專利名稱：一種基于氮化鎵材料的雙異質(zhì)結(jié)聲電荷輸運延遲線的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種聲電荷輸運器件(ACT，Acoustic Charge "Transport)，尤其是一 種基于氮化鎵材料的雙異質(zhì)結(jié)聲電荷輸運延遲線。
背景技術(shù)：
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(jié) 合起來的一種新型半導體器件，可以直接應(yīng)用于射頻領(lǐng)域。它是一種完全可編程的模擬信 號處理器，不需要A/D和D/A轉(zhuǎn)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(gòu)成的橫向濾波器、自適應(yīng)濾波器和均衡器等已經(jīng)廣泛應(yīng)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(guān)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(zhuǎn)移效率。GaAs材料具有壓電特性和高電子遷移率， 符合ACT技術(shù)要求，一直為ACT技術(shù)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(chǎn)生足夠大的聲表面波電勢場，并且一般只應(yīng)用于窄帶ACT 器件，雖然利用壓電薄膜技術(shù)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(shù)的發(fā)展。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的是提供一種使用范圍廣的，適合高頻應(yīng)用的氮化鎵基雙異質(zhì)結(jié)聲電 荷輸運延遲線。本發(fā)明的技術(shù)方案是一種基于氮化鎵材料的雙異質(zhì)結(jié)聲電荷輸運延遲線，包括 基片，其特征在于所述基片上設(shè)有第一緩沖層，所述第一緩沖層上設(shè)有氮化鎵半絕緣型襯 底，所述氮化鎵半絕緣型襯底上設(shè)有第二緩沖層，所述第二緩沖層上設(shè)有第一氮化鎵鋁勢 壘層，所述第一氮化鎵鋁勢壘層上設(shè)有氮化鎵層，所述氮化鎵層上設(shè)有第二氮化鎵鋁勢壘 層，所述第一氮化鎵鋁勢壘層、氮化鎵層、第二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，所述氮化鎵半絕緣型襯底兩端有可以構(gòu)成聲表面波叉指 換能器的金屬圖案，所述第二氮化鎵鋁勢壘層兩端有電極。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，且必須為ρ型摻雜。進一步的，所述基片為藍寶石基片或碳化硅基片。工作原理為了實現(xiàn)高的電荷輸運效率，ACT技術(shù)溝道必須滿足以下3個因素第 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(chǎn)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(nèi)的載流子逸入溝道內(nèi)。第三，溝道能把信號電荷限制于溝道內(nèi)，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(zhì)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(yīng)用；質(zhì)子注入只能應(yīng)用于薄外延層，并且采用質(zhì)子注入的方法很容 易破壞晶體結(jié)構(gòu)，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雙異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)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)，因此，針對本發(fā)明器件結(jié)構(gòu)的特點，采用刻蝕的 方法將第一氮化鎵鋁勢壘層、氮化鎵層、第二氮化鎵鋁勢壘層以及第二緩沖層兩端刻蝕掉， 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(nèi)的載流子逸入溝道內(nèi)干擾束縛于電 勢阱內(nèi)的信號電荷，有以下三種方法可以考慮1、制作保護環(huán)。2、采用網(wǎng)格刻蝕的方法。3、 對溝道外其它區(qū)域進行離子注入破壞晶格結(jié)構(gòu)。但是，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(yīng)用于異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)，本發(fā)明中，采用刻蝕的方法，將第一氮化 鎵鋁勢壘層、氮化鎵層、第二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(jié)構(gòu)來形成耗盡的ρ型半導體層將信號電荷抑制 于溝道內(nèi)。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，本發(fā)明中采用雙異質(zhì)結(jié)的方式。由于異質(zhì)結(jié)界面處能帶的不連續(xù) 性，在異質(zhì)結(jié)界面處形成電勢阱，雙異質(zhì)結(jié)在界面處形成對稱的量子阱結(jié)構(gòu)。產(chǎn)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(zhì)結(jié)界面附近的溝道內(nèi)。本發(fā)明的優(yōu)點是1.雙異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)中上下兩個異質(zhì)結(jié)界面上的能帶帶階及負極化電荷可以形成對 稱的量子阱結(jié)構(gòu)，提高了量子限制，抑制電荷在垂直方向上的擴散運動。2.氮化鎵具有優(yōu)異的壓電性能，可以擴大氮化鎵ACT技術(shù)的應(yīng)用范圍。3.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(yīng)用。4. AWaN/GaN異質(zhì)結(jié)界面處的大能帶帶階和強極化電荷可以產(chǎn)生高面密度二維電 子氣。


下面結(jié)合附圖及實施例對本發(fā)明作進一步描述圖1為本發(fā)明的基于氮化鎵材料的雙異質(zhì)結(jié)聲電荷輸運延遲線的橫截圖。圖2為本發(fā)明的基于氮化鎵材料的雙異質(zhì)結(jié)聲電荷輸運延遲線的俯視圖。圖3為本發(fā)明的基于氮化鎵材料的雙異質(zhì)結(jié)聲電荷輸運延遲線的聲表面波叉指 換能器圖。圖4為本發(fā)明的基于氮化鎵材料的雙異質(zhì)結(jié)聲電荷輸運延遲線的異質(zhì)結(jié)界面處 導帶圖。
具體實施例方式實施例如圖1、2、3所示在藍寶石基片1上外延氮化鎵緩沖層2以降低由藍寶 石與氮化鎵晶格失配所引起的高缺陷密度，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上外延氮化鎵緩沖層4，氮化鎵緩沖層4上外延氮化鎵鋁勢壘層5， 氮化鎵鋁勢壘層5上外延氮化鎵溝道層6，氮化鎵溝道層6上外延氮化鎵鋁勢壘層7。所述 緩沖層4、氮化鎵鋁勢壘層5、氮化鎵層6以及氮化鎵鋁勢壘層7的四邊被刻蝕掉以形成ACT 電荷輸運溝道10。氮化鎵鋁勢壘層7兩端有輸入8/輸出9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11。其中，聲表面波叉指換能器11由電極111及指條 112組成。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(zhì)量。緩沖層4用以提高界面質(zhì)量?；牧线€可以選擇碳化硅，緩沖層2材料還可 以選擇氮化鋁。如圖4所示，氮化鎵鋁勢壘層5、7與氮化鎵溝道層4界面處形成異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)，由于 能帶的不連續(xù)性，在界面處形成對稱量子阱結(jié)構(gòu)，三角型電勢壘將二維電子氣限制于溝道 內(nèi)，形成電流輸運溝道。ACT技術(shù)要求溝道能把信號電荷限制于溝道內(nèi)，而單異質(zhì)結(jié)ACT結(jié) 構(gòu)在抑制電荷向襯底方向擴散的能力不足。氮化鎵雙異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)可以在溝道上下兩側(cè)各形 成能帶勢壘，形成對稱的量子阱結(jié)構(gòu)，更好抑制電荷在垂直方向上的擴散運動。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(qū)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(shù)相比，氮化鎵ACT技術(shù)的應(yīng)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(yīng)用于高頻器件。AWaN/GaN異質(zhì)結(jié)界面處的大能帶帶階和 強極化電荷使二維電子氣ODEG)密度比砷化鎵質(zhì)結(jié)二維電子氣密度提高一個數(shù)量級。高 的二維電子氣密度可以改進器件的性能。
權(quán)利要求
1.一種基于氮化鎵材料的雙異質(zhì)結(jié)聲電荷輸運延遲線，包括基片，其特征在于所述 基片上設(shè)有第一緩沖層，所述第一緩沖層上設(shè)有氮化鎵半絕緣型襯底，所述氮化鎵半絕緣 型襯底上設(shè)有第二緩沖層，所述第二緩沖層上設(shè)有第一氮化鎵鋁勢壘層，所述第一氮化鎵 鋁勢壘層上設(shè)有氮化鎵層，所述氮化鎵層上設(shè)有第二氮化鎵鋁勢壘層，所述第一氮化鎵鋁 勢壘層、氮化鎵層、第二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，所述氮化鎵半絕緣型襯底兩端有可以構(gòu)成聲表面波叉指換能器的金屬圖案，所 述第二氮化鎵鋁勢壘層兩端有電極。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于氮化鎵材料的雙異質(zhì)結(jié)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。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于氮化鎵材料的雙異質(zhì)結(jié)聲電荷輸運延遲線，其特征在 于，所述所述第二緩沖層為氮化鎵緩沖層，所述氮化鎵緩沖層為P型摻雜。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于氮化鎵材料的雙異質(zhì)結(jié)聲電荷輸運延遲線，其特征在 于，所述基片為藍寶石基片或碳化硅基片。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于氮化鎵材料的雙異質(zhì)結(jié)聲電荷輸運延遲線，包括基片，其特征在于所述基片上設(shè)有第一緩沖層，所述第一緩沖層上設(shè)有氮化鎵半絕緣型襯底，所述氮化鎵半絕緣型襯底上設(shè)有第二緩沖層，所述第二緩沖層上設(shè)有第一氮化鎵鋁勢壘層，所述第一氮化鎵鋁勢壘層上設(shè)有氮化鎵溝道層，所述氮化鎵溝道層上設(shè)有第二氮化鎵鋁勢壘層，所述氮化鎵半絕緣型襯底兩端有可以構(gòu)成聲表面波叉指換能器的金屬圖案，所述第二氮化鎵鋁勢壘層兩端有電極。雙異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)中上下兩個異質(zhì)結(jié)界面上的能帶帶階及負極化電荷可以形成對稱的量子阱結(jié)構(gòu)，提高了量子限制，抑制電荷在垂直方向上的擴散運動。氮化鎵具有優(yōu)異的壓電性能，可以擴大氮化鎵ACT技術(shù)的應(yīng)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(yīng)用。AlGaN/GaN異質(zhì)結(jié)界面處的大能帶帶階和強極化電荷可以產(chǎn)生高面密度二維電子氣。
文檔編號H03H9/02GK102142451SQ20101029603
公開日2011年8月3日 申請日期2010年9月29日 優(yōu)先權(quán)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