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热学仿真模型助力深层次理解半导体器件物理和优化制备工艺

已有 1814 次阅读 2020-6-8 11:05 |系统分类:科研笔记| 热学仿真模型助力DUV, LED和VCSEL

基于Crosslight公司先进的半导体器件设计平台，我司技术团队成功开发了可应用于半导体器件的热学仿真模型，该模型的成功开发有助于科研人员深入分析器件工作过程中热效应对器件性能的影响，为分析器件内部机理提供了重要的参考价值。一、热学仿真模型助力高效率DUV LED芯片开发基于此模型，我司技术团队将电导调制效应应用到深紫外发光二极管(DUV LED)中，即利用图(a)、(b)所示的PNP-AlGaN电流扩展层减小DUV LED的电流拥挤效应，从而实现DUV LED内部的电导调制；该技术方案有助于减小DUV LED的正向工作电压，降低器件结温，并大幅提升发光效率；如图(c)、(d)所示，实验和仿真计算的光功率和外量子效率高度吻合；此外，根据图(e)、(f)可知，相比于参考器件LED R而言，LED A有效缓和了器件的热效应，使其内部热量分布更加均匀。（IEEE Electron Device Letters, DOI:10.1109/LED.2020.2997476）如下图1 二、热学仿真模型助力高质量VCSEL芯片开发同时，我司技术团队成功将该热学仿真模型应用于GaN基垂直腔面发射激光器(GaN VCSEL)，该模型的成功开发有助于研究人员更好地分析热量分布对GaN VCSEL激光功率、电光转换效率以及效率衰减(rollover)的影响，为深入分析VCSEL内部的热量及温度分布提供了重要的参考价值。基于此模型，我司技术团队进一步揭示了PNP-GaN电流扩展层有助于提高GaN VCSEL激光功率并缓和效率衰减效应；此外，根据结温分布图可知，当采用PNP-GaN电流扩展层时，器件的热量分布更加均匀。（Optics Express, DOI:10.1364/OE.396482）如下图2 以上研究成果极大程度上拓宽了研究人员在高性能半导体光电器件的设计和制备方面研究思路，更好地帮助研究人员了解半导体光电器件的热学特性，从而有针对性地设计器件结构来改善器件的性能。