28881

طراحي و شبيه سازي ديود گسيلنده نوري سه - نايترايد

كارشناسي ارشد

مهندسي برق افزاره هاي ميكرو و نانو الكترونيك

1398

1402/3/6

آقاي دكتر محمد عظيم كرمي

مهندسي برق

برخلاف ديودهاي گسيلنده نوري با ناحيه فعال از جنس InGaN كه محدودة نور مرئي را شامل مي‌شوند و بازده نوري مطلوبي دارند، ديودهاي گسيلنده نوري ماورا بنفش عميق با ناحيه فعال از جنس آلياژ AlGaN بازده نوري كمتري دارند. در اين پايان‌نامه، با استفاده از يك راه‌حل كليدي به بهبود استخراج نوري در ديود‌هاي نوري ماورا بنفش عميق پرداخته شده است. اين پايان‌نامه از دو بخش اصلي تشكيل شده است. اول، به شبيه‌سازي ساختار ناحيه فعال يك ديود گسيلنده نوري ماورا بنفش عميق با روش تنگ‌بست و با تقريب sp3 مي‌پردازيم. تقريب تنگ‌بست استفاده شده در اين پژوهش براي اولين‌بار براي رسم ساختار باند انرژي مواد ابر شبكة سه - نايترايدي بكار رفته است. ساختار پيشنهادي از يك ناحيه فعال با مشخصات ابر شبكه‌اي AlN7/GaN1 تشكيل شده و داراي گاف انرژي 5.367 الكترون ولتي است(Δ_cr به مقدار 263+ ميلي الكترون ولت مي رسد). Δ_crيك مشخصه ي مهم در نيمه هادي هاي سه-نايترايدي است كه در بازده نوري افزاره نقش كليدي دارد. بازتركيب الكترون ها و حفره ها در اين ساختار منجر به ايجاد نور ماورا بنفش عميق با طول موج 230 نانومتري مي شود. گاف انرژي به دست آمده با روش تنگ‌بست نسبت به روش Kronnig-Penny به داده هاي تجربي نزديك تر محاسبه شده است. دوم، به پياده سازي كل ساختار ديود گسيلنده نوري در نرم افزار سيلواكو مي پردازيم و مشخصه هاي مهم خروجي يك ديود گسيلنده نوري را به دست مي آوريم. در نهايت، توان تشعشعي به دست آمده در ديود نوري 230 نانومتري پيشنهادي، 8 برابر ديود هاي نوري 210 نانومتري با ناحيه فعال از جنس AlN و ضخامت 60 نانومتر است.

1402/07/26

Design and simulation of III-Nitride light emitting Diode

5/26/2024 12:00:00 AM

Unlike high luminous InGaN-based LEDs that cover the whole visible light spectrum, deep UV AlGaN-based LEDs suffer from low power luminosity. In this thesis, an effective solution to improve the external quantum efficiency of these devices is presented. This thesis comes in two parts. First, the simulation of an active region of the device is accomplished by the Empirical Tight Binding method with sp3 approximation. The proposed Active region is an Al-riched superlattice with the structure of AlN7/GaN1. The superlattice band gap of 5.3679 eV and Δ_cr of +263 meV are obtained by ETBM method. Δ_cr is an important factor in III-nitride semiconductors for designing a high luminous LED. To the best of our knowledge, The ETBM used in this project is firstly employed to draw the band structure of III-Nitride superlattices. Our ETBM results are closer to experimental data in comparison to the Kronig-Penny approximation. In the proposed superlattice structure, radiative recombination of carriers produces photons with a wavelength of 230 nm. Second, AlN7/GaN1 based LED is implemented in Silvaco TCAD. The important features of the device like current-voltage, current-luminescence, power spectral density-wavelength, and bandwidth have been investigated. Finally, we concluded that using an Al-riched superlattice with one GaN monolayer results in 8 times higher luminous power than AlN-based deep UV LEDs.

ماورا بنفش عميق , ديود گسيلنده نوري , ابر شبكه , تنگ‌بست , سيلواكو

Deep UV LED , Empirical Tight Binding Method , Silvaco Tcad

Saeid Sarkhoshan

Mohammad Azim Karami