溝道位置(大約半個波長)。簽于此，本實用新型采用刻蝕的方法將氮化鎵 鋁勢壘層以及第二緩沖層的左右兩端刻蝕掉，將聲表面波叉指換能器直接制作于氮化鎵半 絕緣型襯底上，消除自由電荷對行波電勢場屏蔽的影響。為了抑制鄰近的導電層、勢壘層或者半導體內的載流子逸入溝道內干擾束縛于電 勢阱內的信號電荷，有以下三種方法可以考慮1、制作保護環(huán)。2、采用刻蝕的方法。3、對溝 道外其它區(qū)域進行離子注入破壞晶格結構。制作保護環(huán)會引起RF反饋問題。由于刻蝕與 離子注入方法都可以應用于異質結結構，本實用新型中，采用刻蝕的方法，將氮化鎵鋁勢壘 層以及第二緩沖層的上下兩邊(俯視)刻蝕掉，以形成ACT電荷輸運溝道。傳統(tǒng)的方法是采用簡單的p-n-p結構來形成耗盡的ρ型半導體層將信號電荷抑制 于溝道內。但是對于氮化鎵而言，這個方法卻不容易實現(xiàn)。因為對氮化鎵進行P型摻雜比 較困難，難以實現(xiàn)，因此，本實用新型中采用單異質結的方式。由于異質結界面處能帶的不 連續(xù)性，在異質結界面處形成三角型電勢阱。產生的電勢阱可以限制電荷在垂直方向上的 擴散，將信號電荷限制于異質結界面附近的溝道內。本實用新型的優(yōu)點是1.氮化鎵具有優(yōu)異的壓電性能，可以擴大氮化鎵ACT的應用范圍。2.藍寶石上氮化鎵材料具有較大的聲表面波速度，有利于高頻應用。3. AWaN/GaN異質結界面處的大能帶帶階和強極化電荷可以產生高面密度二維電 子氣。
以下結合附圖及實施例對本實用新型作進一步描述

圖1為本實用新型的基于氮化鎵材料的單異質結聲電荷輸運延遲線橫截圖。圖2為本實用新型的基于氮化鎵材料的單異質結聲電荷輸運延遲線俯視圖。圖3為本實用新型的基于氮化鎵材料的單異質結聲電荷輸運延遲線的聲表面波 叉指換能器圖。圖4為本實用新型的基于氮化鎵材料的單異質結界面導帶圖。
具體實施方式
實施例如圖1、2、3所示在藍寶石基片1上外延氮化鎵緩沖層2，氮化鎵緩沖層 2上外延氮化鎵半絕緣型襯底3。氮化鎵半絕緣型襯底3上外延緩沖層4，緩沖層4上外延氮化鎵鋁勢壘層5。緩沖層4以及氮化鎵鋁勢壘層5四邊被刻蝕掉，形成了 ACT電荷輸運溝 道結構8。氮化鎵鋁勢壘層5兩端有輸入6和輸出7歐姆電極。在氮化鎵半絕緣型襯底3 上制作聲表面波叉指換能器9。其中，聲表面波換能器9由電極91及指條92組成。氮化鎵 半絕緣型襯底厚度需>5 λ saw，為聲表面波波長。緩沖層2用以降低由藍寶石與氮化 鎵晶格失配所引起的高缺陷密度，提高氮化鎵材料質量。緩沖層4用以提高界面質量?；?片材料還可以選擇碳化硅，緩沖層2材料還可以選擇氮化鋁。緩沖層4材料為氮化鎵。 如圖4所示，氮化鎵鋁勢壘層5與氮化鎵緩沖層4界面處形成異質結結構，由于能 帶的不連續(xù)性，在界面處形成三角型電勢壘，三角型電勢壘將二維電子氣限制于溝道內，形 成電荷輸運溝道。氮化鎵具有優(yōu)異的壓電性能，與砷化鎵相比，只要較小的驅動功率就可以 得到足夠高的聲表面波勢場。因此，與砷化鎵ACT技術相比，氮化鎵ACT技術的應用范圍更 加廣闊。藍寶石上生長的氮化鎵材料具有較大的聲表面波速度，約為5000m/s，較常用的壓 電材料大20%以上。聲速高意味著在相同頻率下具有較大的波長，從而在制作高頻叉指換 能器時工藝相對簡單，容易實現(xiàn)。高聲速使得氮化鎵廣泛的應用于高頻器件。AWaN/GaN異 質結界面處的大能帶帶階和強極化電荷使二維電子氣ODEG)密度比砷化鎵二維電子密度 異質結提高一個數(shù)量級。高的二維電子氣密度可以改進器件的性能。
權利要求1.一種基于氮化鎵材料的單異質結聲電荷輸運延遲線，包括基片，其特征在于所述 基片上設有氮化鎵半絕緣型襯底，所述氮化鎵半絕緣型襯底上設有氮化鎵鋁勢壘層，所述 氮化鎵半絕緣型襯底兩端有可以構成聲表面波叉指換能器的金屬圖案，所述氮化鎵鋁勢壘 層兩端有電極。
2.根據權利要求1所述的基于氮化鎵材料的單異質結聲電荷輸運延遲線，其特征在 于，所述基片與氮化鎵半絕緣型襯底之間有第一緩沖層。
3.根據權利要求1所述的基于氮化鎵材料的單異質結聲電荷輸運延遲線，其特征在 于，所述氮化鎵半絕緣型襯底與氮化鎵鋁勢壘層之間有第二緩沖層。
4.根據權利要求1所述的基于氮化鎵材料的單異質結聲電荷輸運延遲線，其特征在 于，所述氮化鎵半絕緣型襯底厚度需> 5 λ saw，λ saw為聲表面波波長。
5.根據權利要求3所述的基于氮化鎵材料的單異質結聲電荷輸運延遲線，其特征在 于，所述氮化鎵鋁勢壘層以及第二緩沖層的四邊被刻蝕掉以形成ACT電荷輸運溝道。
6.根據權利要求2所述的基于氮化鎵材料的單異質結聲電荷輸運延遲線，其特征在 于，所述第一緩沖層為氮化鎵緩沖層或氮化鋁緩沖層。
7.根據權利要求3所述的基于氮化鎵材料的單異質結聲電荷輸運延遲線，其特征在 于，所述第二緩沖層為氮化鎵緩沖層。
8.根據權利要求所述的基于氮化鎵材料的單異質結聲電荷輸運延遲線，其特征在于， 所述基片為藍寶石基片。
專利摘要本實用新型公開了一種基于氮化鎵材料的單異質結聲電荷輸運延遲線，包括基片，其特征在于所述基片上設有氮化鎵半絕緣型襯底，所述氮化鎵半絕緣型襯底上設有氮化鎵鋁勢壘層，所述氮化鎵半絕緣型襯底兩端有可以構成聲表面波叉指換能器的金屬圖案，所述氮化鎵鋁勢壘層兩端有電極。氮化鎵具有優(yōu)異的壓電性能，可以擴大氮化鎵ACT的應用范圍。藍寶石上氮化鎵材料具有較大的聲表面波速度，有利于高頻應用。AlGaN/GaN異質結界面處的大能帶帶階和強極化電荷可以產生高面密度二維電子氣。
文檔編號H01L29/06GK201918388SQ20102054725
公開日2011年8月3日 申請日期2010年9月29日 優(yōu)先權日2010年9月29日
發(fā)明者張曉東, 王曉彧, 薛川, 陳濤, 高懷 申請人:蘇州英諾迅科技有限公司