專利名稱：一種自支撐氮化鎵雙異質(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)，尤其涉及一種自支撐氮化鎵雙異質(zhì)結(jié)聲電荷輸運延遲線。
背景技術(shù)：
聲電荷輸運器件是一種新型、高頻高速信號處理器，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(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，用它構(gòu)成的橫向濾波器，自適應(yīng)濾波器和均衡器已經(jīng)廣泛應(yīng)用于軍事防御、商業(yè)系統(tǒng)中。聲電荷輸運器件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。氮化鎵材料具有高電子遷移率和優(yōu)良的壓電性能，符合ACT技術(shù)要求。但是目前氮化鎵材料多在藍寶石或者SiC基片上進行外延生長，這存在很大的局限性。藍寶石的導(dǎo)熱率較差，限制了熱量的發(fā)散，并且藍寶石與氮化鎵的晶格失配較大，即使采用了緩沖層，還是會產(chǎn)生較大的位錯密度。同時，藍寶石與氮化鎵材料的熱膨脹系數(shù)的失配率也相對較大，這會在器件結(jié)構(gòu)內(nèi)產(chǎn)生應(yīng)力，影響晶片尺寸及厚度。SiC價格昂貴，同時也會產(chǎn)生較大的位錯密度，不利于聲電荷輸運器件的應(yīng)用。
發(fā)明內(nèi)容本實用新型目的是提供一種材料位錯密度小，有利于聲表面波傳播的自支撐氮化鎵雙異質(zhì)結(jié)聲電荷輸運延遲線。本實用新型的技術(shù)方案是一種自支撐氮化鎵雙異質(zhì)結(jié)聲電荷輸運延遲線，其特征在于，包括自支撐氮化鎵半絕緣型襯底，所述自支撐氮化鎵半絕緣型襯底上設(shè)有緩沖層， 所述緩沖層上設(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緩沖層的四邊被刻蝕掉以形成ACT電荷輸運溝道，所述自支撐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，所述自支撐氮化鎵半絕緣型襯底厚度需> 5λ· 為聲表面波波長。進一步的，所述緩沖層為半絕緣型氮化鎵緩沖層。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(dǎo)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(dǎo)電層、勢壘層或者半導(dǎo)體內(nèi)的載流子逸入溝道內(nèi)。第三，溝道能把信號電荷限制于溝道內(nèi)，消除除溝道以外的其它的電流途徑。[0009]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場屏蔽掉，通?？梢圆捎每涛g，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，刻蝕很容易使表面凹凸不平，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、摻雜等因素，較為復(fù)雜。本發(fā)明的自支撐氮化鎵雙異質(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，針對本實用新型器件結(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緩沖層兩端刻蝕掉，將聲表面波叉指換能器直接制作自支撐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(dǎo)電層、勢壘層或者半導(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?？涛g與離子注入方法都可以應(yīng)用于異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)，本實用新型中，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(dǎo)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，本實用新型中采用雙異質(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)。本實用新型的優(yōu)點是1、自支撐氮化鎵材料位錯密度小，有利于聲表面波的傳播。、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。、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。
以下結(jié)合附圖及實施例對本實用新型作進一步描述

圖1是制作本發(fā)明的自支撐氮化鎵雙異質(zhì)結(jié)聲電荷輸運延遲線的刻槽后的藍寶石基片圖。圖2是本發(fā)明的自支撐氮化鎵雙異質(zhì)結(jié)聲電荷輸運延遲線橫截圖。圖3是本發(fā)明的自支撐氮化鎵雙異質(zhì)結(jié)聲電荷輸運延遲線俯視圖。圖4是本發(fā)明的自支撐氮化鎵雙異質(zhì)結(jié)聲電荷輸運延遲線的聲表面波叉指換能器圖例。圖5是本發(fā)明的自支撐氮化鎵雙異質(zhì)結(jié)聲電荷輸運延遲線異質(zhì)結(jié)界面處導(dǎo)帶圖。
具體實施方式
[0023]實施例如圖1、2、3所示由于生產(chǎn)工藝中最小工藝托盤為2英寸，而自支撐氮化鎵材料尺寸要遠小于2英寸，所以采用將基片刻槽的方法來解決這一問題。如圖1所示，選取基片1，將其打磨至與自支撐氮化鎵半絕緣型襯底厚度相同，在基片1中刻槽形成槽孔2， 槽孔2面積與自支撐氮化鎵半絕緣型襯底面積相同，將自支撐氮化鎵半絕緣型襯底3放入槽孔2中，再進行外延工藝。自支撐氮化鎵半絕緣型襯底3，自支撐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，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。緩沖層4、氮化鎵鋁勢壘層5、氮化鎵溝道層6以及氮化鎵鋁勢壘層7四邊被刻蝕掉，形成了 ACT電荷輸運溝道結(jié)構(gòu)10。氮化鎵鋁勢壘層7兩端有輸入8和輸出9歐姆電極。在自支撐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，聲表面波換能器11由電極111及指條112組成。氮化鎵半絕緣型襯底厚度需>5入_,入_為聲表面波波長。緩沖層4用以提高界面質(zhì)量。氮化鎵鋁勢壘層 5，7與氮化鎵溝道層6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)，如圖5所示，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。以上實施例僅為本實用新型其中的一種實施方式，其描述較為具體和詳細，但并不能因此而理解為對本實用新型專利范圍的限制。應(yīng)當指出的是，對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本實用新型構(gòu)思的前提下，還可以做出若干變形和改進，這些都屬于本實用新型的保護范圍。因此，本實用新型專利的保護范圍應(yīng)以所附權(quán)利要求為準。
權(quán)利要求1.一種自支撐氮化鎵雙異質(zhì)結(jié)聲電荷輸運延遲線，其特征在于，包括自支撐氮化鎵半絕緣型襯底，所述自支撐氮化鎵半絕緣型襯底上設(shè)有緩沖層，所述緩沖層上設(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緩沖層的四邊被刻蝕掉以形成ACT電荷輸運溝道，所述自支撐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所述的一種自支撐氮化鎵雙異質(zhì)結(jié)聲電荷輸運延遲線，其特征在于，所述自支撐氮化鎵半絕緣型襯底厚度需> 5λ_, 為聲表面波波長。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種自支撐氮化鎵雙異質(zhì)結(jié)聲電荷輸運延遲線，其特征在于，所述緩沖層為半絕緣型氮化鎵緩沖層。
專利摘要本實用新型公開了一種自支撐氮化鎵雙異質(zhì)結(jié)聲電荷輸運延遲線，其特征在于，包括自支撐氮化鎵半絕緣型襯底，所述自支撐氮化鎵半絕緣型襯底上設(shè)有緩沖層，所述緩沖層上設(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緩沖層的四邊被刻蝕掉以形成ACT電荷輸運溝道，所述自支撐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。本實用新型提供一種材料位錯密度小，有利于聲表面波傳播的自支撐氮化鎵雙異質(zhì)結(jié)聲電荷輸運延遲線。
文檔編號H03H9/42GK202111669SQ20112010533
公開日2012年1月11日 申請日期2011年4月12日 優(yōu)先權(quán)日2011年4月12日
發(fā)明者孫曉紅, 田婷, 胡善文, 陳濤, 高懷 申請人:東南大學(xué)