專(zhuān)利名稱(chēng)：一種基于氮化鎵材料的雙異質(zhì)結(jié)聲電荷輸運(yùn)延遲線的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種聲電荷輸運(yùn)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(yùn)延遲線。
背景技術(shù)：
ACT器件是一種高頻高速模擬信號(hào)處理器，是把電荷耦合器件與聲表面波器件結(jié) 合起來(lái)的一種新型半導(dǎo)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(hào)處理器，不需要A/D和D/A轉(zhuǎn)換器，具有信號(hào)處理速度快、可靠性高、功耗低、尺寸小、重量 輕等優(yōu)點(diǎn)。用ACT器件構(gòu)成的橫向?yàn)V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(duì)于ACT器件來(lái)說(shuō)，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(dǎo)體材料既具有強(qiáng)壓電性能以獲得較高的聲表面波電勢(shì)場(chǎng)，同時(shí) 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(shì)場(chǎng)，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(hào)頻率的不斷提高， 聲表面波叉指換能器指條間的距離越來(lái)越小，工藝實(shí)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)容本實(shí)用新型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(yùn)延遲線。本實(shí)用新型的技術(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(yùn)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(shì)壘層，所述第一氮化鎵鋁勢(shì)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(shì)壘層，所述第一氮化鎵鋁勢(shì)壘層、氮化鎵層、第二氮化鎵鋁勢(shì)壘層以及第二緩沖層的四邊 被刻蝕掉以形成ACT電荷輸運(yùn)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(shì)壘層兩端有電極。進(jìn)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(jìn)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(jìn)一步的，所述基片為藍(lán)寶石基片或碳化硅基片。工作原理為了實(shí)現(xiàn)高的電荷輸運(yùn)效率，ACT技術(shù)溝道必須滿(mǎn)足以下3個(gè)因素第 一，為了確保高的輸運(yùn)效率，必須保證由叉指換能器激發(fā)的聲表面波在傳播過(guò)程中產(chǎn)生的 行波電勢(shì)場(chǎng)不會(huì)被半導(dǎo)體層中自由電荷所創(chuàng)建的電場(chǎng)屏蔽掉。第二，溝道要能夠抑制鄰近 的導(dǎo)電層、勢(shì)壘層或者半導(dǎo)體內(nèi)的載流子逸入溝道內(nèi)。第三，溝道能把信號(hào)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(dǎo)體層中的自由電荷將聲表面波形成的行波電勢(shì)場(chǎng)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(diǎn)，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(dǎo)體特點(diǎn)、摻 雜等因素，較為復(fù)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(yuǎn)淺于 傳統(tǒng)隱埋層ACT溝道位置(大約半個(gè)波長(zhǎng))，因此，針對(duì)本發(fā)明器件結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，采用刻蝕的 方法將第一氮化鎵鋁勢(shì)壘層、氮化鎵層、第二氮化鎵鋁勢(shì)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(duì)行波電勢(shì)場(chǎng)屏 蔽的影響。為了抑制鄰近的導(dǎo)電層、勢(shì)壘層或者半導(dǎo)體內(nèi)的載流子逸入溝道內(nèi)干擾束縛于電 勢(shì)阱內(nèi)的信號(hào)電荷，有以下三種方法可以考慮1、制作保護(hù)環(huán)。2、采用網(wǎng)格刻蝕的方法。3、 對(duì)溝道外其它區(qū)域進(jìn)行離子注入破壞晶格結(jié)構(gòu)。但是，制作保護(hù)環(huán)會(huì)引起RF反饋問(wèn)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(shì)壘層、氮化鎵層、第二氮化鎵鋁勢(shì)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(yùn)溝道。傳統(tǒng)的方法是采用簡(jiǎn)單的p-n-p結(jié)構(gòu)來(lái)形成耗盡的ρ型半導(dǎo)體層將信號(hào)電荷抑制 于溝道內(nèi)。但是對(duì)于氮化鎵而言，這個(gè)方法卻不容易實(shí)現(xiàn)。因?yàn)閷?duì)氮化鎵進(jìn)行P型摻雜比 較困難，難以實(shí)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(shì)阱，雙異質(zhì)結(jié)在界面處形成對(duì)稱(chēng)的量子阱結(jié)構(gòu)。產(chǎn)生的電勢(shì)阱 可以限制電荷在垂直方向上的擴(kuò)散，將信號(hào)電荷限制于異質(zhì)結(jié)界面附近的溝道內(nèi)。本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)是1.雙異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)中上下兩個(gè)異質(zhì)結(jié)界面上的能帶帶階及負(fù)極化電荷可以形成對(duì) 稱(chēng)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(kuò)散運(yùn)動(dòng)。2.氮化鎵具有優(yōu)異的壓電性能，可以擴(kuò)大氮化鎵ACT技術(shù)的應(yīng)用范圍。3.藍(lán)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(qiáng)極化電荷可以產(chǎn)生高面密度二維電 子氣。
以下結(jié)合附圖及實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步描述

圖1為本實(shí)用新型的基于氮化鎵材料的雙異質(zhì)結(jié)聲電荷輸運(yùn)延遲線的橫截圖。圖2為本實(shí)用新型的基于氮化鎵材料的雙異質(zhì)結(jié)聲電荷輸運(yùn)延遲線的俯視圖。圖3為本實(shí)用新型的基于氮化鎵材料的雙異質(zhì)結(jié)聲電荷輸運(yùn)延遲線的聲表面波 叉指換能器圖。圖4為本實(shí)用新型的基于氮化鎵材料的雙異質(zhì)結(jié)聲電荷輸運(yùn)延遲線的異質(zhì)結(jié)界 面處導(dǎo)帶圖。
具體實(shí)施方式
實(shí)施例如圖1、2、3所示在藍(lán)寶石基片1上外延氮化鎵緩沖層2以降低由藍(lán)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(shì)壘層5， 氮化鎵鋁勢(shì)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(shì)壘層7。所述 緩沖層4、氮化鎵鋁勢(shì)壘層5、氮化鎵層6以及氮化鎵鋁勢(shì)壘層7的四邊被刻蝕掉以形成ACT 電荷輸運(yùn)溝道10。氮化鎵鋁勢(shì)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(lán)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(shì)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(duì)稱(chēng)量子阱結(jié)構(gòu)，三角型電勢(shì)壘將二維電子氣限制于溝道 內(nèi)，形成電流輸運(yùn)溝道。ACT技術(shù)要求溝道能把信號(hào)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(kuò)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(shì)壘，形成對(duì)稱(chēng)的量子阱結(jié)構(gòu)，更好抑制電荷在垂直方向上的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)。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(dòng)功率就可以得到足夠高的聲表面波勢(shì)場(chǎng)。 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(lán)寶石上生長(zhǎng)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(zhǎng)，從而在制作高頻叉指換能器時(shí)工藝相對(duì)簡(jiǎn)單，容易實(shí) 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(qiáng)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(gè)數(shù)量級(jí)。高 的二維電子氣密度可以改進(jìn)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(yùn)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(shì)壘層，所述第一氮化鎵 鋁勢(shì)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(shì)壘層，所述第一氮化鎵鋁 勢(shì)壘層、氮化鎵層、第二氮化鎵鋁勢(shì)壘層以及第二緩沖層的四邊被刻蝕掉以形成ACT電荷 輸運(yùn)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(shì)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(yùn)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(yùn)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(yùn)延遲線，其特征在 于，所述基片為藍(lán)寶石基片或碳化硅基片。
專(zhuān)利摘要本實(shí)用新型公開(kāi)了一種基于氮化鎵材料的雙異質(zhì)結(jié)聲電荷輸運(yùn)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(shì)壘層，所述第一氮化鎵鋁勢(shì)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(shì)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(shì)壘層兩端有電極。雙異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)中上下兩個(gè)異質(zhì)結(jié)界面上的能帶帶階及負(fù)極化電荷可以形成對(duì)稱(chēng)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(kuò)散運(yùn)動(dòng)。氮化鎵具有優(yōu)異的壓電性能，可以擴(kuò)大氮化鎵ACT技術(shù)的應(yīng)用范圍。藍(lán)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(qiáng)極化電荷可以產(chǎn)生高面密度二維電子氣。
文檔編號(hào)H01L27/12GK201893341SQ20102054726
公開(kāi)日2011年7月6日 申請(qǐng)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(qǐng)人:蘇州英諾迅科技有限公司