This review article summarizes photoelectrochemical water splitting using gallium nitride (GaN). GaN materials have been studied as novel photoelectrode material due to its chemical stability and easy band gap engineering. Unlike other semiconductor materials that are easily corroded in strongly acidic or alkaline electrolyte, n-type GaN is chemically stable enough to be used as photoanode in oxygen evolution reaction. Furthermore, studies on p-type GaN have been recently reported. This review briefly discusses problems that need to be solved before GaN materials find widespread use in solar fuel application.
Journal of the Korean Crystal Growth and Crystal Technology
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v.8
no.3
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pp.388-395
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1998
This paper reports on a thermodynamic analysis for the GaN thick film growth by vapor phase
epitaxy method. The thermodynamic calculation was performed using a chemical stoichiometric algorism. The
simulation variables include the growth temperature in a range 400~1500 K, the gas ratios $(GaCl_3)/(GaCl_3+NH_3)$
and $(N_2)/(GaCl_3+NH_3)$. The theoretical calculation predicts that the growth temperature of GaN be in the
lower range of 450~750 K than the experimental results. The difference in the growth temperature between
the simulation and the experiments indicates that the vapor phase epitaxy of GaN is kinetically limited,
presumably, due to the high activation energy of thin film growth.
The effects of $NH_3$ flow rate and reactor pressure on Al composition and the interface of AlGaN/GaN heterostructure were studied. Equilibrium partial pressure of Ga and Al over AiGaN alloy was calculated as a function of growth pressure, $NH_3$flow rate and temperature. It was found equilbrium vapor pressure of Al is significantly lower than that of Ga, thus, the alloy composition mainly controlled by Ga partial pressure. We believe that more decomposition of Ga occur at lower $NH_3$ flow rate and higher growth pressure leads to preferred Al incorporation into AlGaN. The alloy composition gradient became larger at AlGaN/GaN heterointerface at higher reactor pressures, higher Al composition and low $NH_3$ flow rate. This composition gradient lowered sheet carrier concentration and electron mobility as well. We obtained an AlGaN/GaN heterostructure with sheet carrier density of ${\sim}2{\times}10^{13}cm^{-2}$ and mobility of 1250 and 5000 $cm^2$/Vs at 300 K and 100 K, respectively.
Proceedings of the Materials Research Society of Korea Conference
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2009.05a
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pp.29.1-29.1
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2009
Fabrication of good quality P-type GaN remained as a challenge for many years which hindered the III-V nitrides from yielding visible light emitting devices. Firstly Amano et al succeeded in obtaining P-type GaN films using Mg doping and post Low Energy Electron Beam Irradiation (LEEBI) treatment. However only few region of the P-GaN was activated by LEEBI treatment. Later Nakamura et al succeeded in producing good quality P-GaN by thermal annealing method in which the as deposited P-GaN samples were annealed in N2 ambient at temperatures above $600^{\circ}C$. The carrier concentration of N type and P-type GaN differs by one order which have a major effect in AlGaN based deep UV-LED fabrication. So increasing the P-type GaN concentration becomes necessary. In this study we have proposed a novel method of activating P-type GaN by electrochemical potentiostatic method. Hydrogen bond in the Mg-H complexes of the P-type GaN is removed by electrochemical reaction using KOH solution as an electrolyte solution. Full structure LED sample grown by MOCVD serves as anode and platinum electrode serves as cathode. Experiments are performed by varying KOH concentration, process time and applied voltage. Secondary Ion Mass Spectroscopy (SIMS) analysis is performed to determine the hydrogen concentration in the P-GaN sample activated by annealing and electrochemical method. Results suggest that the hydrogen concentration is lesser in P-GaN sample activated by electrochemical method than conventional annealing method. The output power of the LED is also enhanced for full structure samples with electrochemical activated P-GaN. Thus we propose an efficient method for P-GaN activation by electrochemical reaction. 30% improvement in light output is obtained by electrochemical activation method.
Journal of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers
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v.21
no.6
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pp.503-508
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2008
In order to reduce the piezoelectric field originated from the well layer which resides in InGaN/GaN light emitting diode, InGaN/GaN superlattice buffer layers were grown at the bottom and the top of the active layer. Measuring the photoluminescence spectra with different reverse bias voltages clearly revealed the condition of the flat band under which the transition energy is maximized and the linewidth is minimized. Accordingly, the piezoelectric field of $In_{0.15}Ga_{0.85}N$ in our sample was estimated as -1.08 MV/cm. It is less than half the value reported in the previous studies, and it is evidenced that the strain has reduced due to the superlattice buffer layers.
Proceedings of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers Conference
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2006.11a
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pp.315-316
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2006
We fabricated GaN nanopores m the etching process of anodic oxidation of aluminum. The aluminum was deposited by using E-beam evaporator on p-type GaN. After the aluminum was anodized GaN structure was exposed to the electric field with the oxidat species. The fabricated nanopore structure provides the enhanced intensity of light emission at the wavelengths 470 nm. We investigated the structure of the GaN nanopores from FE-SEM and EDS measurements.
The impact of UV irradiation process on the AlGaN/GaN metal-oxide-semiconductor heterostructure field-effect transistor was investigated. Due to the high intensity UV irradiation before the gate dielectric deposition, the conductivity of AlGaN/GaN structure and the drain saturation current of the transistor increased by about 10 %. However, the pinch off characteristics of transistor was severely deformed by the process. By comparing the electrical characteristics of the transistors, it was proposed that the high intensity UV irradiation formed a sub-channel under the two dimensional electron gas of AlGaN/GaN structure even without additional impurity injection.
The next-generation AlGaN/GaN HEMT power devices need higher power at higher frequencies. To know the device characteristics, the simulation of those devices are made. This paper presents a simulation study on the DC and RF characteristics of AlGaN/GaN HEMT power devices. According to the reduction of gate length from $2.0{\mu}m$ to $0.1{\mu}m$, the simulation results show that the drain current at zero gate voltage increases, the gate capacitance decreases, and the maximum transconductance increases, and thus the cutoff frequency and the maximum oscillation frequency increase. The maximum oscillation frequency maintains higher than the cutoff frequency, which means that the devices are useful for power devices at very high frequencies.
Journal of the Korean Crystal Growth and Crystal Technology
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v.18
no.1
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pp.10-14
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2008
We synthesized GaN nanowires with high quality using the vapor phase epitaxy technique. The GaN nanowires were obtained at a temperature of $950^{\circ}C$. The Ar and $NH_3$ flow rates were 1000 sccm and 50 sccm, respectively. The shape of the GaN nanowires was confirmed through FESEM analysis. We were able to conclude that the GaN nanowires synthesized via vapor-solid (VLS) mechanism when the source was closed to the substrate. On the other side, the VS mechanism changed to vapor-liquid-solid (VLS) as the source and the substrate became more distant. Therefore, we can suggest that the large amount of Ga source from initial growth interrupt the role of catalyst on the substrate.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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