泡沫氮化镓及其制作方法与流程

本发明属于多孔半导体材料技术领域，具体地讲，涉及一种泡沫氮化镓及其制作方法。

背景技术：

氮化镓是一种具有较大禁带宽度的半导体，属于所谓宽禁带半导体之列；它是微波功率晶体管的优良材料，也是蓝色光发光器件中的一种具有重要应用价值的半导体。因此，鉴于氮化镓的特性，其在光电化学领域有着诸多的应用。

目前应用于光电化学领域的氮化镓一般均为普通的呈平面状的氮化镓，其虽然具有很好的载流子迁移速率、化学稳定性以及可控的带隙能量(通过掺杂不同的物质)，但是在能量转化效率方面却具有很大的缺陷；同时在将上述氮化镓作为基底负载金属及其金属氧化物时，由于呈平面状的氮化镓表面比较光滑且活性位点相对较少，使预负载的物质难以负载，即便负载成功也易于脱落，这些都限制了上述呈平面状的氮化镓在光电化学方面的应用。

技术实现要素：

为解决上述现有技术存在的问题，本发明提供了一种泡沫氮化镓，该泡沫氮化镓可有效提高对活性物质的附着力，增大与活性物质的真实接触面积，从而在光电化学方面具有更好的应用。

为了达到上述发明目的，本发明采用了如下的技术方案：

一种泡沫氮化镓，包括氮化镓骨架以及位于所述氮化镓骨架内部且彼此贯通的多个孔室。

进一步地，所述孔室的外切球体的直径为5nm～100nm。

进一步地，所述孔室的形状选自球体、正六棱柱、正方体、正八面体中的任意一种。

进一步地，所述多个孔室至少构成两层孔室层。

进一步地，所述氮化镓骨架形成在一衬底上，所述衬底选自蓝宝石、硅片、 氮化镓中的任意一种。

本发明的另一目的还在于提供一种泡沫氮化镓的制作方法，包括：在衬底上形成氮化镓层；对所述氮化镓层进行湿法刻蚀，以形成氮化镓骨架及位于所述氮化镓骨架内部且彼此贯通的多个孔室。

进一步地，对所述氮化镓层进行湿法刻蚀的具体方法包括：以所述氮化镓层作为光阳极，以金属电极作为阴极，将所述氮化镓层放置于刻蚀液中进行光电化学刻蚀。

进一步地，所述刻蚀液选自咪唑类离子液体、吡啶类离子液体、季铵盐类离子液体中的任意一种；其中，在各离子液体中，阴离子选自三氟甲磺酸盐、硝酸盐、硫酸盐、高氯酸盐中的任意一种。

进一步地，对所述氮化镓层进行湿法刻蚀的电压为1v～20v，刻蚀时间为1min～20min。

进一步地，在对所述氮化镓层进行湿法刻蚀之前，所述泡沫氮化镓的制作方法还包括：对所述衬底及其上形成的氮化镓层依次在丙酮和无水乙醇进行超声清洗。

本发明通过对氮化镓层进行刻蚀，使该呈平面状的氮化镓层形成了由氮化镓骨架以及位于该氮化镓骨架内部的彼此贯通的孔室组成的泡沫氮化镓，相比呈平面状的氮化镓，有效提高了对活性物质的附着力，增大了与活性物质的真实接触面积，从而在光电化学方面具有更好的应用；与此同时，根据本发明的泡沫氮化镓还兼具呈平面状的氮化镓的特点。另外，根据本发明的泡沫氮化镓的制作方法工艺简单，易于操作。

附图说明

通过结合附图进行的以下描述，本发明的实施例的上述和其它方面、特点和优点将变得更加清楚，附图中：

图1是根据本发明的实施例1的泡沫氮化镓材料的剖面图；

图2是根据本发明的实施例1的泡沫氮化镓材料的俯视图；

图3是根据本发明的实施例2的泡沫氮化镓材料的剖面图；

图4是根据本发明的实施例2的泡沫氮化镓材料的俯视图。

具体实施方式

以下，将参照附图来详细描述本发明的实施例。然而，可以以许多不同的形式来实施本发明，并且本发明不应该被解释为限制于这里阐述的具体实施例。相反，提供这些实施例是为了解释本发明的原理及其实际应用，从而使本领域的其他技术人员能够理解本发明的各种实施例和适合于特定预期应用的各种修改。在附图中，为了清楚起见，可以夸大元件的形状和尺寸，并且相同的标号将始终被用于表示相同或相似的元件。

实施例1

图1和图2分别是根据本实施例的泡沫氮化镓的剖面图以及俯视图。

具体参照图1和图2所示，根据本实施例的泡沫氮化镓包括衬底1、设置于所述衬底1上的氮化镓骨架2以及位于所述氮化镓骨架2内部的且相互贯通、交错分布的多个孔室3。

在本实施例中，所述多个孔室3至少构成两层孔室层；也就是说，位于所述氮化镓骨架2内部的孔室3是呈多层、多列的交错排布的，每一孔室3均和与其相邻的另一孔室3彼此贯通，从而形成了具有蜂巢状结构的氮化镓骨架2。

具体地，在本实施例中，衬底1的材料为硅片，所述孔室3的形状为球体，且该孔室3的平均直径为20nm左右。

值得说明的是，在本实施例中，并非所有的所述孔室3的直径均为20nm左右，而是大小不一的一系列孔室，且这些孔室3中最小的其直径为5nm左右，较大的可至30nm左右，所述的20nm左右仅为这些孔室3的平均直径。

以下将对本实施例的泡沫氮化镓的制作方法进行详细的描述。

在步骤一中，选取生长在衬底1上的氮化镓层作为基底。

在步骤二中，对所述衬底1及位于其上的氮化镓层进行清洁处理。

具体方法为：将该衬底1及位于其上的氮化镓层依次置于丙酮和无水乙醇中，并分别超声处理5min，以去除所述衬底1及氮化镓层的表面上的无机、有机等杂质。

在步骤三中，以n-磺酸丁基-3-甲基吡啶三氟甲磺酸盐作为刻蚀液，分别以所述氮化镓层以及银电极作为光阳极和阴极，对所述氮化镓层进行光电化学刻 蚀，获得泡沫氮化镓。

具体地，刻蚀电压为3v，刻蚀时间为3min。

根据本实施例的制作方法制备得到的泡沫氮化镓包括以硅片为材料的衬底1、生长于该衬底1上的氮化镓骨架2以及形成于所述氮化镓骨架2内部的且彼此贯通的多个孔室3，同时，这些孔室3至少构成两层孔室层；具体地，在本实施例中，所述孔室3的形状为球体，且其平均直径为20nm左右。

本实施例的泡沫氮化镓不仅具有氮化镓材料的诸如较大禁带宽度等优点外，还具有对活性物质的附着力较强、与活性物质的真实接触面积较大等独特的优点，从而在光电化学方面具有更好的用途。与此同时，本实施例的泡沫氮化镓的制作方法工艺简单，易于操作。

值得说明的是，由于本实施例所述的氮化镓骨架2的内部存在着“多层”的相互贯通、交错分布的孔室3，其相对于普通的多孔氮化镓中“单层”侵蚀而成的孔洞具有更大的比表面积，故根据本实施例的泡沫氮化镓相对于普通的平面氮化镓、甚至多孔氮化镓具有对活性物质更大的附着力。

实施例2

在实施例2的描述中，与实施例1的相同之处在此不再赘述，只描述与实施例1的不同之处。实施例2与实施例1的不同之处在于，在本实施例的泡沫氮化镓中，所述孔室3的形状为正六棱柱，且所述孔室3的外切球体的平均直径为70nm左右。

值得说明的是，在本实施例中，并非所有的所述孔室3的直径均为70nm左右，而是大小不一的一系列孔室3，且这些孔室3中最大的其直径可达100nm左右，而较小的约为60nm左右，所述的70nm左右仅为这些孔室3的平均直径。

本实施例的泡沫氮化镓的制作方法与实施例1中的制作方法的不同之处在于：

在步骤三中，以1-丁基-3-甲基咪唑硝酸盐作为刻蚀液，分别以氮化镓层以及银电极作为光阳极和阴极，对所述氮化镓层进行光电化学刻蚀，获得泡沫氮化镓。

具体地，刻蚀电压为17v，刻蚀时间为3min。

根据本实施例的制作方法制备得到的泡沫氮化镓包括以硅片为材料的衬底1、生长于该衬底1上的氮化镓骨架2以及形成于所述氮化镓骨架2内部的且彼此贯通的多个孔室3，同时，这些孔室3至少构成两层孔室层；具体地，在本实施例中，所述孔室3的形状为正六棱柱，且其外切球体的平均直径为70nm左右。

鉴于本实施例的泡沫氮化镓的结构，所述泡沫氮化镓不仅具有氮化镓材料的诸如较大禁带宽度等优点外，还具有对活性物质的附着力较强、与活性物质真实的接触面积较大等独特的优点，从而在光电化学方面具有更好的用途。与此同时，本实施例的泡沫氮化镓的制作方法工艺简单，易于操作。

实施例3

在实施例3的描述中，与实施例1的相同之处在此不再赘述，只描述与实施例1的不同之处。实施例3与实施例1的不同之处在于，在本实施例的泡沫氮化镓中，所述孔室3的形状为正六棱柱，且所述孔室3的外切球体的平均直径为50nm左右。

值得说明的是，在本实施例中，并非所有的所述孔室3的直径均为50nm左右，而是大小不一的一系列孔室3，且这些孔室3中较小的其直径约为30nm～40nm，而较大的约为70nm～80nm，所述的50nm左右仅为这些孔室3的平均直径。

本实施例的泡沫氮化镓的制作方法与实施例1中的制作方法的不同之处在于：

在步骤三中，以1-丁基-3-甲基咪唑硝酸盐作为刻蚀液，分别以氮化镓层以及银电极作为光阳极和阴极，对所述氮化镓层进行光电化学刻蚀，获得泡沫氮化镓。

具体地，刻蚀电压为3v，刻蚀时间为17min。

根据本实施例的制作方法制备得到的泡沫氮化镓包括以硅片为材料的衬底1、生长于该衬底1上的氮化镓骨架2以及形成于所述氮化镓骨架2内部的且彼此贯通的多个孔室3，同时，这些孔室3至少构成两层孔室层；具体地，在本实施例中，所述孔室3的形状为正六棱柱，且其外切球体的平均直径为50nm左右。

鉴于本实施例的泡沫氮化镓的结构，所述泡沫氮化镓不仅具有氮化镓材料 的诸如较大禁带宽度等优点外，还具有对活性物质的附着力较强、与活性物质真实的接触面积较大等独特的优点，从而在光电化学方面具有更好的用途。与此同时，本实施例的泡沫氮化镓的制作方法工艺简单，易于操作。

值得说明的是，根据本发明的泡沫氮化镓中的孔室3的形状并不限于上述实施例1、2和3中所述的球体和正六棱柱，还可以是其他如立方体、正八面体等形状，而在上述制作方法中，刻蚀液的种类即影响制备得到的泡沫氮化镓中的孔室3的形状，刻蚀液的具体选择根据预制备的泡沫氮化镓中的孔室3的形状来确定；刻蚀液可以是咪唑类离子液体、吡啶类离子液体或季铵盐类离子液体，而上述离子液体中的阴离子可以是三氟甲磺酸根、硝酸根、硫酸根、高氯酸根，如1-乙基-3-甲基咪唑三氟甲磺酸盐、1-磺酸丁基-3-甲基咪唑三氟甲磺酸盐、1-丁基-3-甲基吡啶三氟甲磺酸盐等。与此同时，设置于氮化镓骨架2下方的衬底也不限于硅片，还可以是其他如蓝宝石、氮化镓等任意在其表面可生长作为基底的氮化镓层的材料作为衬底；在制备上述泡沫氮化镓时，刻蚀方法并不限于上述的光电化学刻蚀，还可以是电化学刻蚀或其他任意工艺的湿法刻蚀，相应地，只需在进行湿法刻蚀时，调整刻蚀的相关工艺参数即可；当采用湿法刻蚀时，刻蚀电压以及刻蚀时间也并不限于上述实施例1、2、3中所述的3v和20min、17v和3min、3v和17min，一般控制刻蚀电压为1v～20v，刻蚀时间为1min～20min，即可制备得到外切球体的直径为5nm～100nm的孔室3。

虽然已经参照特定实施例示出并描述了本发明，但是本领域的技术人员将理解：在不脱离由权利要求及其等同物限定的本发明的精神和范围的情况下，可在此进行形式和细节上的各种变化。