[实用新型]一种自支撑氮化镓双异质结声电荷输运延迟线

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种声电荷输运器件（ACT, Acoustic Charge Transport），尤其涉及一种自支撑氮化镓双异质结声电荷输运延迟线。

背景技术

声电荷输运器件是一种新型、高频高速信号处理器，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，用它构成的横向滤波器，自适应滤波器和均衡器已经广泛应用于军事防御、商业系统中。

声电荷输运器件材料的选取极其重要，直接关系着ACT器件研究的成功与否。氮化镓材料具有高电子迁移率和优良的压电性能，符合ACT技术要求。但是目前氮化镓材料多在蓝宝石或者SiC基片上进行外延生长，这存在很大的局限性。蓝宝石的导热率较差，限制了热量的发散，并且蓝宝石与氮化镓的晶格失配较大，即使采用了缓冲层，还是会产生较大的位错密度。同时，蓝宝石与氮化镓材料的热膨胀系数的失配率也相对较大，这会在器件结构内产生应力，影响晶片尺寸及厚度。SiC价格昂贵，同时也会产生较大的位错密度，不利于声电荷输运器件的应用。

发明内容

本实用新型目的是：提供一种材料位错密度小，有利于声表面波传播的自支撑氮化镓双异质结声电荷输运延迟线。

本实用新型的技术方案是：一种自支撑氮化镓双异质结声电荷输运延迟线，其特征在于，包括自支撑氮化镓半绝缘型衬底，所述自支撑氮化镓半绝缘型衬底上设有缓冲层，所述缓冲层上设有第一氮化镓铝势垒层，所述第一氮化镓铝势垒层上设有氮化镓层，所述氮化镓层上设有第二氮化镓铝势垒层，所述第一氮化镓铝势垒层、氮化镓层、第二氮化镓铝势垒层以及缓冲层的四边被刻蚀掉以形成ACT电荷输运沟道，所述自支撑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，所述第二氮化镓铝势垒层两端有电极。

进一步的，所述自支撑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，所述缓冲层为半绝缘型氮化镓缓冲层。

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个因素：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，刻蚀很容易使表面凹凸不平，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。本发明的自支撑氮化镓双异质结结构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），因此，针对本实用新型器件结构的特点，采用刻蚀的方法将第一氮化镓铝势垒层、氮化镓层、第二氮化镓铝势垒层以及缓冲层两端刻蚀掉，将声表面波叉指换能器直接制作自支撑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、采用网格刻蚀的方法。3、对沟道外其它区域进行离子注入破坏晶格结构。但是，制作保护环会引起RF反馈问题。刻蚀与离子注入方法都可以应用于异质结结构，本实用新型中，采用刻蚀的方法，将第一氮化镓铝势垒层、氮化镓层、第二氮化镓铝势垒层以及缓冲层的上下两边（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p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，本实用新型中采用双异质结的方式。由于异质结界面处能带的不连续性，在异质结界面处形成电势阱，双异质结在界面处形成对称的量子阱结构。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。