SpeCLED｜結晶成長やデバイスのシミュレーション【STRJapan株式会社】

Spreading of Current in Light Emitting Diodes, Software for 3D Modeling of Current Spreading and Temperature Distribution in LED chip
LED素子中の電流および温度分布解析

SpeCLED は、電極構造を含むLEDチップ中の電流分布、及び温度分布を計算する3Dシミュレーションソフトウエアです。順方向電流、発光パワー、ウォールプラグ効率、積分放射スペクトル等のLEDチップデバイス性能を、印加バイアスの関数として計算することが出来ます。さらに、3次元構造のチップ全体の電流密度分布、温度分布を計算し、それらのデバイスの性能に及ぼす影響を予測する事が出来ます。

SpeCLEDは、平行型、垂直型LEDチップ中の電流拡散、熱伝達計算を連成して3次元でシミュレーションすることが出来ます。LEDチップの特性を支配する詳細な物理モデルを考慮しており、LED特性をシミュレーションにより忠実に再現する事が可能です。

SpeCLEDでは、主に以下の様なLED チップ特性（出力結果）を得ることが出来ます。

・LEDチップ内の温度分布
・LEDチップ内の発熱分布（ジュール発熱）
・LEDチップ内の電流密度、電位分布
・活性層内の内部量子効率（IQE）分布
・活性層内の発光パワー密度分布
・活性層内の発光波長分布
・活性層内の発熱分布
・ウォールプラグ効率、平均内部量子効率（IQE）

SpeCLEDでは、主に以下の様な特長的な計算モデルを実装しています。

・LED チップ構造は、平面堆積プロセス（薄膜蒸着、エッチング）処理された基板上に連続的に形成された層のスタック構造として考慮されます。
適応できる基本的なチップ構造は以下の通りです。
-平行型LED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（発光領域）、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-電極パッドで構成される構造です。
-垂直型LED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（発光領域）、p-コンタクト層、p-コンタクト層上p-電極、n-、及びp-電極パッドで構成される構造です。

・活性化領域は、温度依存を考慮した印加バイアス-電流密度特性曲線として与えます。この特性曲線は使用者が任意に関数として定義することも可能ですし、バイアス値-電流密度データテーブルとしても与えることが出来ます。通常は、SiLENSeにて計算された活性化領域のバイアス - 電流密度曲線を与えて計算します。

・LED中性領域中の広がり電流は、この領域のキャリア輸送に支配的なドリフト機構を仮定して、３次元的に計算されます。
薄い半透明金属電極（ITO電極）中の広がり電流に関しても計算されます。コンタクトパッド（n-pad , p-pad）中の電位は一様と仮定しています。

・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ています。

・熱の境界条件として、熱伝達係数を設定し外部との熱移動が計算されます。

・異方性の移動度を指定する事により、材料の面内、法線方向の電気伝導度の異方性を考慮する事が出来ます。

・マイクロLEDなどスケールの小さいチップで問題となるメサ表面での表面再結合を考慮することが出来ます。

図5. SiLENSeの結果（バイアス-電流特性、内部量子効率）の読込み画面

SpeCLED は、シミュレーションの経験がない方にも分かりやすいグラフィカルユーザインターフェース(GUI)を用意しています。
使用者はLEDチップ構造（形状）、計算条件の設定、計算格子の自動作成・調節、物性値の変更、計算の実行の一連の作業を対話形式のGUIで行うことが出来ます。
また、複数の材料物性を考慮したケーススタディーやバッチ計算機能がついています。
計算結果の可視化に関しては、可視化専用ソフトウェアSimuLEDViewを用いて行うことが出来ます。

GUI（計算条件設定、計算結果出力）：Windows OS
2GB RAM, Windows XP Professional 以上