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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。
適用可能なモデルと機能を紹介。（タイプ-II型量子井戸(Type-II MQW)の組を150対インプットコマンドでくくるテクニック。複合多重量子井戸(Complex MQW)光利得(optical gain)モデルからタイプ-II型量子井戸の光利得/光吸収スペクトルを求める。タイプ-II型量子井戸のバンドアライメント(band alignments)によって吸収スペクトルをデザイン。量子力学に基づいたミニバンド(mini-band)モデルの効果）
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。
APD(Avalanche Photodiodes)のシミュレーションで利用されるAPSYSの物理モデルを紹介。(ドリフト拡散(drift-diffusion)と流体力学(hydrodynamic)モデル。衝突電離(impact ionization)と過剰雑音(excess noise)要因。共振状態(Resonant condition))また、APDデバイスのモデリングと解析結果について紹介。（InP/InGaAs SAGCM APDのモデリング。InGaAs/AlGaAs RCE SAGCM APDのモデリング。GaAs/AlGaAs PIN APDのホットキャリア(hot carrier)モデル）
量子ドット(quantum dots)デバイスのモデリングは、微視的なモデルを構築・解析しその結果を巨視的なモデルに取りこむ手順を経る。微視モデルは様々な矩形や円柱状の3次元量子ドットが可能。ひずみ効果(strain effect)も考慮。GaN基板のウルツ鉱構造(wurtzite structure)も亜鉛鉱型結晶構造(zincblende structure)と同様に適用可能。巨視的なモデルにおけるバンド図(band diagram)、PLの計算果と実験の結果比較、光利得スペクトル(optical gain spectrum)、広がりなしのスペクトル(spectrum without broadening)、温度依存、利得スペクトル(gain spectra)、レーザ発光の振舞い(lasing behaviour)を例示。
PICS3D内臓のVCSELモジュールにおける自己無撞着モデルの概要。基本的なVCSELモデリングを解説。また、次のような特徴を紹介。自動VCSEL共振器デザインモジュール(VCSEL cavity design module)、光ポンプVCSEL(optically pumped VCSEL)、多横モードの計算(multi-lateral models calculation)、EIM(effective index method)を用いた多モード共振波長(resonating wavelength of multimode)、非対称(non-symmetric)VCSEL、矩形(rectangular shape)VCSEL、多モード過渡解析(Multimode transient simulation)、垂直外部共振器面発光レーザ(VECSEL: vertical external cavity surface emitting laser)。
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。
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。
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。
クロスライトの3次元TCADはフォトニック結晶半導体レーザ(PhCLD)解析のためのFDTDおよび電気-光シミュレーション環境を統合。クロスライトの3次元TCADは電気的ポンピングPhCLDをデザイン、最適化するためのツール。ユーザーフレンドリーで実用的なGUIはオリジナルのGDSIIレイアウトから最終的にレーザー発光特性のシミュレーションまでをカバー。
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。
LEDの効率の低下に関する様々なモデルをAPSYSは提供可能。（分極電荷(polarization charge)起因の量子井戸と障壁のポテンシャルひずみ。量子障壁(quantum barrier)とEBL(electron blocking layer)を越えるコールドキャリアリーク。ホットキャリア(hot carrier)起因の非局所輸送(non-local transport)。熱電子放出経由の非局所ホットオージェ電子リーク(Auger-thermionic model)。オージェ再結合率に依存する量子井戸からの非局所直接離脱(Auger-direct model)。オージェ再結合率に依存する量子障壁からのホットキャリア非局所放出(Auger-indirect model)。）
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。
プロセスシミュレーター(CSuprem)とデバイスシミュレーター(APSYS)を統合したTCADで多重量子井戸(MQW)構造LEDの解析を紹介。ポテンシャル、電流密度、温度とキャリア分布をシミュレートし結果を3Dで表示。デバイス断面構造の設定にはGUIインターフェイスを持ったLayerBuilder(標準付属)を使用。電極などレイアウトパターンは、GDSフォーマット対応の、MaskEdior(標準付属)で作成。これらの情報をもとに、CSupremで3Dメッシュとドーピングプロファイルを生成。デバイスシミュレーター(APSYS)で、電気的な特性(IQEなど)と熱的特性をシミュレーション。また、オプション機能のオプトウィザード(Optowizard)を用いて、光線追跡(raytracing)またはFDTDによる光抽出が可能。
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。）
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。
RCLEDの様々なタイプの解析例を紹介。（InGaAs/AlGaAs RCLEDを例に実験結果と比較。VCSELと似た構造をもちGaAs/AlGaAs材料の多重量子井戸(MQW)のRCLED。離調DBR(detuned DBR)を持つRCLED。長い共振器をもつRCLED）デバイスシミュレーターAPSYSはオールインワンの解析とデザインアプローチを可能にする。
クロスライトのCAD製品のデバイスシミュレーターでLEDデバイスを例に2D/3Dのシミュレーションを紹介。多重量子井戸(MQW)モデル、キャリア輸送モデル、光線追跡などの物理モデルや機能を用いて計算。分極の有無によるバンド、IQEドループ(IQE droop)をシミュレーション、分析。超格子(Super Lattice)のデザインについて紹介。InGaN LEDの典型的な2DシミュレーションやITO電極を持つLEDの完全3Dシミュレーションなどの例を紹介。
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。
LEDデバイスを例に量子ドット(quantum dots)のモデルを解説。量子ドットサイズごとの発光スペクトル(EL spectrum)をシミュレーション。また、実験結果とも比較。量子輸送の有無によるI-V特性をシミュレーション、結果を比較。また、実験結果とも比較。量子効率の解析、比較。量子ドットの密度の違いによる量子効率や発光スペクトルを比較。また、量子ドット(quantum dots)と量子井戸(quantum wells)のLEDデバイスの特性を比較。
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。
様々な物理モデル。（ウルツ鉱材料に応じた多重量子井戸(Multiple Quantum Wells)モデルに基づくk.p.理論。表面分極電荷(polarization surface charge)/自己無撞着モデル(self-consistent model)。量子井戸(quantum wells)または量子ドット(quantum dots)のための多体(Manybody)利得(gain)/自然放出(spontaneous emission)理論。非平衡量子輸送モデル(Non-equilibrium quantum transport model)。）InGaN/GaN MQWの青色LEDの特性における分極電荷の効果の有無を比較。（バンド図(band diagram)、ELスペクトル(EL spectrum)、I-V特性(I-V curve)、内部量子効率(IQE: internal quantum efficiency)）また、構造の最適化を検討。（インジウム(In: indium)組成の依存性、量子井戸(quantum well)数の依存性、量子井戸(well)/障壁層(barrier)の厚さ依存）
プロセスシミュレータCSupremで3D構造デバイスを構築。APSYSとFDTDの組合せによる表面構造(textured surface)のモデリング手順を紹介。電気特性と光学特性をAPSYSと3D光線追跡を用いて計算。（FDTDデータで3D光線追跡を行い光パワーを抽出）クロスライトソフトウェアのいくつかのモジュールを組合わせることで表面構造を持つLEDを正確に計算可能。
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。）
高応力(higly stressed)がかかるGaN多重量子井戸(MQW)の理論モデルを解説。クロスライトのデバイスシミュレーターでシリコン上に任意の結晶方向(crystal orientations)に成長したGaNデバイスLEDについて次のような結果を得ることが可能。シリコン基板からの張力(tensile)は多重量子井戸(MQW)のバンドギャップ(band gap)を減少し波長が長くなる。多重量子井戸(MQW)中の圧電電荷(piezoelectric charges)の減少。内部量子効果(IQE)の減少はEBL(electron blocking layer)インターフェイス上の圧電電荷の増加が原因。
多重量子障壁(MQB: Multiple Quantum Barriers)超格子(SL: superlattice)のトンネリングモデルを解説。超格子の有無をシミュレーション比較。（バンド図(band diagram)、L-I特性、内部量子効率(IQE)、電子リーク(electron leakage)など）多重量子障壁は電子のポテンシャルバリアを増加し電子リークをより効果的にブロック。
有機金属気相成長法(MOCVD)のプロセスシミュレーターPROCOM(プロコム)の事例を紹介。PROCOMは、流体力学(fluid dynamics)や質量(mass transport)および熱輸送(heat transport)、さらに非平衡ガス-ガス(non-equilibrium gas-gas)または非平衡ガス-表面(non-equilibrium gas-surface)化学反応(chemical reactions)を考慮したMOCVDプロセスの包括的なモデルを提供。統合されたGUIツールで幾何学的構造、メッシュおよび化学反応コントロールを取扱い可能。回転ディスクモデル(rotating disk model)は効果的で、MOCVDにおいて回転ディスクを使うことの利点を明らかにした。
クロスライトの3次元TCADを構成する製品の特徴を紹介。実際の計算例にPower NPN BJT、Interconnect Metal Debiasing、Power LDMOS、CMOS Image Sensor、FINFETなどのデバイスをピックアップ。プロセスシミュレーターCSpuremによるデバイス作成、デバイスシミュレーターAPSYSによる電気的および光的特性の解析や熱解析を例示。
CSupremはMEMS(Micro-Electro-Mechanical Systems)作成をただちに行えるシミュレータ。RFスイッチ(RF Switches)、電位計(Electrometer)、ポリシリコンMEMS(Polysilicon MEMS)、SOI MEMS、MT-VCSOAのプロセスシミュレーションを題材に実際の計算を例示。MEMS製造工程を正確に最適化、MEMS形成のシミュレーションに対し最適な3次元メッシュを生成。
有機金属気相成長法(MOCVD)のプロセスシミュレーターPROCOMシミュレーションでp-タイプ伝導率の問題に取組む。膜成長中のMg取込みをコントロールするのが重要。シミュレーションは複雑なドーピングプロセスおよびMOCVDプロセスの最適化を補助。異なるタイプのアクセプターも本ソフトウェアによってシミュレーション可能。
イオン注入(ion implantation), 蒸着(deposition)、エッチング(etching)、拡散(diffusion)、酸化(oxidation)に対する物理モデルをベースに様々な半導体構造の1次元、2次元および3次元のプロセスシミュレーションが可能。IC製造工程の研究開発コストをコントロールするのに欠くことのできない信頼のある正確なシミュレーションツール。デバイスシミュレーターのためのドーピングプロファイル(doping profile)を出力可能。
MaskEditor(マスクエディター)は基本的にレイアウトのためのマスク作成・編集ツール。プロセスシミュレーターCSuprem(シーシュープリム)と合わせることでデバイスシミュレーションのための3次元メッシュが生成可能。デバイスレイアウトをGDSIIフォーマットで生成可能。3Dプロセスシミュレーションのためのマスクを生成。
工事不要で使えるガス式の自動給油器。防爆エリア対応で廃棄も簡単
