[发明专利]一种基于氮化镓材料的单异质结声电荷输运延迟线

说明书

技术领域

本发明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。

背景技术

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。

发明内容

本发明目的是：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≥5λ_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。本发明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，本发明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，本发明中，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。