A Coupled Electronic-Optical Simulation Model of GaN-Based LEDs

Abstract

انتشرت تقنية الاضاءة المعتمدة على اشباه الموصلات ذات الانبعاث الضوئي خاصة تلك التي تستخدم مواد نيتريدات عناصر المجموعة الثالثة (النيتريد-3)، حيث تعتبر الآن مصدرا موثوقا للاضاءة لما لها من ميزات فريدة مثل توفير الطاقة و طول العمر الافتراضي. غير أن هناك حاجة ملحة لدراسة أداء هذه الصمامات الضوئية عن طريق المحاكاة و النمذجة باستخدام الطرق العددية من أجل فهم المبادئ الفيزيائية لها وتطوير أدائها وكفاءتها. في هذه الأطروحة، نعرض نموذجا لعمل هذه الصمامات يعتمد على ربط حركة ناقلات الشحنة بالانبعاثات الضوئية في اطار واحد مترابط في المجال الزمني، الامر الذي لم يتطرق إليه قبل الآن. وتمت محاكات حركة ناقلات الشحنة باستخدام معادلات الانتشار و الازاحة، في حين تمت محاكاة انبعاث الضوء وانتشار الموجات الضوئية باستخدام معادلات ماكسويل. و لربط النموذجين تم اعداد طريقة جديدة للربط تعتمد على تعيين انبعاثات ضوئية قطبية ذات شدة معتمدة على معاملات التلاحم المضيء بين الالكترونات و الثقوب. و يتم تعيير هذه الشدة بالقياسات المعملية. ولقد تم استخدام هذا النموذج المترابط في دراسة الكفاءة الضوئية لمجموعة من التركيبات للصمامات الضوئية المعتمدة على مادة نيتريد الجاليوم بما في ذلك تركيبات p-nو p-i-n و P-n-N و P-p-N. تم تطبيق النموذج المترابط في دراسة حالتين لتركيبين جديدين يظهران الحاجة الى هذا النموذج: الاولى يكون فيها طبقة التوصيل الكهربائي ذات منافذ سطحية و الثانية تحتوي على تركيبP-n-N متكرر. واظهرت النتائج زيادة في الكفاءة الضوئية. ومن المتوقع أن يجد هذا النموذج مجالا واسعا في تحليل اداء التركيبات التي تكون فيها التأثيرات المزدوجة بين الموجة الضوئية وناقلات الشحنة موضع اهتمام.