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薄膜太陽電池のデバイス解析ツール
デバイスモデリング(modeling)の特徴を、APSYSを用いて各物理モデル(physical models)や量子トンネリング(quantum tunneling)について紹介。a-Si muC-Si a-SiGeとITO/ZnOを使ってa-Siに対するモデルと材料の吸収特性(material absorption property)を説明。a-Si PIN太陽電池のモデリング結果として、二重接合(dual junction) muC-Si/a-Siと三重接合(triple junction) a-Si/a-SiGe/a-SiGeタンデム型(tandem cells)太陽電池を計算例を紹介。クロスライトの2D/3D光線追跡(ray tracing)とFDTDモジュールを併用することで、APSYSでSi基板の薄膜太陽電池を効率的に設計・解析が可能。
多接合太陽電池のデバイス解析ツール
化合物半導体の単接合(single-junction)と多接合(multi-junction)太陽電池の2D/3Dシミュレーションの実施例を紹介。非局在(Non Non-local)トンネル接合モデル(tunnel tunnel-junction model)を実験によって較正。太陽光スペクトラム(solar spectrum)をバイアスに用いて外部量子効率(external quantum efficiency)を解析。I-V特性、Isc、Vocと量子効率はモデリングと実験結果が一致。複数太陽光(multi-sun)のモデリング結果から、最適な太陽数はコンタクトパッドの間隔によって変わり、異なる直列抵抗の効果が示された。
レーザ照射コンタクト太陽電池のデバイス解析ツール
クロスライトのプロセスシミュレーターCSupremとデバイスシミュレータAPSYSを併用したレーザ照射コンタクト(Laser fired contact)のプロセスを例示。最終的にLFC(Laser fired contact)を構造に持つRCC(rear-contacted cells)デバイスをAPSYSに取込み、太陽電池性能のモデリングが成功。LFCを持つRCCデバイスの妥当な性能を示した。結果から、実際のレーザパルス照射を議論、Al原子が溶融したSi中へ拡散する可能性を示唆。クロスライトのCSupremとAPSYSでLFCを持つ太陽電池の2D/3Dモデリングが可能。
2つの異なる表面構造を持つLEDのFDTD法解析ツール
異なる表面形状を持った2種類のLEDデバイス構造をAPSYSでFDTD法を用いてシミュレーションし、角度に依存する発光強度分布が得られた。表面形状の違いが発光強度に反映。2Dと同じ方法で3D構造のFDTDシミュレーションが可能。
蛍光体をコーティングしたLEDの光線追跡シミュレーション解析ツール
解析手順のテクニックを紹介。光線追跡を解析、得られた結果のプロットを表示。（LED出力の角度配布。黄色/赤色の蛍光体における、吸収されたパワー密度のプロファイル。全ての光出力のスペクトラム。）
GaN基板のナノワイヤまたはナノチューブデバイスの数値解析ツール
デバイスシミュレーター(APSYS)で、GaN基板のナノワイヤ(nanowire)やナノチューブ(nanotube)構造のLEDを効率よく解析。デバイスのモデリングとシミュレーション例を紹介。試験的に15 000メッシュポイント(mesh points)の量子井戸(quantum well)を1個有する単体のナノチューブ(single tube)を計算。典型的なI-V特性計算に、OS:Windows7+CPU:i5のノートPCで約20分のコスト。使用したAPSYSの物理モデルと数値解析機能は、「移動拡散(drift diffusion))モデルを量子力学と合わせ自己無撞着に計算」、「分極電荷を極性・半極性に利用」、「熱モデル」、「EBLドーピング、バンドオフセットや分極電荷によるIQEドロップ」、「FDTDによる抽出計算」など。
様々なタイプの有機LEDを例に計算のための物理モデルや解析
クロスライトのデバイスシミュレーターAPSYS(アプシス)で様々な有機LED(Organic Light-Emitting Diodes)のシミュレーションを紹介。有機半導体(organic semiconductor)に対する量子移動拡散(quantum drift-diffusion)モデルと解析。3D光線追跡(3D ray-tracing)による光抽出(non-microcavity mode)。フレンケル励起子(Frenkel exciton)を伴ったエレクトロルミネセンス(electroluminescent)スペクトルのモデリング。マイクロ共振器(microcavity)効果を含めた計算。アクティブマトリクス式有機EL(AMOLED)への適用。三重拡散層を使った白色有機EL(WOLED)の解析。低電圧PIN構造の特性をシミュレーションと実験結果の比較。タンデム型有機EL(OLED)の解析。
フォトニック結晶LEDのデバイスモデリングと解析ツール
フォトニック結晶LED(PhCLED)のモデリングのポイントや解析事例を紹介。DBRを持ったフォトニック結晶LEDを題材にしたシミュレーションを検討。（2D/3Dドリフトディフュージョンモデル(drift-diffusion model)。物理シミュレーションによるバンド解析。自然放出(spontaneous emission)と導波モード(guided mode)。エアホール(air hole)の深さの考察など。）また、InGaN フォトニック結晶LEDを題材に多導波モード(guided multimodes)の解析も紹介。これらのシミュレーション結果は、報告されている理論や実験と一致している。
高輝度発光ダイオード(SLED)の3次元モデリングツール
グリーン関数(Green's function)理論に基づく理論モデルを解説。テストデバイスを用いて解析。（横モード(lateral mode)のプロファイル 利得(gain) バンド図(band diagram) 異なる注入におけるキャリア分布 空間的ホールバーニング(spatial hole burning) I-V特性(I-V curve) L-I(L-I curve) 自然発光の強度(amplifier spontaneous emission)に対する3D効果。）
スラブ結合光導波路レーザの解析ツール
クラマース・クローニヒの方程式を用いた屈折率変化のメカニズムの温度依存や自由電子/プラズマモデルが妥当な結果を与える。LASTIPはLASTIPはSCOWLタイプの高出力レーザーにおいて横モードの振舞いの正確な見積を提供する。長い共振器のようなさらに踏込んだ解析には、軸方向空間ホールバーニング(longitudinal spatial hole burning)と端面光ダメージ効果(facet optical damage effect)を考慮する必要があるためPICS3Dを推奨。
量子カスケードレーザの解析ツール
サブバンド構造計算(subband structure calculation)により、発光波長(emission wavelength)やミニバンドアライメント(miniband alignment)などのQCL(quantum cascade laser)の基本的なデザインが可能。微視的なレート方程式モデル(microscopic rate equation model)は、ローカル電流(local current)と光子密度(photon density)のような光利得(optical gain)を容易に生成。巨視的なQCLシミュレーションにおいて、電子を電極から多重量子井戸(MQW)に注入し、多重量子井戸(MQW)から電極に収集。100-1000Aの平均自由行程(mean-free-path)を持つ非局所的(non-local)な電流注入モデル(currentinjectionmodel)を提案。
半極性のInGaN半導体レーザの解析ツール
結晶座標系、ひずみや応力などを考慮したモデリングのアプローチを紹介。LASTIPでの2次元計算を例に、内部電場を伴わない光利得(optical gain)など半極性と非極性とc面(c-plane)で比較。結晶成長方向を考慮したウルツ鉱型MQWデバイスに対するk.p.理論に基づいたモデルはAPSYS、LASTIPとPICS3Dに搭載。
多モード光干渉導波路半導体レーザの3次元解析ツール
多モード光干渉導波路(MMI: Multimode Interference)半導体レーザの発光特性、電気特性と熱解析のシミュレーション。物理モデルを紹介。マスク作成から3次元シミュレーションまでシミュレーションの手順を解説。MMIデバイスのデザインにおいて考慮すべき点を説明。
CMOSイメージセンサー3D解析ツール
クロスライトのTCADや3Dシミュレーションの特徴を紹介。また、3D構造を構築するためのツールであるMaskEditorやSemiCrafterの特徴を説明。実際シミュレーションを行うためにCMOSイメージセンサー(CMOS Image Sensor)のプロセスの概要を示し、各ステップ毎の作業を解説。
量子井戸型赤外線センサーの自己無撞着モデルによる解析ツール
クロスライトのAPSYSはQWIP(Quantum Well Infrared Photodetectors)デバイスの解析に対して総合的な物理モデルを提供可能。そしてモデルの妥当性は実験結果と比較して十分にリーズナブルである。移動拡散理論(drift-diffusion theory)に対する非局所的な量子補正はQWIPの性質における光電流(photo-carrier extraction)を説明するのに必要。
