Enhancing light extraction efficiency of IngaN/GaNmulti quantum well light emitting diodes with embedded two dimensional photonic crystal structures
- Global styles
- Apa
- Bibtex
- Chicago Fullnote
- Help
Abstract
III-nitrürlerin potansiyel olarak sahip oldukları performans, yüksek kırılma indisleri nedeniyle oluşan tam yansımadan dolayı ketlenmektedir. Kırılma indisi 2.7 olan galyum nitrür içinde yol alan ışık, gelme açısı 22° ila 24° arasında olan kritik eşikten fazla olması durumunda hava-galyum nitrür sınırından geçememekte ve gerisingeriye malzeme içine yansımaktadır. Bu durumda, galyum nitrür tabanlı ışık saçan diyotların kuvantum kuyularında üretilen ışığın yalnızca %12'den daha az bir kısmı cihaz dışına çıkabilmektedir. Bu ışığın %66'lık büyük bir kısmı galyum nitrür içinde hapsolmakta, %22'lik bir kesimi ise taban malzeme olan safir içinde yönlenmektedir. Bu tez çalışmasında, galyum nitrür tabanli ışık saçan diyotların ışık çıkarım verimlerini artırmak için iki boyutlu fotonik kristal yapıları kullanılmıştır. Bu bağlamda, Kaliforniya Santa Barbara Üniversitesi işbiliğiyle Amerika'da büyütülen galyum nitrür tabanli malzemeler, Orta Doğu Teknik Üniversitesi ve Bilkent Üniversitesi'nde işlenmiş olup ardından fotonik kristal yapıları p katkı malzemeli katman üzerine basılmıştır.Bu tez iki ana çalışmadan oluşmuştur. Bu çalışmalardan bir tanesi karakterizasyon ve üretim çalışmalarıyken diğer çalışma simülasyon ve modellemeleri kapsamaktadır. Karakterizasyon ve üretim aşamasında öncelikle galyum nitrür malzemesinin reaktif iyon delme (RIE) sistemiyle işlenmesi karakterize edilmiştir. Karakterizasyon bölümünün tamamlanmasının ardında p tipi katkılama aktivasyonu Orta Doğu Teknik Üniversitesi'nde yapılmıştır. Ardından Amerika'da üretilmiş olan bu malzemelerin ışık saçan diyot üretimi sürecindeki işlemler Bilkent Üniversitesi bünyesindeki sınıf-100 mertebesinde bulunan temiz odada yürütülmüş ve karakterizasyon sırasında edinilen bilgiler ışığında diyot üretimi başarıyla tamamlanmıştır. Son bir basamak olarak fotonik kristal yapıları karesel ve üçgensel geometrilerde olmak üzere elektron ışını yazıcısında diyotlar üzerine basılmış ve reaktif iyon sisteminde son halini almıştır. Potential performance of III-Nitride based devices is hindered mainly because of an optical phenomenon called total internal reflection (TIR). With a refractive index of 2.7, GaN material has 22°-24° critical angle which means less than 12% of light can just escape the structure. While 66% of the light generated in quantum well region of a GaN based light emitting diode (LED) is trapped in the GaN layer, 22% of the light is guided in the sapphire substrate. In order to increase the extraction efficiency of GaN based LEDs, two dimensional photonic crystals were used in this thesis. LED wafers used were fabricated in collaboration with University of Santa Barbara, California (UCSB). These LED wafers were processed in the scope of the thesis and photonic crystal (PC) structures were patterned on the p layer of the device.This thesis work is concentrated on two parts; first part is characterization and fabrication, and second part is simulation. In characterization and fabrication part, firstly GaN material etching characterizations were completed using dry etching method by reactive ion etcher (RIE). After characterization step was completed, p doping activation was done and then LED wafers were processed in clean room class-100 environment, As a final step, two dimensional square and triangular photonic crystal lattice structures were patterned by using electron beam writer and these structures were transferred on to p layer of GaN LED by using RIE. Measurements and imaging regarding material and optical properties, fabrication quality and extraction enhancement.
Collections