Emission characteristics of quantum disk-in-nanowire (QD-NW) Light Emitting Diodes. Masters thesis, King Fahd University of Petroleum and Minerals.

Preview

PDF Thesis-Irfan_Khan-Emission_Characteristics_of_Quantum_Disk_in_Nanowire_Light_Emitting_Diodes.pdf Download (4MB) | Preview

Arabic Abstract

في هذه الرسالة تم تطوير نموذج محاكاة متكامل لدراسة خواص الانبعاث الضوئي لتشكيلات الأسلاك النانوية ذات القرص الكمومي (QD-NW) المبنية من مركب وخلائط نيترات الجاليوم GaN/InGaN والمستخدمة في الانارة. يعتمد هذا النموذج على دمج مجموعة مكونات في المجال الزمني (time domain) هي معادلة شرودنجر (Schrödinger) المعتمدة على الزمن لايجاد الطاقات الكمومية في منطقة القرص الكمومي وأشكال الدوال الكمومية المتعلقة بها، معادلة شدة التيار المبنية على الانجراف-الانتشار للشحنات (drift-diffusion)، معادلة بوسون (Poisson) لإيجاد قوة وتوزيع المجالات الكهربائية داخل التشكيل ومعادلة الاستمرارية. هذا وقد أخذ بعين الاعتبار كل من اعتماد حركية الاجسام المشحونة على المجال الكهربائي الموضعي والطبيعة القطبية لنيترات الجاليوم حيث تتكون مجالات قطبية ذاتية وأخرى إجهاديه عند المنطقة البينية للطبقات المختلفة تؤثر في سلوك نطاقات الطاقة داخل المواد. أستخدم الحل العددي للنموذج السابق باعتماد طريقة الفروقات المحدودة (Finite-difference Time-domain) مضافا اليها الحل العددي لمعادلة شرودنجر لتصبح QFDTD وذلك في بعد واحد وفي بعدين لاستخراج أهم خصائص التشكيل الباعث للضوء مثل علاقة التيار-الجهد (IV curves)، معدلات توليف الالكترون-الفجوة، تركيز ناقلات الشحنة، نطاقات الطاقة وتداخل الدوال الموجية للإلكترون والفجوة. هذا وقد أجريت دراسات متعددة على مجموعة من التشكيلات لدراسة أثر قطبية الشبيكة، سمك القرص الكمومي، تركيز الأنديوم (In)، قطر السلك النانوي، طبقة عزل الالكترونات وفقدان التماثل في منطقة القرص الكمومي. ولقد أظهرت نتائج المحاكاة ضعف تداخل الدوال الموجية للإلكترون والفجوة عند زيادة قطر السلك النانوي ومن ثم تدني مستوى الانبعاث الضوئي.

English Abstract

In this thesis, we have developed a time domain Q-FDTD (Quantum coupled Finite Difference Time Domain) model to study the emission characteristics of a Quantum-Disk-in-Nanowire (QD-NW) structure for solid state lighting applications. The Q-FDTD solver presented here is based on self-consistent solution of Schrodinger equation with the classical Drift-Diffusion model. The solver is developed for solving both one and two dimensional structures. Various physical properties of III-nitride materials such as spontaneous and piezoelectric polarization, electric field and doping dependence of mobility and diffusion coefficient are incorporated in the solver. Various electronic device properties such as I-V curves, recombination rates, band diagrams, carrier concentrations and electron hole wave function overlap are studied for the QD-NW structure. The 1D solver is used to perform various parametric studies on an SQW structure. Parametric studies about the effects of crystal polarity, quantum well thickness, Indium concentration in the well, the effects of electron blocking layer and asymmetric quantum well are performed. The two dimensional solver is used to study the effect of the radius on the emission characteristics of the disk-in-nanowire structure. For fixed bias, the current density in the device increases with increasing the radius. The recombination rates increase with decreasing the radius. Similarly, when the radius of the nanowire increases, the overlap between electron and hole wavefunctions decreases.

Item Type:	Thesis (Masters)
Subjects:	Engineering Electrical
Department:	College of Engineering and Physics > Electrical Engineering
Committee Advisor:	Alsunaidi, Mohammad A.
Committee Members:	Ooi, Boon S. and Al-Jamid, Hussain Ali
Depositing User:	IRFAN KHAN (g201207180)
Date Deposited:	24 Jun 2015 08:07
Last Modified:	01 Nov 2019 16:30
URI:	http://eprints.kfupm.edu.sa/id/eprint/139679