《仿真分析小技巧9》---圆柱形器件的精确计算

于 2020-04-20 11:48:37 发布
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分类专栏： 仿真模拟 半导体器件 芯片设计
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本文详细介绍使用APSYS软件中的cylindrical语句，通过圆柱坐标系功能精确建模圆柱形器件的方法，如VCSEL激光器和光电探测器。文章解释了cylindrical语句的参数设置，包括旋转轴定义、圆柱起源偏移和最小核心半径，以避免计算误差。并通过实例展示了平面双层结构的3D建模过程。

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《仿真分析小技巧9》—圆柱形器件的精确计算

大家好呀，本期小赛给大家带来的是圆柱形器件的仿真计算，我们知道很多半导体器件都是圆柱形的，例如VCSEL激光器和光电探测器。那么我们如何利用APSYS软件中的Cylindrical Coordinate System（圆柱坐标系）功能来进行圆柱形器件的精确仿真计算呢?

下面介绍软件中可以实现该功能的语句：cylindrical。该语句用于定义圆柱坐标系，能够用单个网格平面对具有圆柱对称性的3D器件进行建模。如下表所示cylindrical包含以下子语句：

在这里插入图片描述

axis: 用于定义旋转轴，缺省值为axis=y，即单个网格平面绕y轴旋转。

cylindrical_origin：用于定义转换为圆柱坐标系时，沿旋转半径方向，相对于旋转轴的偏移量。若其值大于零，将会把2D网格平面转换为圆环，而非圆柱。

min_core：是将2D平面网格转换为3D器件模型的计算过程中的最小R值，对于避免计算误差有着十分重要的意义，因为圆柱坐标系的梯度算子中包含该值。

下面，我们举例说明该语句的用法：

为了简单起见，我们设置了任意一个平面双层结构，如下图所示

在这里插入图片描述

在.sol文件中应用cylindrical语句，

在这里插入图片描述

程序运行完毕后，打开CrosslightView，我们就可以观察到已经生成的3D器件模型，
在这里插入图片描述

CrosslightView默认显示的圆柱角度为60°，可以选择通过工具栏中Tools(T)—Set
Cylinder Degree进行角度值的修改。这样，具有圆柱对称性的3D器件建模就完成了。

希望今天的内容对大家有所帮助噢，本期仿真分析小技巧就讲到这里啦，我们下期再见！

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最新成果展示：GaN基Micro-LED热学模型数据库的开发及应用
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如图1（b）所示，随着缺陷复合电流的降低，相对应的器件中也会产生更少的复合热。图1（c）表明小尺寸器件产生更少的焦耳热，然而缺陷区域的存在与否对器件内部的焦耳热并无影响。通过考虑复合热和焦耳热带来的综合效应，得到图1（d）所示的结果：减小非辐射复合有助于降低自热效应，尤其是对于小尺寸的。Device A1、A2、B1、B2在不同电流密度下的（a）SRH复合电流、（b）复合热、（c）焦耳热和（d）总热源。导致非辐射复合产生的自热效应更加显著，因此，如图2（a）和（b）所示，芯片尺寸为。LED效果更加显著。
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斜率效率为~ 4.8 W/A的910 nm GaAs基半导体激光器架构及数据库成功开发
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在5 A的单管输出功率可达20.4 W，其功率-电流特性曲线信息如下图所示。此器件架构的开发有助于高效地设计900 nm ~ 1000 nm的GaAs基激光器的结构参数，同时为分析器件内部机理提供了重要的参考价值，对研发高性能的GaAs基激光器有着重要的指导意义。半导体激光器最重要的性能参数之一是激光输出功率，如在激光切割、激光焊接等领域，半导体激光器需具备较高的输出功率以满足实际应用的要求。目前，提高半导体激光器的输出功率主要有两种方法：一种是提高半导体激光器单管的输出功率；
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AlGaN基深紫外FP激光器仿真模型及材料信息数据库有何用途？
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最新成果展示：AlInN/GaN DBR模型数据库的开发与应用
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有源区中的极化电场强度并同时降低量子垒与量子阱中能带倾斜程度，从而增加电子。的设计在一定程度上牺牲了器件的热学特性，但最终提升了器件的光输出功率和。具有更高的热阻，最终使得器件的热衰退提前，结温也明显增加。之间存在较大的晶格失配和热膨胀失配，导致很难获得。空穴波函数的重叠率，提高器件的输出功率。器件的散热性能产生影响。表示量子阱的能带倾斜程度；表示量子垒的能带倾斜程度；系统地研究了晶格匹配的。）平衡态下的电场分布（注入电流下的电场分布；电学和热学特性的影响。表示量子垒的势垒高度。）中展示的热量分布，
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最新成果展示：多结VCSEL模型数据库的开发及应用
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该模型数据库有助于分析器件内部电流分布、光场分布、受激辐射复合分布等微观信息，协助优化有源区架构、隧穿结组成、DBR等设计参数，为实现高功率、高响应速度的多结VCSEL器件设计提供可靠的技术分析手段。相比于传统垂直腔面发射激光器（Vertical-CavitySurface-Emitting Laser，VCSEL），多结VCSEL具有更高的光输出功率、更快的响应速度、更高的斜率效率和电光转换效率等优势。图1.（a）多结VCSEL能带分布和（b）PIV曲线特性。多结VCSEL模型数据库。
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新成果展示：载流子输运与复合模型数据库在台面二次刻蚀的Micro-LED中的应用
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为了揭示具有二次刻蚀台面的Micro-LED结构中载流子的输运与复合机制以及对器件的发光效率影响的物理机制，技术团队利用载流子输运与复合模型数据库系统地研究了器件结构内部电场对载流子输运的影响以及载流子的分布与复合情况。另外，我司技术团队也对上述器件结构进行了对比实验制备，并将测试结果与仿真结果进行了比较：如图3所示，利用极化效应和二次刻蚀台面的载流子限制作用可以有效地提高器件B的外量子效率（EQE）和光功率密度。图3（a）器件A和（b）器件B在不同注入电流密度下的外量子效率和光功率密度。
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最新成果展示：半导体激光器光学模型数据库的开发及应用
01-16 390
为解决该问题，我司技术团队提出通过调控空穴的注入路径来控制不同模式的增益，最终提升GaN基VCSEL的基模输出功率。如图2所示，当减小GaN基VCSEL的电流注入的孔径尺寸时，VCSEL B2依然能够保持高斯形态的单模激光输出。此外，VCSEL B2有源区内的增益覆盖范围与基模分布重叠率上升，与表面浮雕结构所在范围的重叠率下降，器件基模增益上升，激光器输出功率相应提高。图2. VCSEL B1至B3以及VCSEL A2的（a）一维横向光场分布，（b）远场发散角和（c）光输出功率对比图。
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新成果展示：具有倾斜台面的Micro-LED模型数据库的开发与应用
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除此之外，台面的倾斜角度也会对器件的电学性能产生影响，如图2所示，这主要体现在两个方面：一是倾斜的台面会造成侧壁区域的电场增加，导致边缘区域的量子阱中量子限制斯塔克响应增强，从而降低器件的有效辐射复合效率；图2 （a）各器件内部横向的电场分布，（b）Device 1和（c）Device 5边缘区域量子阱中的能带图，（d）各器件的非辐射复合电流随外加电流密度的变化曲线。其中Device 1/Ⅰ, 2/Ⅱ, 3/Ⅲ, 4/Ⅳ和5/Ⅴ的台面倾斜角度分别为45°，53°，63°，79°和90°。
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最新成果展示：Ga2O3材料数据库的开发及其在日盲紫外光电探测器中的应用
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所示，技术团队将上述器件结构的实验测试结果与仿真计算结果进行了对比：由于测试设备精度的限制，实验测试的暗电流无法达到理论计算值的量级，但获得的实验测试光电流与仿真计算的光电流在同一数量级水平，验证Ga2O3材料信息数据库的可行性。所示，在光照条件下，Ga2O3吸收层产生的光生电子在电场作用下输运至2DEG沟道，补充了金属栅下方被耗尽的电子，2DEG沟道重新导通，促进光生电子的快速输运。所示，在黑暗条件下，金属栅对AlGaN层的耗尽作用有效地抑制了器件的暗电流，即表现为对2DEG沟道的“夹断”作用。
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最新成果展示：利用缺陷信息数据库探索界面工程，助力GaN基肖特基势垒二极管的研究
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