一种基于氮化镓材料的单异质结声电荷输运延迟线制造技术

本实用新型专利技术公开了一种基于氮化镓材料的单异质结声电荷输运延迟线，包括基片，其特征在于：所述基片上设有氮化镓半绝缘型衬底，所述氮化镓半绝缘型衬底上设有氮化镓铝势垒层，所述氮化镓半绝缘型衬底两端有可以构成声表面波叉指换能器的金属图案，所述氮化镓铝势垒层两端有电极。氮化镓具有优异的压电性能，可以扩大氮化镓ACT的应用范围。蓝宝石上氮化镓材料具有较大的声表面波速度，有利于高频应用。AlGaN/GaN异质结界面处的大能带带阶和强极化电荷可以产生高面密度二维电子气。（*该技术在2020年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及一种声电荷输运器件(ACT，Acoustic Charge "Transport)，尤其 涉及一种基于氮化镓材料的单异质结声电荷输运延迟线。
技术介绍
ACT器件是一种高频高速模拟信号处理器，是把电荷耦合器件与声表面波器件结 合起来的一种新型半导体器件，可以直接应用于射频领域。它是一种完全可编程模拟信号 处理器，不需要A/D和D/A转换器，具有信号处理速度快、可靠性高、功耗低、尺寸小、重量轻 等优点。用ACT器件构成的横向滤波器、自适应滤波器和均衡器等已经广泛应用于军事防 御、商业系统中。对于ACT器件来说，材料的选取极其重要，直接关系着ACT器件研究的成功与否。 ACT器件要求所选用的半导体材料既具有强压电性能以获得较高的声表面波电势场，同时 要求其具备高电子迁移率以获得高的转移效率。GaAs材料具有压电特性和高电子迁移率， 符合ACT技术要求，一直为ACT技术的理想材料。但是，GaAs材料美中不足的是其压电性 能较弱，需要较大的功率才能产生足够大的声表面波电势场，并且一般只应用于窄带ACT 器件，虽然利用压电薄膜技术可以得到带宽比较大的器件，但是随着信号频率的不断提高， 声表面波叉指换能器指条间的距离越来越小，工艺实现比较困难。这在一定程度上限制了 GaAs ACT技术的发展。
技术实现思路
本技术目的是提供一种基于氮化镓材料的单异质结声电荷输运器件。氮化 镓单异质结结构符合ACT器件沟道要求，氮化镓具有优良的压电性能及高声表面波速度， 可以扩大ACT技术的应用范围。本技术的技术方案是一种基于氮化镓材料的单异质结声电荷输运延迟线， 包括基片，其特征在于所述基片上设有氮化镓半绝缘型衬底，所述氮化镓半绝缘型衬底上 设有氮化镓铝势垒层，所述氮化镓半绝缘型衬底两端有可以构成声表面波叉指换能器的金 属图案，所述氮化镓铝势垒层两端有电极。进一步的，所述基片与氮化镓半绝缘型衬底之间有第一缓冲层。进一步的，所述氮化镓半绝缘型衬底厚度需> 5 λ saw，λ saw为声表面波波长。进一步的，所述氮化镓半绝缘型衬底与氮化镓铝势垒层之间有第二缓冲层。进一步的，所述氮化镓铝势垒层以及第二缓冲层的四边被刻蚀掉以形成ACT电荷 输运沟道。进一步的，所述第一缓冲层为氮化镓缓冲层或氮化铝缓冲层。进一步的，所述第二缓冲层为氮化镓缓冲层。进一步的，所述基片为蓝宝石基片，其中横轴为E/Ev，纵轴为nm。工作原理为了实现高的电荷输运效率，ACT技术沟道必须满足以下3个条件第一，为了确保高的输运效率，必须保证由叉指换能器激发的声表面波在传播过程中产生的 行波电势场不会被半导体层中自由电荷所创建的电场屏蔽掉。第二，沟道要能够抑制邻近 的导电层、势垒层或者半导体内的载流子逸入沟道内。第三，沟道能把信号电荷限制于沟道 内，消除除沟道以外的其它的电流途径。为了避免半导体层中的自由电荷将声表面波形成的行波电势场屏蔽掉，通常可以 采用刻蚀，质子注入或者外加偏置这三种办法。这三种办法各有优缺点，刻蚀容很易使表面 凹凸不平，不利于高频应用；质子注入只能应用于薄外延层，并且采用质子注入的方法很容 易破坏晶体结构，不利于声表面波的传播；采用外加偏压这种办法需要考虑半导体特点、掺 杂等因素，较为复杂。本专利技术中所采用的氮化镓单异质结结构ACT，沟道很接近表面，远浅于 传统隐埋层ACT沟道位置(大约半个波长)。签于此，本技术采用刻蚀的方法将氮化镓 铝势垒层以及第二缓冲层的左右两端刻蚀掉，将声表面波叉指换能器直接制作于氮化镓半 绝缘型衬底上，消除自由电荷对行波电势场屏蔽的影响。为了抑制邻近的导电层、势垒层或者半导体内的载流子逸入沟道内干扰束缚于电 势阱内的信号电荷，有以下三种方法可以考虑1、制作保护环。2、采用刻蚀的方法。3、对沟 道外其它区域进行离子注入破坏晶格结构。制作保护环会引起RF反馈问题。由于刻蚀与 离子注入方法都可以应用于异质结结构，本技术中，采用刻蚀的方法，将氮化镓铝势垒 层以及第二缓冲层的上下两边(俯视)刻蚀掉，以形成ACT电荷输运沟道。传统的方法是采用简单的p-n-p结构来形成耗尽的ρ型半导体层将信号电荷抑制 于沟道内。但是对于氮化镓而言，这个方法却不容易实现。因为对氮化镓进行P型掺杂比 较困难，难以实现，因此，本技术中采用单异质结的方式。由于异质结界面处能带的不 连续性，在异质结界面处形成三角型电势阱。产生的电势阱可以限制电荷在垂直方向上的 扩散，将信号电荷限制于异质结界面附近的沟道内。本技术的优点是1.氮化镓具有优异的压电性能，可以扩大氮化镓ACT的应用范围。2.蓝宝石上氮化镓材料具有较大的声表面波速度，有利于高频应用。3. AWaN/GaN异质结界面处的大能带带阶和强极化电荷可以产生高面密度二维电 子气。以下结合附图及实施例对本技术作进一步描述附图说明图1为本技术的基于氮化镓材料的单异质结声电荷输运延迟线横截图。图2为本技术的基于氮化镓材料的单异质结声电荷输运延迟线俯视图。图3为本技术的基于氮化镓材料的单异质结声电荷输运延迟线的声表面波 叉指换能器图。图4为本技术的基于氮化镓材料的单异质结界面导带图。具体实施方式实施例如图1、2、3所示在蓝宝石基片1上外延氮化镓缓冲层2，氮化镓缓冲层 2上外延氮化镓半绝缘型衬底3。氮化镓半绝缘型衬底3上外延缓冲层4，缓冲层4上外延氮化镓铝势垒层5。缓冲层4以及氮化镓铝势垒层5四边被刻蚀掉，形成了 ACT电荷输运沟 道结构8。氮化镓铝势垒层5两端有输入6和输出7欧姆电极。在氮化镓半绝缘型衬底3 上制作声表面波叉指换能器9。其中，声表面波换能器9由电极91及指条92组成。氮化镓 半绝缘型衬底厚度需>5 λ saw，为声表面波波长。缓冲层2用以降低由蓝宝石与氮化 镓晶格失配所引起的高缺陷密度，提高氮化镓材料质量。缓冲层4用以提高界面质量。基 片材料还可以选择碳化硅，缓冲层2材料还可以选择氮化铝。缓冲层4材料为氮化镓。 如图4所示，氮化镓铝势垒层5与氮化镓缓冲层4界面处形成异质结结构，由于能 带的不连续性，在界面处形成三角型电势垒，三角型电势垒将二维电子气限制于沟道内，形 成电荷输运沟道。氮化镓具有优异的压电性能，与砷化镓相比，只要较小的驱动功率就可以 得到足够高的声表面波势场。因此，与砷化镓ACT技术相比，氮化镓ACT技术的应用范围更 加广阔。蓝宝石上生长的氮化镓材料具有较大的声表面波速度，约为5000m/s，较常用的压 电材料大20%以上。声速高意味着在相同频率下具有较大的波长，从而在制作高频叉指换 能器时工艺相对简单，容易实现。高声速使得氮化镓广泛的应用于高频器件。AWaN/GaN异 质结界面处的大能带带阶和强极化电荷使二维电子气ODEG)密度比砷化镓二维电子密度 异质结提高一个数量级。高的二维电子气密度可以改进器件的性能。权利要求1.一种基于氮化镓材料的单异质结声电荷输运延迟线，包括基片，其特征在于所述 基片上设有氮化镓半绝缘型衬底，所述氮化镓半绝缘型衬底上设有氮化镓铝势垒层，所述 氮化镓半绝缘型衬底两端有可以构成声表面波叉指换能器的金属图案，所述氮化镓铝势垒 层两端有电极。2.根据权利要求1所述的基于氮化镓材料的单异质结声本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种基于氮化镓材料的单异质结声电荷输运延迟线，包括基片，其特征在于：所述基片上设有氮化镓半绝缘型衬底，所述氮化镓半绝缘型衬底上设有氮化镓铝势垒层，所述氮化镓半绝缘型衬底两端有可以构成声表面波叉指换能器的金属图案，所述氮化镓铝势垒层两端有电极。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：高怀，张晓东，王晓彧，陈涛，薛川，
申请(专利权)人：苏州英诺迅科技有限公司，
类型：实用新型
国别省市：32