CN202473927U - 自支撑氮化镓单异质结声电荷输运延迟线 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种自支撑氮化镓单异质结声电荷输运延迟线，包括自支撑氮化镓半绝缘型衬底，自支撑氮化镓半绝缘型衬底上设置有缓冲层和声表面波叉指换能器，声表面波叉指换能器位于缓冲层两侧的自支撑氮化镓半绝缘型衬底上；缓冲层上设置氮化镓铝势垒层，氮化镓铝势垒层上为ACT电荷输运沟道结构，ACT电荷输运沟道结构两侧的氮化镓铝势垒层上分别设有输入欧姆电极和输出欧姆电极。本实用新型的位错密度小，有利于声表面波的传播。
Description
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单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。
实用新型内容
实用新型目的：本实用新型所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，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单异质结声电荷输运延迟线。
为了解决上述技术问题，本实用新型公开了一种自支撑氮化镓单异质结声电荷输运延迟线，包括自支撑氮化镓半绝缘型衬底，自支撑氮化镓半绝缘型衬底上设置有缓冲层和声表面波叉指换能器，声表面波叉指换能器位于缓冲层两侧的自支撑氮化镓半绝缘型衬底上；缓冲层上设置氮化镓铝势垒层；自支撑氮化镓半绝缘型衬底、缓冲层以及氮化镓铝势垒层构成ACT电荷输运沟道结构，ACT电荷输运沟道结构两侧的氮化镓铝势垒层上分别设有输入欧姆电极和输出欧姆电极。
本实用新型中，所述声表面波叉指换能器包括两侧电极以及设置在两侧电极之间的指条。
本实用新型中，所述自支撑氮化镓半绝缘型衬底厚度需≥5λsaw，λsaw为声表面波波长。
本实用新型中，所述缓冲层为氮化镓缓冲层。
本实用新型工作原理如下：为了实现高的电荷输运效率，ACT电荷输运沟道结构满足以下三个条件：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。
本实用新型中的ACT电荷输运沟道结构，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，本实用新型采用刻蚀的方法将氮化镓铝势垒层以及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自支撑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。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。
有益效果：本实用新型优点如下：1、自支撑氮化镓材料位错密度小，有利于声表面波的传播。2、氮化镓具有优异的压电性能，可以扩大氮化镓ACT电荷输运沟道结构的应用范围。3、AlGaN/GaN（氮化铝镓/氮化镓）异质结界面处的大能带阶和强极化电荷可以产生高面密度二维电子气。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本实用新型做更进一步的具体说明，本实用新型的上述和/或其他方面的优点将会变得更加清楚。
图1为实施例中自支撑氮化镓单异质结声电荷输运延迟线的刻槽后的蓝宝石基片图。
图2为实施例中自支撑氮化镓单异质结声电荷输运延迟线横截图。
图3为实施例中自支撑氮化镓单异质结声电荷输运延迟线俯视图。
图4为实施例中自支撑氮化镓单异质结声电荷输运延迟线的声表面波叉指换能器图。
图5为实施例中自支撑氮化镓单异质结声电荷输运延迟线异质结界面处导带图。
具体实施方式
本实用新型公开了一种自支撑氮化镓单异质结声电荷输运延迟线，包括自支撑氮化镓半绝缘型衬底，自支撑氮化镓半绝缘型衬底上设置有缓冲层和声表面波叉指换能器，声表面波叉指换能器位于缓冲层两侧的自支撑氮化镓半绝缘型衬底上；缓冲层上设置氮化镓铝势垒层；自支撑氮化镓半绝缘型衬底、缓冲层以及氮化镓铝势垒层构成ACT电荷输运沟道结构，ACT电荷输运沟道结构两侧的氮化镓铝势垒层上分别设有输入欧姆电极和输出欧姆电极。本实用新型中，所述声表面波叉指换能器包括两侧电极以及设置在两侧电极之间的指条。本实用新型中，所述自支撑氮化镓半绝缘型衬底厚度需≥5λsaw，λsaw为声表面波波长。本实用新型中，所述缓冲层为氮化镓缓冲层。
实施例
如图1、2、3所示，本实施例公开了一种自支撑氮化镓单异质结声电荷输运延迟线，包括自支撑氮化镓半绝缘型衬底，自支撑氮化镓半绝缘型衬底上设置有缓冲层和声表面波叉指换能器，声表面波叉指换能器位于缓冲层两侧的自支撑氮化镓半绝缘型衬底上；缓冲层上设置氮化镓铝势垒层；自支撑氮化镓半绝缘型衬底、缓冲层以及氮化镓铝势垒层构成ACT电荷输运沟道结构，ACT电荷输运沟道结构两侧的氮化镓铝势垒层上分别设有输入欧姆电极和输出欧姆电极。如图4所示，所述声表面波叉指换能器包括两侧电极以及设置在两侧电极之间的指条。所述自支撑氮化镓半绝缘型衬底厚度需≥5λsaw，λsaw为声表面波波长。
本实施例制作工艺如下：选取氮化镓基片1，将其打磨至与自支撑氮化镓半绝缘型衬底厚度相同，在基片1中刻槽形成槽孔2，槽孔2面积与自支撑氮化镓半绝缘型衬底面积相同，将自支撑氮化镓半绝缘型衬底3放入槽孔2中，再进行外延工艺。在自支撑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5两端有输入欧姆电极6和输出欧姆电极7。在自支撑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≥5λsaw，λsaw为声表面波波长。
缓冲层4用以提高界面质量，该缓冲层为氮化镓缓冲层。
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，如图5所示，三角型电势垒将二维电子气限制于沟道内，形成电流输运沟道。
本实施例中的自支撑氮化镓半绝缘型衬底3可以从苏州纳维科技有限公司购得，可以参见该公司网页中关于小尺寸氮化镓自支撑晶片，其中的导电类型为Semi-Insulating部分的介绍。
本实用新型提供了一种自支撑氮化镓单异质结声电荷输运延迟线及其制备方法的思路，具体实现该技术方案的方法和途径很多，以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。本实施例中未明确的各组成部分均可用现有技术加以实现。
Claims (4)
1.一种自支撑氮化镓单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，自支撑氮化镓半绝缘型衬底上设置有缓冲层和声表面波叉指换能器，声表面波叉指换能器位于缓冲层两侧的自支撑氮化镓半绝缘型衬底上；缓冲层上设置氮化镓铝势垒层；自支撑氮化镓半绝缘型衬底、缓冲层以及氮化镓铝势垒层构成ACT电荷输运沟道结构，ACT电荷输运沟道结构两侧的氮化镓铝势垒层上分别设有输入欧姆电极和输出欧姆电极。
2.根据权利要求1所述的自支撑氮化镓单异质结声电荷输运延迟线，其特征在于，所述声表面波叉指换能器包括两侧电极以及设置在两侧电极之间的指条。
3.根据权利要求1所述的自支撑氮化镓单异质结声电荷输运延迟线，其特征在于，所述自支撑氮化镓半绝缘型衬底厚度需≥5λsaw，λsaw为声表面波波长。
4.根据权利要求1所述的自支撑氮化镓单异质结声电荷输运延迟线，其特征在于，所述缓冲层为氮化镓缓冲层。
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