氮化镓发光二极管的计算机模拟设计

摘要

氮化镓作为第三代半导体材料,一直是蓝光发光二极管的主选材料.自从1993年氮化镓基外延技术被日本突破以后,在全球掀起了氮化镓基蓝光发光二极管产业化的高潮.随着GaN基发光材料生长和器件研究的迅速发展,高发光效率的GaN基量子阱可见光发光二极管已经商品化,相应的应用领域的研究迅速扩展.最近几年,人们发现发光二极管的光效率不高的原因是很大一部分光线在材料中已经被吸收,因此研究者们发明了多种办法来提高二极管的光线抽取效率,比如优化外延生长工艺,提高电流的空间发散,采用共振腔结构设计以及加工出环状结构等等.同时,这些器件中不仅包括二维器件,同时也有具备三维结构属性的器件.由于实验上制作LED样品以及分析这些样品需要很繁琐的过程、较大的成本和较长的时间,因而理论上对具有不同内部材料结构的器件进行有效的模拟成为必要. Crosslight公司自创办10几年来,一直致力于开发和完善半导体器件的模拟软件,不断关注LED器件开发及理论研究的前沿领域,一直是半导体光电子器件模拟软件行业中的佼佼者,尤其在模拟激光二极管,发光二极管的量子效应方面更是走在了世界的前列.APSYS是Crosslight开发的系列产品之一,其基础是化合物半导体器件的电学、光学和热学属性的2D/3D有限元分析,重点是能带结构和量子力学效应,其包含的各种光学模块使其对光感和光发射器件的应用领域尤为适用.主要应用于模拟各类硅器件、发光二极管(LED)和有机发光二极管(OLED)、太阳能电池、光电探测器(PD)、高电子迁移率晶体管(HEMT)、双极形异质结晶体管(HBT)、行波半导体光放大器、共振隧穿二极管(RTD)以及量子阱红外光电探测器(QWIP).本文着重介绍APSYS对氮化镓发光二极管的计算机模拟和设计。