SpeCLED - SimuLED - 株式会社シムサイド

SpeCLED (Spreading of Current in Light Emitting Diode) LED素子中の電流分布、及び温度分布の３Dモデリングソフトウエア

お知らせ

2010年：6月 SpeCLED+RATRO新バージョンのご紹介

ソフトウエア概要

SpeCLED はコンタクト電極構造を含む水平、垂直発光ダイオード中の電流広がり、及び熱伝達を計算するシミュレーションソフトウエアです．本コードは順方向電流、輻射出力パワー、壁プラグ効率、積分輻射スペクトル等のデバイス性能を、印加バイアスの関数として計算します．又素子全体に渡る電流密度分布、温度分布が計算され、それらのデバイス性能に及ぼす影響を評価します．SpeCLED にはシミュレーションに必要な使用者の労力の最小化を目指したグラフィカルユーザインターフェース(GUI)があります．使用者はLEDデバイス構造・動作条件の設定、計算格子の生成・細密化、物性値の変更、計算の実行・モニター、及び計算結果の保存・エキスポートをGUIを介して行えます．付属の可視化ツール、SimuLEDView を用い計算結果の可視化が行えます．

Fig.　1.　内部量子効果の２D分布

SpeCLED で取扱う LED 素子は平面堆積構造を仮定しており、実際の３D素子構造の設定は層毎に入力され、操作は極めて簡便になります．使用指定の各層の特性から、プログラムは自動的に素子中内部境界の境界条件の設定を行います．平面中の構造・非構造プリズムグリッドは自動的、または使用者指定にて生成されます．必要に応じ、使用者はGUI中のオプションにてグリッドの細密化が行えます．グリッド中の異なるブロックは自動認識され、ブロックの属性は構成層の記述から割り当てられます．不均一ドーピング、不均一組成、短周期超格子領域を含むコンタクト層の複雑な形状の設定も可能です．短周期超格子領域の面内、面法線方向の電気伝導度の相違を考慮するために SpeCLED では非等方キャリア移動度の設定が可能です．

Fig.　2.　ダイ構造の設定

シミュレーションの効率化のために、SpeCLED では LED 素子の擬中性領域と活性領域を区別して取扱うハイブリッド法を用いています．キャリアドリフトが拡散に比較して支配的な擬中性領域においては電流の広がりを３Dにてモデル化します．活性領域は局所的法線方向電流密度ｊと印加電圧Uの関係、既知の温度依存のｊ－U特性の平面分布を有す非線形抵抗領域として考えます．ｊ－U特性は使用者指定の関数形にて定義するか、または外部ファイルからインポートします．通常は SiLENSe の１D計算から得られたものを使用します．薄い半透明金属電極中の広がり電流は SpeCLED 中でセルフコンシステントに計算します．電流分布計算と連成した熱伝達計算は、使用者指定の熱伝達係数にて外部との熱移動を考慮し、LED 内部の温度分布を計算します．素子内の熱生成は広がり電流計算から得られた電流分布から計算されます．不純物イオン化率、及び電気伝導に及ぼす温度の影響が考慮されています．

Fig.　3.　計算グリッドの自動生成

シミュレーションの進展はシミュレーションモニターウィンドウにて、現在の計算箇所、収束状況を示す電流、温度の残差プロットからモニターできます．設定した精度に達すると、計算は自動的に停止します．使用者は任意に計算を停止、中間結果を保存する事ができます．

Fig.　4.　任意鉛直断面電流値ベクトル表示

計算された電流密度分布、温度分布からダイオードを流れる全電流値、活性領域からの全輻射パワー、全消散パワー、積分輻射スペクトル等の物理量の積分値が計算されます．

計算結果は ASCII ファイル（*.cgs）の形で保存され、付属の SimuLEDView にて可視化されます．SimuLEDView は活性領域、ダイ任意垂直断面の物理量２D分布、物理量積分値（輻射スペクトル、全電流値、出力パワー、消散パワー等）を表示します．また２D分布のbmpイメージフォーマット、または２D面上選択方向の１D分布のテキストフォーマットにてエキスポートする事ができます．

Fig.　5.　LED電流 - 電圧(I-V)特性

SpeCLEDバージョン

SpeCLEDベーシックパッケージは平行、垂直型LED素子中の電流広がり、熱伝達計算を連成して解析します．

LED 素子は平面堆積プロセス(薄膜蒸着、エッチング)が施された基板上に連続的に形成されたエピ層のスタックとして取扱われます．
平行ダイ(片面電極構造)は、n-コンタクト層(エッチメサ構造を含む)、活性領域、p-コンタクト層、メサ構造上ｎ-電極、ｐ-コンタクト層上ｐ-電極、n-及びp-電極パッドからなるスタック構造にて表現されます．
垂直ダイ(両面電極構造)はダイ底面n-電極、n-コンタクト層、活性領域、p-コンタクト層、p-コンタクト層上p-電極、n-、及びp-電極パッドからなるスタック構造にて表現されます．
活性化領域は、温度依存を考慮した印加バイアス -局所的法線方向電流密度特性曲線で与えられる面内分布を有す非線形抵抗として扱います．特性曲線は使用者定義関数、又はバイアス値-電流密度データにて与えられます．通常はSiLENSeにて生成された活性化領域のバイアス - 電流密度曲線を使用します．
LED素子擬中性領域中の広がり電流はキャリア輸送に支配的なドリフト機構を仮定して、３Dにて計算されます．
薄い半透明金属電極中の広がり電流はセルフコンシステントに計算されます．コンタクトパッド中の電位は一様と仮定します．
擬中性領域の電気伝導度、及び活性領域の局所内部量子効果の温度依存を考慮します．
使用者定義の素子表面熱伝達係数から外部との熱移動が計算されます．
非等方性移動度の指定により、短周期超格子材料の面内、法線方向電気伝導度の相違を考慮できます．

データ入力、素子構造の設定、グリッド生成と細密化、シミュレーションの実行とモニター、及び結果の可視化はグラフィカルユーザインターフェース（GUI）、及び可視化ツールSimuLEDVIEWを介して行われます．

Fig.　6.　LEDパワー - 電流(L-I)特性

互換性

SpeCLED は SiLENSe、LEDヘテロ構造に対するバンド構造、キャリア輸送、光放射の１Dシミュレーターで生成されたデータをインポートする事ができます．

SpeCLED にて生成されたファイルはRATRO　1.2、LED素子中の３D光伝播モデリングツール、にて使用されます．

SimuLED メインページへ戻る