专题:光电子器件
光电子器件是人类认识自然、感知自然、探索自然、回馈自然的重要途径,是国家综合实力和科技水平的重要体现

LED 仿真专题

GMPT, 2023/09/27

摘要: 本专题采用 NUWA 实现了 GaN 多量子阱 LED、V 型坑 LED、Micro-LED 以及 OLED 的光电特性仿真,展示 NUWA 软件针对 LED 器件的结构建模过程、相关模型参数的设置和特征结果,旨在让使用者充分了解和掌握 NUWA 的操作和使用,并能够使用该软件进行各类 LED 的仿真和优化设计。

1. 前言

   90 年代以来,随着 GaN 基半导体材料生长工艺的一系列重大突破,以 GaN 为代表的第三代半导体材料逐渐兴起。GaN 基半导体材料可以制成高效的蓝光、绿光和白光发光二极管(LED)。作为新型高效固体光源,LED 具有长寿命、节能、绿色环保等显著特点,已被泛应用于大屏幕彩色显示、汽车照明和交通信号、多媒体显示、光通讯等领域,有望将来代替白炽灯、荧光灯,实现人类照明史上的又一次革命。

   随着生长工艺和加工技术的不断提高,LED 逐渐向深紫外和红光方向扩展,同时又向小型化、微型化方向发展,如 UV LED、Mini-LED、Micro-LED,在杀菌消毒、穿戴设备、AR/VR 显示、柔性屏等领域的需求逐渐增加。然而,LED 产业依旧面临许多难题,如 AlGaN\GaN\AlN 材料 P 掺杂浓度低、外延生长位错缺陷浓度高、极化效应、Micro-LED 侧壁损伤、小尺寸效应、散热、巨量转移、良率等,这些导致 LED 发光效率低、生产成本高等实际应用问题。因此,LED 以及 OLED 发光效率提升和成本降低依旧是 LED 领域需要不断解决的问题。

   本专题主要介绍了 InGaN/GaN 多量子阱 LED、V 型坑 LED、Micro-LED 以及 OLED 的器件仿真过程,包括器件结构、模型设置及结果输出,多量子阱载流子传输过程,V 型坑结构的构建、Micro-LED 损伤效应以及 OLED 中激子扩散和复合机理,旨在使用户能够了解器件仿真技术,使用户能够利用仿真技术解决 LED 中现存的问题或开发出性能更加优异的 LED 器件结构。

2. 仿真工具

   本专题采用 NUWA 半导体工艺和器件仿真软件对 LED/OLED 进行仿真。NUWA 软件包含极化效应模型、缺陷模型、SRH 复合、俄歇复合、辐射复合模型、非平衡量子传输模型、自洽多量子阱模型、激子扩散、激子复合模型、自热模型,可用于描述 GaN 基 LED 及 OLED 中存在的物理现象,如缺陷、极化、非辐射复合、载流子飞跃等,结合上述模型,NUWA 可以对 LED/OLED 的光电特性进行准确仿真。