From computational models to improved light-emitting diodes and new devices

 |  Login

Show simple item record

dc.contributor Aalto-yliopisto fi
dc.contributor Aalto University en
dc.contributor.advisor Oksanen, Jani, Dr., Aalto University, Department of Biomedical Engineering and Computational Science, Finland
dc.contributor.author Kivisaari, Pyry
dc.date.accessioned 2014-11-28T10:00:24Z
dc.date.available 2014-11-28T10:00:24Z
dc.date.issued 2014
dc.identifier.isbn 978-952-60-5992-1 (electronic)
dc.identifier.isbn 978-952-60-5991-4 (printed)
dc.identifier.issn 1799-4942 (electronic)
dc.identifier.issn 1799-4934 (printed)
dc.identifier.issn 1799-4934 (ISSN-L)
dc.identifier.uri https://aaltodoc.aalto.fi/handle/123456789/14506
dc.description.abstract The rapid evolution of III-Nitride light-emitting diodes (LEDs) has started a solid-state lighting revolution leading to dramatic improvements in the efficiency of lighting and enabling a significant reduction in global energy consumption. Despite the progress, the operation of commercial LEDs can still be notably increased if the remaining challenges related to LED efficiency and efficiency droop, i.e., the decrease in efficiency at high input powers in particular, are solved. This thesis studies the factors affecting the performance of LEDs by using theoretical models and numerical simulations based on semiconductor transport equations and by analyzing measurement data and experiments. The main goal of the thesis is to generate new insight for understanding the present challenges of LED performance and for developing new device concepts for next-generation LEDs. The work has resulted, e.g., in the experimental demonstration of a fundamentally new current injection method, new insight on the droop mechanisms and current transport losses in LEDs, and better understanding of the potential benefits of polarization doping in LEDs. Results of this thesis can be used to design LEDs with higher efficiency and decreased droop, to develop next-generation LEDs that better exploit the possibilities offered by large light-emitting surfaces and nanowire light emitters, and to reduce transport losses in LEDs to improve carrier spreading and reduce the operating voltage. en
dc.description.abstract III-V-ryhmän nitrideihin perustuvien ledikomponenttien kehitys on mahdollistanut niiden nopean yleistymisen valaistussovelluksissa. Tämä on johtamassa merkittäviin parannuksiin valaistuksen energiatehokkuudessa sekä mahdollistamassa globaalin energiankulutuksen vähentämisen. Nopeasta kehityksestä huolimatta kaupallisten ledien toimintaa voidaan vielä merkittävästi parantaa, jos haasteet niiden hyötysuhteessa ja erityisesti hyötysuhteen pienenemisessä suurilla tehoilla saadaan ratkaistua. Tämän väitöskirjan päätavoite on parantaa käsitystä nykyisten ledirakenteiden ongelmista ja kehittää uusia laitekonsepteja seuraavan sukupolven ledeille. Väitöskirjassa tutkitaan ledien toimintaan vaikuttavia tekijöitä teoreettisilla malleilla, niiden numeerisella ratkaisulla sekä kokeellisten tulosten analysoinnilla. Tutkimustyö on johtanut mm. perustavanlaatuisesti uuden virransyöttömenetelmän esittelemiseen ja sen toimivuuden todentamiseen kokeellisesti, parantuneeseen ymmärrykseen ledien hyötysuhteen tehoriippuvuudesta ja virrankuljetuksesta sekä uusiin käsityksiin polarisaatiolla seostettujen ledirakenteiden tarjoamista hyödyistä. Väitöskirjan tuloksia voidaan käyttää apuna nykyisten ledien virrankuljetuksen ja -leviämisen tehostamisessa, niiden hyötysuhteen parantamisessa varsinkin suurta valotehoa vaativissa sovelluksissa sekä uuden sukupolven ledien kehitystyössä. Väitöskirjassa esitetyt uudet laitekonseptit voivat mahdollistaa esimerkiksi kirkkaasti säteilevien laaja-alaisten nanolankarakenteiden aiempaa paremman hyödyntämisen. fi
dc.format.extent 102 + app. 81
dc.format.mimetype application/pdf en
dc.language.iso en en
dc.publisher Aalto University en
dc.publisher Aalto-yliopisto fi
dc.relation.ispartofseries Aalto University publication series DOCTORAL DISSERTATIONS en
dc.relation.ispartofseries 198/2014
dc.relation.haspart [Publication 1]: Pyry Kivisaari, Jani Oksanen, and Jukka Tulkki. Effects of lateral current injection in GaN multi-quantum well light-emitting diodes. Journal of Applied Physics, 111, 103120, May 2012. DOI 10.1063/1.4720584.
dc.relation.haspart [Publication 2]: Pyry Kivisaari, Jani Oksanen, and Jukka Tulkki. Effects of direct lateral Current Injection on the Performance, Overall Efficiency and Emission Distribution in GaN LED structures: a 2D Computational Study. MRS Proceedings, 1370, June 2011. DOI 10.1557/opl.2011.896.
dc.relation.haspart [Publication 3]: Pyry Kivisaari, Lauri Riuttanen, Jani Oksanen, Sami Suihkonen, Muhammad Ali, Harri Lipsanen, and Jukka Tulkki. Electrical measurement of internal quantum efficiency and extraction efficiency of III-N light-emitting diodes. Applied Physics Letters, 101, 021113, July 2012. DOI 10.1063/1.4736565.
dc.relation.haspart [Publication 4]: Pyry Kivisaari, Toufik Sadi, Jani Oksanen, and Jukka Tulkki. Monte Carlo–drift-diffusion simulation of electron current transport in III-N LEDs. Proceedings of SPIE, 8980, 898003, February 2014. DOI 10.1117/12.2040074.
dc.relation.haspart [Publication 5]: Toufik Sadi, Pyry Kivisaari, Jani Oksanen, and Jukka Tulkki. On the correlation of the Auger generated hot electron emission and efficiency droop in III-N LEDs. Applied Physics Letters, 105, 091106, September 2014. DOI 10.1063/1.4894862.
dc.relation.haspart [Publication 6]: Pyry Kivisaari, Jani Oksanen, and Jukka Tulkki. Diffusion-assisted current spreading for III-nitride light-emitting applications. Proceedings of SPIE, 8625, 862528, February 2013. DOI 10.1117/12.2000441.
dc.relation.haspart [Publication 7]: Pyry Kivisaari, Jani Oksanen, and Jukka Tulkki. Current injection to free-standing III-N nanowires by bipolar diffusion. Applied Physics Letters, 103, 031103, July 2013. DOI 10.1063/1.4813754.
dc.relation.haspart [Publication 8]: Lauri Riuttanen, Pyry Kivisaari, Henri Nykänen, Olli Svensk, Sami Suihkonen, Jani Oksanen, Jukka Tulkki, and Markku Sopanen. Diffusion injected multi-quantum well light-emitting diode structure. Applied Physics Letters, 104, 081102, February 2014. DOI 10.1063/1.4866343.
dc.relation.haspart [Publication 9]: Pyry Kivisaari, Jani Oksanen, and Jukka Tulkki. Polarization doping and the efficiency of III-nitride optoelectronic devices. Applied Physics Letters, 103, 211118, November 2013. DOI 10.1063/1.4833155.
dc.relation.haspart [Publication 10]: Lauri Riuttanen, Pyry Kivisaari, Nikolai Mäntyoja, Jani Oksanen, Muhammad Ali, Sami Suihkonen, and Markku Sopanen. Recombination lifetime in InGaN/GaN based light emitting diodes at low current densities by differential carrier lifetime analysis. Physica Status Solidi C, 10, 327–331, March 2013. DOI 10.1002/pssc.201200670.
dc.subject.other Electrical engineering en
dc.subject.other Physics en
dc.title From computational models to improved light-emitting diodes and new devices en
dc.title Laskennallisista malleista paranneltuihin ledeihin sekä uusiin fotoniikkakomponentteihin fi
dc.type G5 Artikkeliväitöskirja fi
dc.contributor.school Perustieteiden korkeakoulu fi
dc.contributor.school School of Science en
dc.contributor.department Lääketieteellisen tekniikan ja laskennallisen tieteen laitos fi
dc.contributor.department Department of Biomedical Engineering and Computational Science en
dc.subject.keyword light-emitting diodes en
dc.subject.keyword efficiency droop en
dc.subject.keyword numerical simulation en
dc.subject.keyword device physics en
dc.subject.keyword ledit fi
dc.subject.keyword ledien hyötysuhde fi
dc.subject.keyword numeerinen mallintaminen fi
dc.subject.keyword komponenttifysiikka fi
dc.identifier.urn URN:ISBN:978-952-60-5992-1
dc.type.dcmitype text en
dc.type.ontasot Doctoral dissertation (article-based) en
dc.type.ontasot Väitöskirja (artikkeli) fi
dc.contributor.supervisor Tulkki, Jukka, Prof. Aalto University, Department of Biomedical Engineering and Computational Science BECS, Finland
dc.opn Piprek, Joachim, Dr., NUSOD Institute, USA
dc.date.dateaccepted 2014-11-18
dc.rev Honkanen, Seppo, Prof., University of Eastern Finland, Finland
dc.rev Kira, Mackillo, Prof. Dr., Philipps-Universität Marburg, Germany
dc.date.defence 2014-12-10


Files in this item

This item appears in the following Collection(s)

Show simple item record

Search archive


Advanced Search

article-iconSubmit a publication

Browse

My Account