La travail présente traite du développement de diodes organiques électroluminescentes(OLEDs) a haute luminance pour des applications dans des micro écrans. Ces dispositifs sontbases sur des substrats silicium utilisent la technologie CMOS. Le présent ouvrage met en avantles efforts développe afin de réduire la dérive en tension et ma décroissance lumineuse enopération des dispositifs lumineux.Dans la première partie de l’étude, des OLEDs vertes haute luminance fonctionnant àbasse tension sont développes. L’empilement organique a émission vers le haut comprenant unémetteur fluorescent vert entre des couches de blocage de charges et des couches de transportdopées. Les effets de différentes structures de dispositifs, des configurations de l’empilement etdes matériaux organiques sur les performances initiales et en opération sont reportés ici.Dans la deuxième partie de l’étude, le développement de dispositifs OLED hybrides pourmicro écrans couleurs est présenté. Les structures hybrides comprennent une couche detransport de trous photosensible et traitable par solution (X-HTL) et d’une OLED blancheréalisée par évaporation sous vide. Cette méthode permet la génération de couleur directe, ellepermet ainsi d’obtenir de très bonnes efficacités et un contrôle aisé de la couleur émise parsimple modification de l’épaisseur de X-HTL. / The present work reports the development of high luminance organic light emitting diodes(OLEDs) device stacks for microdisplay applications. The devices are based on siliconcomplementary metal-oxide semiconductor (CMOS) backplane. In the present treatise effortsare particularly focused on reducing the luminance decay and the voltage drift during deviceoperation.In the first part of this study, high brightness and low operating voltage green OLEDs arereported. The top emitting device stack comprises of fluorescent green emitter accompanied bycharge blocking layers and doped charge transport layers. The effect of different devicestructures, configurations and organic materials on the initial and lifetime performance of thedevice is presented.In the second part of the study, device development of hybrid OLED stacks for high luminancefull color microdisplays is reported. The hybrid devices comprise of a solution processed andphotocrosslinkable hole transport layer (X-HTL) and an evaporated white OLED stack. Thismethod allows direct primary color generation with relatively high efficiency and offers ease ofcolor tunability by controlling the thickness of the X-HTL.

Submitted by Emanuel Varela Cardoso (emanuel.varela@ufcg.edu.br) on 2018-06-29T20:52:05Z No. of bitstreams: 1 JOSÉ ALBERTO CAMPOS DA SILVA JÚNIOR – DISSERTAÇÃO (UAEMa) 2015.pdf: 3855504 bytes, checksum: 02bbfa20b694c9416d048edd8410bfd4 (MD5) / Made available in DSpace on 2018-06-29T20:52:05Z (GMT). No. of bitstreams: 1 JOSÉ ALBERTO CAMPOS DA SILVA JÚNIOR – DISSERTAÇÃO (UAEMa) 2015.pdf: 3855504 bytes, checksum: 02bbfa20b694c9416d048edd8410bfd4 (MD5) Previous issue date: 2015-03-17 / O monitoramento neurofisiológico intraoperatório (MNIO) é uma metodologia que agrega diferentes testes neurofisiológicos para uso simultâneo ou alternado num mesmo paciente durante o procedimento cirúrgico, podendo avaliar a neurofisiologia clínica em três campos: eletroencefalografia (EEG), eletromiografia (EMG) e potenciais evocados (PE). O potencial evocado visual (PEV) permite avaliar a função e integridade das estruturas corticais e subcorticais da via visual. Este exame é realizado cotidianamente nos laboratórios de neurofisiologia, auxiliando o esclarecimento de diferentes tipos de acometimentos da visão, seja por doença ou traumatismos. Este trabalho tem como objetivo desenvolver um protótipo para o monitoramento do PEV para avaliação da integridade das vias visuais durante cirurgias neurofisiológicas. Foram realizadas várias etapas para o desenvolvimento do protótipo do dispositivo ocular: simulação computacional; estudo das características do olho humano; prototipagem rápida; caracterização do Biopolímero ácido polilático (PLA) utilizado na prototipagem; desenvolvimento de um protótipo de dispositivo ocular com sistema de iluminação integrado por LEDs a realização dos testes de PEV com o protótipo desenvolvido. O PLA utilizado na prototipagem para o desenvolvimento de partes do dispositivo ocular foi caracterizado por Difração de Raios X (DRX), Espectroscopia na Região do Infravermelho por Transformada de Fourier (FTIR), Calorimetria Exploratória Diferencial (DSC), Microscopia Ótica (MO), Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV) e Espectroscopia de Energia Dispersiva (EDS), esses resultados mostraram que a prototipagem rápida não alterou as propriedades físico-químicas e morfológicas do PLA. A simulação computacional forneceu parâmetros adequados ao desenvolvimento do dispositivo ocular que possibilitou uma maior eficiência na montagem do circuito eletrônico. Os resultados dos testes de PEV foram realizados em diferentes pacientes, com os olhos fechados e os mostraram-se promissores para uso em pacientes anestesiados. / Intraoperative neurophysiological monitoring (MNIO) is a methodology that combines different neurophysiological tests for simultaneous or alternating in the same patient during the surgical procedure can evaluate the clinical neurophysiology in three fields: electroencephalography (EEG), electromyography (EMG) and evoked potential (EP). The visual evoked potential (VEP) evaluates the function and integrity of cortical and subcortical structures of the visual pathway. This test is performed daily in neurophysiology laboratories, helping the clarifying of different types of bouts vision, whether by disease or trauma. This study aimed to develop a prototype for monitoring the VEP to assess the integrity of the visual pathways during neurophysiological surgeries. Several steps were performed for the prototype ocular device: computer simulation; study of the characteristics of the human eye; rapid prototyping; Biopolymer characterization of polylactic acid (PLA) used in prototyping; development of an ocular device prototype with integrated lighting system and VEP achievement tests with the prototype. The PLA used in the prototype for the development of parts of the device eye was characterized by X-ray diffraction (XRD), Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR), differential scanning calorimetry (DSC), optical microscopy (OM), Scanning Electron Microscopy (SEM) and Energy Dispersive Spectroscopy (EDS), these results showed that the rapid prototyping did not change the physical-chemical and morphological PLA. The computer simulation provides appropriate parameters for the development of ocular device that allowed greater efficiency in the assembly of electronic circuit. The results of ENP tests were performed in different patients, with closed eyes and have shown promise for use in anesthetized patients.

L’oxyde de zinc ZnO, est un semiconducteur II-VI très prometteur pour les applications en opto-électronique dans le domaine UV, notamment pour la réalisation de dispositifs électroluminescents (LED). Les potentialités majeures du ZnO pour ces applications résident notamment dans sa forte liaison excitonique (60 meV), sa large bande interdite directe (3.4 eV), la disponibilité de substrats massifs de grand diamètre ainsi que la possibilité de réaliser des croissances épitaxiales de très bonne qualité en couches minces ou nano structurées (nanofils). Néanmoins, le développement de ces applications est entravé par la difficulté de doper le matériau de type p. L'impureté permettant d'obtenir une conductivité électrique associée à des porteurs de charges positifs (trous), et donc la réalisation de jonctions pn à base de ZnO, n'a pas encore été réellement identifiée. C'est pourquoi une des étapes préliminaires et nécessaires à l'obtention d'un dopage de type p fiable et efficace, réside dans la compréhension du dopage résiduel de type n, ainsi que des phénomènes de compensation et de passivation qui sont mis en jeu au sein du matériau. La maîtrise de la nature des contacts (ohmique ou Schottky) sur différentes surfaces d'échantillons de ZnO nous a permis dans ce but de mettre en œuvre à la fois des mesures de transport (résistivité et effet Hall) et des mesures capacitives (capacité-tension C(V), Deep Level Transient Spectroscopy (DLTS) et Spectroscopie d'admittance).Dans un premier temps, nous avons donc cherché à comprendre de manière approfondie les propriétés électriques du ZnO massif. Nous avons ainsi étudié le rôle des défauts profonds et peu profonds sur la conductivité des échantillons, aux travers de différents échantillons massifs obtenus par synthèse hydrothermale ou par croissance chimique en phase vapeur. Nous avons également étudié l'impact de la température de recuits post-croissance, sur les propriétés de transport des échantillons. A la lumière des résultats obtenus sur le dopage résiduel de type n des échantillons de ZnO massifs, nous avons ensuite procédé à différents essais de dopage de type p du ZnO par implantation ionique d'azote et par diffusion en ampoule scellée d’arsenic. L'impureté azote a été choisie dans le cadre d'une substitution simple de l'oxygène qui devrait permettre de créer des niveaux accepteurs dans la bande interdite du ZnO. Nous avons également étudié l'impureté arsenic, qui selon un modèle théorique peut former un complexe qui permet d'obtenir un niveau accepteur plus proche de la bande de valence que le niveau. Outres les études réalisées sur les échantillons de ZnO massif et les essais de dopage de type p, nous avons également étudié les propriétés électriques d'échantillons de ZnO monocristallins sous forme de couches minces obtenues par croissance en phase vapeur d’organométalliques, dopées intentionnellement ou non. Les corrélations entres les mesures SIMS et C(V) nous ont permis notamment de mettre en évidence une diffusion et un rôle très importante de l'aluminium sur les propriétés électriques des couches minces de ZnO épitaxiées sur substrat saphir.Dans le cadre de cette thèse nous avons réussi à clarifier les mécanismes du dopage de type n, intentionnel ou non intentionnel, dans le ZnO monocristallin. Nous avons également identifié les impuretés et les paramètres de croissance importants permettant d'obtenir un dopage résiduel de type n le plus faible possible dans les couches épitaxiées. Cette maitrise du dopage résiduel de type n est une étape préliminaire indispensable aux études de dopage de type p car elle permet de minimiser la compensation des accepteurs introduits intentionnellement. Cette approche du dopage sur des couches minces de ZnO dont le dopage résiduel de type n est très faible apparait comme une voie très prometteuse pour surmonter les problèmes d'obtention du dopage de type p. / Zinc oxide (ZnO) is a II-VI semiconductor which appears as a very promising material for UV opto-electronic applications, in particular for the production of light emitting devices (LED). For these applications, ZnO presents strong advantages as a high exciton binding energy (60 meV ), a wide direct band gap (3.4 eV), the availability of large diameter bulk substrates for homoepitaxial growth of high quality thin films or nanostructures. However, the development of these applications is hampered by the difficulty to dope ZnO p-type. The impurity leading to an electrical conductivity associated with positive charge carriers (holes), and therefore the production of ZnO pn junctions have not yet been really identified.In this thesis we have studied the physical mechanisms that govern the electrical properties of ZnO single crystal and epilayers. The control of contacts (ohmic or Schottky) on different ZnO surfaces allowed us to carry out both transport measurements (resistivity and Hall effect) and capacitance measurements (C(V), Deep Level Transient Spectroscopy (DLTS) and admittance spectroscopy).At first, we have studied the role of deep and shallow defects on the n-type conductivity of bulk ZnO samples obtained by Hydrothermal synthesis (HT) or by Chemical Vapor Transport (CVT). We also investigated the impact of post-growth annealing at high temperature under oxygen atmospheres on the transport properties of samples. Thanks to the previous results on the residual n-type doping, we have reported on several attempts to obtain p-type ZnO. We have discussed the potential of different candidates for the achievement of p-type doping and present our tentative experiments to try and demonstrate the reality, the ability and the stability of p-type doping by nitrogen implantation and arsenic diffusion. The nitrogen impurity has been chosen for oxygen substitution, which should allow the creation of acceptor levels in the ZnO band gap. We also studied arsenic as a potential p-type dopant, according to a model whereby arsenic substitutes for oxygen and, if associated with two zinc vacancies, forms a complex with a shallower ionization energy than in the case of direct oxygen substitution.In addition to the studies on bulk ZnO samples and attempts on p-type doping, we have also studied the electrical properties of thin film ZnO samples obtained by Metal Organic Vapor Phase Epitaxy, either intentionally or unintentionally doped. Correlations between SIMS and C(V) measurements allowed us to highlight especially the importance of aluminum as a residual impurity in epitaxial layers grown on sapphire substrates.In this thesis we have clarified intentional or unintentional n-type doping mechanisms in ZnO single crystal samples. We have also identified impurities and growth parameters responsible for the residual n-type doping. This understanding is a crucial and preliminary step for understanding the doping mechanisms at stake in this material and is also necessary to achieve stable p-type conductivity, which is still the main challenge for the realization of optoelectronic devices based on ZnO.

Submitted by OSWALDO NUNES NETO null (netfisic@fc.unesp.br) on 2016-08-13T20:37:55Z No. of bitstreams: 1 Tese_Doutorado_Oswaldo.pdf: 4276326 bytes, checksum: e73a2086ffde0d12d2f5875fb168f8c1 (MD5) / Approved for entry into archive by Ana Paula Grisoto (grisotoana@reitoria.unesp.br) on 2016-08-16T14:27:21Z (GMT) No. of bitstreams: 1 nunesneto_o_dr_bauru.pdf: 4276326 bytes, checksum: e73a2086ffde0d12d2f5875fb168f8c1 (MD5) / Made available in DSpace on 2016-08-16T14:27:21Z (GMT). No. of bitstreams: 1 nunesneto_o_dr_bauru.pdf: 4276326 bytes, checksum: e73a2086ffde0d12d2f5875fb168f8c1 (MD5) Previous issue date: 2016-04-28 / Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq) / Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP) / Materiais e dispositivos baseados em compostos orgânicos desempenham um importante papel em diversas áreas da aplicação tecnológica devido às suas interessantes propriedades eletro-magneto- ópticas, adicionadas às suas características mecânicas únicas, facilidade de processamento, versatilidade de síntese e baixo custo relativo. Apesar do proeminente campo de aplicação destes materiais, muitos aspectos associados à sua ciência básica são ainda pouco compreendidos. Nesse cenário destaca-se o fenômeno de Magnetoresistência Orgânica (OMAR, da sigla em inglês). Tal fenômeno encontra-se associado a variações significativas da condutividade elétrica de dispositivos orgânicos induzidas por pequenos campos magnéticos externos em temperatura ambiente e tem sido observado em diversificados materiais poliméricos e moleculares. No presente trabalho avaliou-se o fenômeno de OMAR apresentado por um Diodo Emissor de Luz baseado na molécula de Alq3. Medidas de Espectroscopia de Impedância Elétrica na presença de um Campo Magnético estático externo (EIE-CM) foram realizadas sobre o referido dispositivo para diferentes temperaturas. Métodos diferenciados de aquisição e manipulação de dados foram empregados a fim de remover a dependência temporal dos sinais tipicamente observados. Os seguintes Efeitos de Campo Magnético (MFE, da sigla em inglês) foram observados sobre a resposta elétrica do dispositivo: (i) redução de cerca de 1% na resistência, efeito praticamente constante para todo o espectro de frequência e; (ii) variações significativas na capacitância, com intensificação do efeito de Capacitância Negativa em baixas frequências. Como suporte para a interpretação dos resultados experimentais foram realizadas simulações empregando-se duas abordagens: Circuitos Equivalentes e Análise de perturbações de pequenos sinais (em inglês, Small Signal Analysis ) via soluções numéricas das equações de transporte de Boltzmann numa aproximação por Drift-Diffusion empregando-se dispositivos simplificados. As análises sugerem que os MFE evidenciados podem estar associados a um aumento da mobilidade efetiva dos portadores de carga e a uma redução na taxa de recombinação bimolecular no dispositivo. Os resultados foram interpretados em termos dos modelos atualmente aceitos para o fenômeno de OMAR. Esta tese também apresenta um estudo de processos de geração e transferência de carga em corantes Cianinas, materiais promissores para aplicações em células solares com absorção no infravermelho. Técnicas de Ressonância de Spin Eletrônico induzida por Luz foram empregadas em blendas destes corantes com o polímero MEH-PPV e com o fulereno (C60) a fim de avaliar, respectivamente, o caráter aceitador e doador de elétrons das Cianinas. / Materials and devices based on organic compounds play an important role in various technological applications, mainly due to their interesting electrical-magneto-optical properties combined with their unique mechanical properties, easy processing, versatility of synthesis and relatively low cost. Despite the prominent application field of these materials many aspects associated with their basic science are still not well understood. In this context the Organic Magnetoresistance phenomenon (OMAR) deserves to be highlighted. This phenomenon is associated with significant changes in the electrical conductivity of organic devices induced by the presence of small external magnetic fields at room temperature, being observed in various polymeric and molecular materials. In this study we have investigated the OMAR phenomenon in Alq3-based OLEDs. Electrical impedance spectroscopy technique in the presence of an external static magnetic field (EIS-MF) was employed in the experiments; distinct temperatures were considered. Differentiated methods of acquisition and data manipulation were employed to remove the typically observed signal time dependence. The following magnetic field effects (MFE) were observed on the electrical response of the device: (i) a constant reduction of around 1% in the resistance over the entire frequency spectrum and; (ii) significant changes in the capacitance followed by an intensification of the negative capacitance effect at low frequencies. Simulations employing two different approaches were carried out for the interpretation of the experimental results: (i) Equivalent Circuits and (ii) Small Signal Analysis via numerical solutions of the Boltzmann transport equations by Drift-Diffusion approach. The results suggest that the observed MFE can be associated with an increase in the effective mobility of the charge carriers and a reduction in the bimolecular recombination rate in the device. The results were interpreted in terms of the currently accepted models for the OMAR phenomenon. This thesis also presents a study about generation and charge transfer processes in cyanine dyes (near infrared absorbing compounds) which are promising materials for applications in solar cells. Light induced Electron Spin Resonance (L-ESR) technique was employed to study the presence/formation of paramagnetic centers in blends of these dyes with MEH-PPV polymer and fullerene (C60) to evaluate, respectively, the electron acceptor and donor character of cyanine dyes. / FAPESP: 2011/21830-6 / CNPq: 204432/2013-8

In der vorliegenden Arbeit wird die großflächige Abscheidung von organischen Leuchtdioden (OLED) für Beleuchtungsanwendungen in einer neuartigen Beschichtungsanlage vorgestellt. Ausgehend von den speziellen Anforderungen an gleichförmige Schichtdickenverteilung und hohe Abscheideraten für die organischen Schichten, sind die Verfahren der thermischen Vakuumverdampfung (VTE) und der organischen Dampfphasenabscheidung (OVPD) auf Substraten der Größe 370 x 470 mm² unter Fertigungsbedingungen kombiniert. Die Quellensysteme der Anlage wurden hinsichtlich der Verteilung des Materialauftrages und der Oberflächenrauigkeit qualifiziert. Die Kontrolle der Schichteigenschaften ist bei der organischen Dampfphasenabscheidung durch Variation der Parameter Substrattemperatur und Abscheiderate in einem weiten Bereich möglich. Die in situ Kontrolle der Schichtdicke mittels spektroskopischer Reflektometrie wird vorgestellt. Ein Messsystem ist in die Beschichtungsanlage integriert und abgeschiedene Schichten charakterisiert worden. Die Arbeit zeigt, dass die genaue Bestimmung der Dicke einzelner Schichten oder ganzer Schichtstapel mit diesem Verfahren möglich ist und zur ex situ Ellipsometrie vergleichbare Ergebnisse liefert. Um robuste OLED-Bauelemente herzustellen, wird eine organische Kurzschlussunterdrückungsschicht eingeführt, die konform mittels der OVPD-Technologie abgeschieden wird. Die strombegrenzenden Eigenschaften dieser Schicht wirken Defektströmen innerhalb der OLED entgegen. Die reproduzierbare Herstellung von 100 x 100 mm² großen, weißes Licht emittierenden OLED-Modulen mit mittleren Leistungseffizienzen von über 13 lm/W zeigt das Potential dieser Technologie. / The thesis deals with the large area deposition of organic light-emitting diodes (OLED) for lighting applications with a novel deposition tool. The special needs of film thicknesses homogeneity and high deposition rates for organic layers request the combination of thermal vacuum deposition (VTE) and organic vapour phase deposition (OVPD) processes to fabricate OLEDs on 370 x 470 mm² substrates. The deposition sources are qualified regarding layer homogeneity and morphology of the deposition processes. The layer properties are controlled in a wide range by the variation of the organic vapour phase deposition parameters: substrate temperature and deposition rate. The in situ determination of the substrate thickness is shown by the application of spectroscopic reflectometry. The thesis demonstrates the thickness analysis of single and multi-layer stacks by reflectometry. The data fit well to ex situ ellipsometry. Robust OLED devices with an additional short-circuit protection layer deposited by OVPD technology are introduced. The current limiting properties of this layer reduce the leakage currents in the OLED device. The fabrication of 100 x 100 mm² white emitting OLED modules with power efficiencies about 13 lm/W shows the great potential of the manufacturing technology.

In der vorliegenden Arbeit werden Möglichkeiten zur Maximierung der Effizienz von stromregelnden DC/DC-Wandlern für den Betrieb von Hochleistungs-LEDs in PKW-und Motorrad-Beleuchtungseinrichtungen untersucht, mit dem Ziel, das Gewicht und den Energieverbrauch der Steuergeräte zu reduzieren und so zu dem stetigen Bestreben der Minimierung der Gesamtfahrzeugemissionen beizutragen. Dafür werden verschiedene, teils sequenziell aufbauende Maßnahmen in Topologie, Bauelementen, Dimensionierung und Betriebsart betrachtet. Eine grundlegende Herausforderung für die Auslegung der Schaltung stellt dabei deren universelle Verwendbarkeit als Gleichteil in einem großen Bereich an Ausgangsstrom und -spannung in den individuellen Scheinwerfersystemen der verschiedenen Fahrzeugderivate dar. Die Grundlage für die Verringerung der Verlustleistung bildet die Vereinfachung der Schaltreglertopologie hinsichtlich des Bauteilaufwands. Dies wird durch die Versorgung der Schaltung aus dem 48 V-Energiebordnetz und die Verwendung der Topologie des Tiefsetzstellers erreicht. Elementarer Anteil dieser Arbeit ist die Untersuchung der Wirksamkeit des Einsatzes neuartiger Galliumnitrid-Leistungsschalter (GaN-HEMTs) anstelle der konventionellen Silizium-MOSFETs, was zunächst an Hand von Berechnungen und schaltungstechnischen, parasitärbehafteten und zeitvarianten Simulationen durchgeführt wird. Bereits bei herkömmlichen Schaltfrequenzen und hartgeschaltetem Betrieb können signifikante Verbesserungen des Wirkungsgrades erreicht werden. Weitergehend wird der Nutzen der durch die GaN-Transistoren ermöglichten höheren Schaltfrequenzen eruiert. Die um bis zu Faktor 20 erhöhte Schaltfrequenz macht den Einsatz einer resonanten Betriebsart (Zero-Voltage-Switching) und einer Luftspule als Hauptinduktivität notwendig. Auf Steuergeräteebene kann somit die Verlustleistung auf unter ein Drittel reduziert werden, was zudem ein deutlich einfacheres und kompakteres Gehäuse ermöglicht, wodurch das Gesamtgewicht etwa halbiert werden kann. Abschließend wird die Schaltung in einem Prototypen praktisch umgesetzt und die Funktionsfähigkeit im ZVS-Betrieb bei Schaltfrequenzen von bis zu 10 MHz verifiziert. / This thesis deals with the research of possibilities for maximising efficiency of current-regulating DC/DC-Converters for driving high-power-LEDs in passenger-car- and motorcycle-lighting-devices. The ambition is to reduce weight and energy-consumption of the electronic-control-units, to contribute to reach the continuously decreasing target-values for vehicle-emissions. Therefor different approaches in topology, components, design and operating mode are considered. A key-challenge for the circuit-design is the common-part-strategy for usage in many individual vehicle-headlamp-systems with a wide range of output-current and LED-string-voltages. Basis for the reduction of power-losses is the simplification of the converters topology in terms of quantity of components. This is achieved by using the 48 V -vehicle-electrical-system as voltage-supply and a step-down-topology. Mainpart of this research is about the potential benefits of applying novel Galliumnitride High-electron-mobility-transistors (GaN-HEMTs) instead of silicon MOS-FETs. Initially this is done by calculations and parasitic-afflicted, timevariant circuit-simulations. Already in hardswitching operation under conventional switching-frequencies significant improvements in converter-efficiency can be achieved. Furthermore the advantages of higher switching-frequencies, offered by the GaN-transistors, are investigated. Up to 20 times higher switching-frequencies necessitate a resonant operating mode of the circuit (Zero-voltage-switching) and the use of an aircoil as main-inductor. On ECU-level power-losses can be reduced down to less than one third, which enables a more simplified and compact housing-concept, so that the overall weight can drop to about the half. Finally the designed circuit is build up in a prototype and the functional capability is verified in ZVS-mode with up to 10 MHz switching-frequency.

InGaN-based light emitters are strongly affected by the inhomogeneous broadening induced by random alloy fluctuations. While these effects have been extensively investigated on c-plane (e.g. localization of carriers at low carrier density due to potential fluctuations, delocalization at higher carrier density), much fewer work report on the impact of inhomogeneous broadening on the emission properties of semipolar and nonpolar InGaN quantum wells (QWs). In addition to have a higher electron- and hole-wavefunction overlap and thereby an increased radiative recombination rate thanks to the reduced/suppressed built-in electric field due to polarization discontinuities at heterointerfaces, QWs grown along semipolar/nonpolar crystal orientations have the interesting property to emit polarized light. The characterization and theoretical understanding of their optical polarization properties is the first main focus of this thesis. A correlation between spectral width and degree of linear polarization (DLP) is highlighted through extensive temperature- and excitation-dependent polarization-resolved confocal micro-photoluminescence spectroscopy carried out on planar semi-polar/nonpolar QWs and on the m-plane side facet of core-shell microrods. A theoretical model based on electronic band structure calculated by the kp-envelope function method is developed to explain this correlation by taking inhomogeneous broadening into account. Considering indium content fluctuations and the localization lengths of electrons and holes, different effective broadenings are applied to groups of subbands. It is shown that for high-inclination semipolar and nonpolar InGaN/GaN QWs inhomogeneous broadening leads to a significant increase of the DLP at room temperature. Furthermore, the DLP-drop towards high carrier density due to the transition from the Boltzmann- to the Fermi-regime is smoother and starts at lower carrier density. The model is also used to study the peculiar polarization properties of (202¯1) InGaN/GaN QWs compared to (202¯1¯) QWs: although they have equivalent band structures in the framework of k·p-theory and are therefore expected to have identical optical polarization properties, (202¯1) QWs consistently exhibit a lower DLP than (202¯1¯) QWs. This discrepancy might be related to different effective broadenings of their valence subbands induced by the rougher upper QW interface in (202¯1), by the larger sensitivity of holes to this upper interface due to the polarization field in (202¯1), and/or by the different degrees of localization of holes. Besides being strongly affected by inhomogeneous broadening, InGaN-based LEDs suffer from efficiency droop: their efficiency maximum is already reached at relatively low current density and then significantly drops towards their typical operation conditions. One way to mitigate its effect is to reduce the carrier density inside the active region, which can be achieved via several approaches, e.g. growing the active region on a 3D template, on a semipolar/nonpolar substrate or a relaxed InGaN template. The last two approaches reduce/suppress the built-in polarization field leading to wavefunctions with larger overlap and spread across the active region. In order to check and validate these approaches, a way to measure the carrier density inside the active region is necessary. This complex task, which is the second focus of this work, requires fitting a model of the carrier recombination dynamics to experimental data. Several methods are already available, which are mostly based on the basic ABC-model. The validity of this model is discussed through measurement of efficiency curves on various samples and extended to take into account the background carrier density at low carrier density and band-filling at high carrier density. The DLP drop towards high carrier density is fitted simultaneously with the efficiency curve to improve the robustness of the extraction of recombination coefficients. Nevertheless, without insights from time-resolved experimental data, extracting all recombination coefficients is shown to be very critical leading to ambiguous fitting results. Time-resolved measurements being complex and time-consuming, a new method based on an extended ABC-model and room-temperature bias-dependent photoluminescence spectroscopy is proposed. When investigating semipolar/nonpolar LEDs, this method allows to extract the carrier density within the active region without having to carry out time-resolved measurements, which is demonstrated using polarization-resolved efficiency curves measured on a m-plane LED. Growing the active region on 3D templates to reduce the local carrier density requires eventually experimental techniques with high spatial resolution for its characterization. This work reports the experimental know-how acquired through extensive characterization of single InGaN/GaN core-shell microrods. A thorough description of the confocal microscope and its alignment is given to achieve reproducible and diffraction limited spatial resolution polarization-resolved photoluminescence measurements, which allowed the first local internal quantum efficiency measurement along the side facet of InGaN/GaN core-shell microrods. / InGaN-basierte Lichtquellen sind stark von inhomogener Verbreiterung, die aus zufälligen Legierungsfluktuationen entsteht, beeinflusst. Während diese Effekte ausführlich auf die c-Ebene untersucht wurden (z.B. Ladungsträgerlokalisierung bei niedriger Ladungsträgerdichte auf Grund von Potentialfluktuationen, Delokalisierung bei höherer Ladungsträgerdichte), untersuchen wenige Studien den Einfluss von inhomogener Verbreiterung auf die Emissionseigenschaften von semipolarer und nonpolarer InGaN Quantentrögen. Quantentröge, die entlang semipolaren/nonpolaren Kristallrichtungen gewachsen sind, haben einen höheren Überlapp der Elektron- und Löcherwellenfunktionen und dadurch eine höhere strahlende Rekombinationsrate dank des niedrigen / unterdrückten elektrischen Feldes, das durch Polarizationsdiskontinuitäten an Heteroübergängen entsteht. Diese Quantentröge haben die interessante Eigenschaft, polariziertes Licht auszustrahlen. Die Charakterizierung und das theoretische Verständnis von diesen Polarizationseigenschaften ist der erste Schwerpunkt dieser Dissertation. Umfangreiche temperatur- und anregungsabhängige polarizationsaufgelöste konfokale Mikro-Photolumineszenz Spektroskopie auf planaren semipolaren/nonpolaren Quantentröge und auf die m-Ebene Seitenfacette von Core-Shell Mikrosäulen deuten auf eine Korrelation zwischen der spektralen Breite und dem optischen Polarizationsgrad. Basirend auf elektronischen Bandstrukturen, die mittels der k·p Hüllfunktionsmethode berechnet werden, wird ein theoretisches Modell entwickelt, um diese Korrelation unter Berücksichtigung der inhomogenen Verbreiterung zu erklären. In Anbetracht der Fluktuationen des Indiumgehalts und der Lokalisierungslängen von Elektronen und Löchern, werden unterschiedliche effektive Verbreiterungen auf Gruppen von Subbändern angewendet. Dadurch wird gezeigt, dass bei Raumtemperatur inhomogene Verbreiterung zu einem signifikanten Anstieg des Polarizationsgrads von semipolaren und nonpolaren InGaN/GaN Quantentrögen mit hoher Neigung führt. Darüber hinaus ist der Polarizationsgrad-Abfall bei höheren Ladungsträgerdichten aufgrund des Übergangs vom Boltzmann- zum Fermi-Regime glatter und beginnt bei niedrigerer Ladungsträgerdichte. Das Modell wird auch verwendet, um die besonderen Polarizationseigenschaften von (202¯1) InGaN/GaN Quantentrögen im Vergleich zu (202¯1¯) Quantentrögen zu untersuchen. Durch ihre äquivalenten Bandstrukturen im Rahmen der k·p-Theorie wird erwartet, dass sie ähnliche Polarizationseigenschaften zeigen. (202¯1) Quantentröge haben jedoch durchweg einen niedrigeren Polarizationsgrad als (202¯1¯) Quantentröge. Diese Diskrepanz könnte auf unterschiedliche effektive Verbreiterung ihrer Valenz-Subbänder zurückgeführt werden, die durch die rauere obere Quantentrog-Grenzfläche in (202¯1), durch die größere Empfindlichkeit der Löcher gegenüber dieser oberen Grenzfläche aufgrund des Polarizationsfelds in (202¯1) und /oder durch die unterschiedlichen Lokalisierungsgrade der Löcher induziert werden. InGaN LEDs sind nicht nur stark von inhomogener Verbreiterung beeinflusst, sondern leiden auch unter efficiency droop: Ihr Wirkungsgradmaximum wird bereits bei relativ geringer Stromdichte erreicht und fällt dann deutlich gegenüber ihrer typischen Betriebsbedingungen ab. Eine Möglichkeit, diesen Effekt abzuschwächen, ist, die Ladungsträgerdichte innerhalb des aktiven Bereichs zu verringern, was über verschiedene Ansätze erreicht werden kann. Die aktive Region kann zum Beispiel auf einer 3D-Pufferschicht, auf einem semipolaren/nonpolaren Substrat oder auf einer relaxierten InGaN-Pufferschicht gewachsen werden. Die letzten zwei Ansätze reduzieren/unterdrücken das Polarizationsfeld und führen dadurch zu Wellenfunktionen, die eine grössere Überlappung und Ausbreitung über die aktive Region haben. Damit diese Ansätze überprüft und validiert werden können, ist ein Verfahren erforderlich, um die Ladungsträgerdichte innerhalb der aktiven Region zu bestimmen. Diese komplexe Aufgabe, die den zweiten Schwerpunkt dieser Arbeit bildet, erfordert die Anpassung eines Modells der Ladungsträgerrekombinationsdynamik an experimentellen Daten. Die meisten Methoden, die bereits zur Verfügung stehen, nutzen das einfache ABC-Modell. Die Gültigkeit dieses Modells wird durch Messung von Effizienzkurven auf verschiedenen Proben diskutiert und erweitert, um die Hintergrungladungsträgerdichte bei niedriger Ladungsträgerdichte und Bandfüllung bei hoher Ladungsträgerdichte zu berücksichtigen. Der Polarizationsgrad-Abfall gegen hohe Ladungsträgerdichten wird gleichzeitig mit der Effizienzkurve angepasst, um das Bestimmen der Rekombinationskoeffizienten zu verbessern. Es ist jedoch sehr kritisch, alle Rekombinationskoeffizienten eindeutig zu bestimmen, ohne zeitaufgelöste experimentelle Daten zu berücksichtigen. Da zeitaufgelöste Messungen komplex und zeitaufwändig sind, wird eine neue Methode vorgeschlagen, die auf Bias-abhängiger Photolumineszenzspektroskopie bei Raumtemperatur und auf einem erweiterten ABC-Modell basiert. Bei der Untersuchung semipolarer/nonpolarer LEDs ermöglicht diese Methode das Bestimmen der Ladungsträgerdichte innerhalb der aktiven Region, ohne zeitaufgelöste Messungen durchführen zu müssen. Dies wird anhand polarizationsaufgelöster Effizienzkurven auf einer m-Ebene LED demonstriert. Das Wachsen der aktiven Region auf 3D-Pufferschichten zur Verringerung der lokalen Ladungsträgerdichte erfordert für ihre Charakterisierung experimentelle Techniken mit hoher räumlicher Auflösung. Diese Arbeit berichtet über das experimentelle Know-how, das durch die Charakterisierung einzelner InGaN/GaN Core-Shell Mikrosäulen erworben wurde. Eine gründliche Beschreibung des konfokalen Mikroskops und seiner Ausrichtung ist gegeben, um reproduzierbare polarizationsaufgelöste Photolumineszenzmessungen mit beugungsbegrenzter räumlicher Auflösung zu erreichen, die die ersten lokalen internen Quanteneffizienzmessungen entlang der Seitenfacette von InGaN/GaN Core-Shell Mikrosäulen ermöglichte. / Les sources lumineuses à base de InGaN sont fortement affectées par l'élargissement inhomogène dû aux fluctuations du taux d'indium. Alors que ces effets ont été étudiés extensivement sur le plan-c (par exemple: localisation des porteurs de charge à basse densité de porteurs dûe aux fluctuations de potentiel, délocalisation à plus haute densité de porteurs), seulement peu de travaux sont consacrés à l'étude de l'impact de l'élargissement inhomogène sur les propriétés d'émission des puits quantiques InGaN semipolaires et nonpolaires. En plus d'avoir un recouvrement plus grand des fonctions d'ondes des électrons et des trous, et par conséquent un taux de recombination radiatif plus élevé grâce à la réduction/suppression du champs électrique interne dû aux discontinuités de polarisation aux hétérointerfaces, les puits quantiques crûs dans les directions semipolaires/nonpolaires ont la propriété intéressante d'émettre de la lumière polarisée. La charactérisation et compréhension théorique de leurs propriétés de polarisation optique est l'un des axes de cette thèse. Une corrélation entre la largeur spectrale et le degré de polarisation linéaire (DLP = angl. degree of linear polarization) est mise en évidence par le biais de spectroscopie de micro-photoluminescence confocale résolue en polarisation en fonction de la température et de l'excitation éffectuée sur des puits quantiques planaires semipolaires et nonpolaires ainsi que sur les facettes latérales plan-m de micro-piliers core-shell. Un model théorique basé sur la structure de bandes électroniques calculée par la méthode k·p des fonctions d'enveloppe est développé pour expliquer cette corrélation en prenant l'élargissement inhomogène en compte. En considérant les fluctuations du taux d'indium et la longueur de localisation des électrons et des trous, des élargissements effectifs différents sont appliqués à des groupes de sous-bandes. Le modèle montre que pour les puits quantiques semipolaires/nonpolaires d'haute inclinaison l'élargissement inhomogène engendre une augmentation significative du DLP à température ambiante. De plus, vers les densités de porteurs plus élevées, la chute du DLP induite par la tansition du régime de Boltzmann au régime de Fermi est plus lente et commence à plus basse densité de porteurs. Le modèle est également utilisé pour étudié les propriétés particulières de polarisation optique des puits quantiques (202¯1) comparés aux puits (202¯1¯). Malgré qu'ils aient des structures de bandes équivalentes dans le cadre de la théorie k·p et devraient ainsi avoir des propriétés de polarisation optique identiques, les puits quantiques (202¯1) ont systématiquement un DLP plus bas que les puits quantiques (202¯1¯). Cette divergence est probablement liée aux élargissements effectifs différents qui s'appliquent à leurs sous-bandes de valence en raison de l'interface supérieure plus rugueuse du puit (202¯1), de la sensibilité des trous à l'interface supérieure du puit (202¯1) à cause du champ électrique interne, et/ou du différent degré de localisation des trous En plus d'être fortement affecté par l'élargissement inhomogène, les LEDs InGaN souffrent d'efficiency droop: leur efficacité maximale est atteinte déjà à une densité de courant relativement basse et baisse ensuite significativement vers leurs conditions d'opération typiques. Un moyen pour mitiger cet effet est de réduire la densité de courant dans la zone active, ce qui peut être atteint via plusieurs approches, notamment en croissant la région active sur un template 3D, sur un substrat semipolaire/nonpolaire ou un template d'InGaN relaxé. Les deux dernière approches diminuent/suppriment le champs électrique interne augmantant ainsi le recouvrement des fonctions d'onde et leur étendue dans la zone active. Afin de vérifier ces approches, une méthode pour déterminer la densité de porteurs dans la zone active est nécessaire. Cette tâche complexe, qui est le second axe de ce travail, requière d'ajuster un modèle de la dynamique de recombinaison des porteurs à des données expérimentales. La plupart des méthodes déjà disponibles se basent sur le simple modèle ABC. La validité de ce modèle est discutée à travers des courbes d'efficacité mesurées sur différents échantillons et étendue pour prendre en compte la densité de porteurs dûe au dopage à basse densité de porteurs ainsi que le remplissage des bandes à haute densité de porteurs. La chute du DLP vers les hautes densités de porteurs est ajustée simultanément à la courbe d'éfficacité pour augmenter la robustesse de la détermination des coefficients de recombinaison. Il est cependant montré que sans prendre en compte des données expériemntales résolues en temps il est très difficile d'extraire tous les coefficients de recombinaison sans ambiguosités. Les mesures résolues en temps étant complexes et longues, une nouvelle méthode basée sur un modèle ABC étendu et de la spectroscopie photoluminescence en fonction du bias à température ambiante est proposée. Lorsqu'elle est appliquée à des LEDs semipolaires/nonpolaires, elle permet d'extraire la densité de porteurs dans la région active sans devoir effectuer des mesures résolues en temps. La méthode est démontrée en utilisant des courbes d'efficacité résolues en polarisation measurées sur une LED plan-m. Croître la région active sur un template 3D afin de diminuer la densité locale de porteurs nécessite au final pour sa characterisation une technique expérimentale ayant une haute résolution spatiale. Ce travail résume le savoir-faire expérimental acquis en characterisant des micro-piliers core-shell InGaN/GaN uniques. Une description détaillée du microscope confocal et de son alignement est donnée pour atteindre des mesures de photoluminescence reproductibles et ayant une résolution limitée par la diffraction, ce qui a permis la première mesure locale d'efficacité interne quantique le long de la facette latérale de micro-piliers core-shell InGaN/GaN.

Large area OLEDs show pronounced Joule self-heating at high brightness. This heating induces brightness inhomogeneities, drastically increasing beyond a certain current level. We discuss this behavior considering 'S'-shaped negative differential resistance upon self-heating, even allowing for 'switched-back' regions where the luminance finally decreases (Fischer et al., Adv. Funct. Mater. 2014, 24, 3367). By using a multi-physics simulation the device characteristics can be modeled, resulting in a comprehensive understanding of the problem. Here, we present results for an OLED lighting panel considered for commercial application. It turns out that the strong electrothermal feedback in OLEDs prevents high luminance combined with a high degree of homogeneity unless new optimization strategies are considered.

Alstom wanted to investigate the possibility of adapting its light emitting diode (LED) technology for shunting signals in train traffic. The LED technology uses 50V, but Alstom wants to adapt it for 12V. The LED technology is energy efficient but needs to be adapted for existing signal interlocking by drawing a higher current. This meant that the possibility of reactive power compensation was investigated to obtain lower thermal dissipation in dwarf signal. The essay presents a couple of possible solutions. One of the solutions is to raise the voltage by using a booster converter to use the existing 50V LED unit. Capacitors were reviewed to be used in reactive power compensation to increase current supply. One of the solutions then became a capacitor bank. Simulations indicated that a booster converter and a capacitor bank can be used to adapt the circuit. However, some modifications must be made. / Alstom ville undersöka möjligheten att anpassa sin lysdiodsteknik för dvärgsignaler i tågtrafiken. Lysdiodstekniken använder 50V men Alstom vill anpassa den för 12V. Lysdiodtekniken är strömsnål och behöver anpassas för befintliga signalställverk genom att dra en högre ström. Detta innebar att möjligheten för reaktiv kompensering undersöktes för att få en låg värmeutvecklingen i dvärgsignalen. I uppsatsen presenteras ett par möjliga lösningar. En av lösningarna för spänningen är en step-up omvandlare för att nyttja 50Vs enheten. Det gjordes också en genomgång av kondensatorer för att nyttjas i reaktivkompensering för att öka strömförbrukningen. En av lösningarna blev då ett kondensatorbatteri. Det kunde konstateras med matematisk simulering att step-up omvandlare och ett kondensatorbatteri kan användas för att anpassa kretsen dock måste vissa modifieringar utföras.

In last years phenomena of wireless communication technologies became a primary interest of big development laboratories whole world. Domain of point to point links which are realized by laser technology with narrow beam divergence and very sensitive photo-detectors is ordinarily used these days. This trend of using light waves as carrier medium turned interests of scientist to the sphere of wide area networks which is domain of wi-fi radio technologies. One of new trends in this sphere is also in-door free space optics. With expansion which leads to using LED's in everyday applications and with technological progress of last years, also grows tendency of most effective utilization of LED systems. The result of this effort is thought which considerate LED as source of artificial lighting and source of carrier medium for modulated signal. This kind of device must fulfill hygienic standards for illumination and also must be able to work with high frequency by which is signal modulated. These systems can provide links with sufficient capacity in order of hundred megabits.