Symulacja diody LED emitującej promieniowanie podczerwone, wykonanej z arsenku galu (GaAs), o długości fali 870 nm.

1. Wprowadzenie: zasada działania diody LED emitującej promieniowanie podczerwone, wykonanej w technologii GaAs.

Dioda LED, w której występuje polaryzacja przewodząca, wprowadza elektrony i dziury do obszaru półprzewodnika, gdzie mogą one ulec rekombinacji. W materiałach o bezpośredniej przerwie energetycznej, takich jak GaAs, elektron może ulec rekombinacji z dziurą, oddając swoją energię w postaci fotonu. W temperaturze zbliżonej do pokojowej przerwa energetyczna GaAs wynosi około 1,42 eV, co odpowiada emisji w zakresie bliskiej podczerwieni, około 870 nm:

\[ E_{\mathrm{ph}}=\frac{hc}{\lambda}\simeq E_g,\qquad \lambda\,[\mathrm{nm}]\simeq\frac{1240}{E_g\,[\mathrm{eV}]}. \]

Ta zależność określa charakterystyczną długość fali, a nie idealnie ostry pasmo widmowe. Elektrony i dziury zajmują różne poziomy energii, a emitowane światło ma skończoną szerokość widmową. Widmo emisji zależy również od temperatury, parametrów materiału oraz modelu widmowego zastosowanego w symulacji.

Aktywna warstwa GaAs znajduje się pomiędzy warstwami Al0,3Ga0,7As o większej przerwie energetycznej. Tworzą one strukturę podwójnego złącza: przesunięcia pasm przewodnictwa i walencyjności wspomagają ograniczenie nośników, dzięki czemu elektrony i dziury spotykają się w warstwie GaAs, a nie rekombinują w innym miejscu. Jest to urządzenie emitujące światło w sposób spontaniczny, a nie dioda laserowa; nie modeluje się w nim wzmocnienia optycznego ani progu laserowego. Sekwencja warstw fizycznych zostanie omówiona w sekcji 4.

2. Tworzenie symulacji diody LED emitującej promieniowanie podczerwone.

W głównym oknie OghmaNano wybierz Plik → Nowa symulacja. Przeglądarka nowej symulacji zawiera przykładowe urządzenia, uporządkowane według typu (patrz ?? i ??). Otwórz odpowiednią kategorię przykładów GaAs/LED i kliknij dwukrotnie przykład „LED 870 nanometrów, arsenek galu”. Wybierz folder na swoim komputerze i zapisz w nim symulację. Dzięki temu uzyskasz lokalną kopię, którą możesz uruchomić, a następnie modyfikować, nie zmieniając przy tym szablonu w bibliotece.

Po załadowaniu przykładu, OghmaNano wyświetla urządzenie w głównym oknie. Główne okno urządzenia przedstawiono na ??. Symulacja zawiera już strukturę półprzewodnikową, parametry elektryczne, skład stopów i konfigurację emisji. Najpierw uruchomimy tę referencyjną konfigurację, a dopiero później sprawdzimy, jak zmontowane jest obliczenie.

3. Uruchamianie symulacji.

Kliknij niebieski, trójkątny przycisk „Uruchom symulację” na pasku narzędzi „Plik”. Symulacja wykonuje serię obliczeń elektrycznych przy różnych wartościach przyłożonego napięcia. Wraz ze wzrostem przyłożonego napięcia, moduł obliczeniowy drift-diffusion oblicza wewnętrzny potencjał elektrostatyczny, koncentrację elektronów i dziur, ich prądy oraz współczynniki rekombinacji. Wyniki symulacji są zapisywane w folderze, który został wybrany w sekcji 2.

W trakcie obliczeń otwórz zakładkę „Terminal” (patrz ?? i ??). Wyświetla ona postęp działania programu i komunikaty diagnostyczne. Zmieniająca się linia danych wyjściowych jest normalna: program przechodzi przez kolejne etapy analizy i rozwiązuje powiązane równania. Po zakończeniu obliczeń wróć do zakładki „Wyniki”, aby sprawdzić zapisane dane. Jeśli podczas działania programu wystąpił błąd, informacje diagnostyczne należy najpierw sprawdzić w danych wyjściowych terminala.

4. Pierwsze wyniki: geometria urządzenia, prąd i emitowane światło.

Po pomyślnym zakończeniu symulacji, w zakładce „Wyniki” wyświetlane są wyniki symulacji w postaci zbioru plików. Zrzut ekranu przedstawiony w ?? jest przykładem plików generowanych przez tę symulację diody LED emitującej promieniowanie podczerwone; dostępne pliki mogą się różnić w zależności od ustawień wyjściowych i wersji oprogramowania.

Zakładka „Wyniki” zawiera zestaw plików i folderów w formacie CSV. OghmaNano umożliwia bezpośrednie otwieranie tych plików: kliknij dwukrotnie plik CSV, aby wyświetlić jego zawartość w formie wykresu, lub kliknij dwukrotnie obsługiwany plik urządzenia lub migawki, aby uruchomić odpowiedni program do wyświetlania. Zacznij od device.csv, który otwiera widok 3D. Ten widok ułatwia zrozumienie przestrzennej struktury reprezentowanej przez model przed analizą krzywych elektrycznych.

Charakterystyka gęstości prądu w funkcji napięcia (krzywa J–V) pokazuje, że dioda zaczyna przewodzić przy polaryzacji przewodzącej. Przy niskim napięciu do aktywnej warstwy wprowadzana jest stosunkowo niewielka liczba nośników. Wraz ze zmniejszaniem się barier w obszarze złącza, prąd przewodzący gwałtownie wzrasta. Napięcie, przy którym pojawia się wyraźny wzrost, nie jest uniwersalną stałą materiałową: zależy ono od konstrukcji urządzenia, kontaktów, parametrów transportu i skali wykresu. Należy również zauważyć, że duży prąd niekoniecznie oznacza, że duża jego część generuje użyteczne światło.

4.1 Emisja światła i efektywność zależne od napięcia

Następnie otwórz v_cd_m2.csv, aby przeanalizować zależność natężenia światła od napięcia, przedstawioną na przykładzie. Otrzymany wykres znajduje się poniżej, w ??. Przedstawiona na wykresie luminancja (lub wielkość odpowiadająca jasności, zdefiniowana w symulacji) wzrasta wraz z rozpoczęciem rekombinacji nośników ładunku. Należy pamiętać, że w przypadku urządzenia podczerwonego fotometryczna luminancja w jednostkach cd m−2 uwzględnia wrażliwość ludzkiego oka na światło. Dlatego nie jest to najlepszy wskaźnik użytecznej mocy optycznej o długości fali 870 nm: bardziej miarodajna jest moc promieniowania spektralnego lub strumień fotonów. Plik i jednostki osi należy interpretować w tym kontekście.

Otwórz v_eqe.csv, aby zobaczyć symulowaną zewnętrzną efektywność kwantową (EQE) w zależności od napięcia. W przypadku diody LED, EQE wyraża liczbę fotonów emitowanych przez urządzenie na każdy dostarczony do niego elektron. Jest to odmienne od wewnętrznej proporcji procesów rekombinacji, które generują fotony. Wraz ze zmianą napięcia, konkurencyjne procesy radiacyjne i nieradiacyjne, wyciek nośników i optyczne sprzężenie mogą wpływać na EQE. W konsekwencji, zależność EQE od napięcia nie musi dokładnie odpowiadać krzywej J–V ani krzywej jasności.

Te trzy wyniki odpowiadają na powiązane, ale odrębne pytania: jaka jest wielkość wprowadzanego ładunku? (charakterystyka J–V), jak zmienia się emitowane wyjście? (krzywa zależności mocy optycznej od napięcia) i jak efektywnie wprowadzony ładunek jest przekształcany w emitowane fotony? (EQE).

5. Analiza warstw, domieszkowania i składu stopu.

Wróć do głównego okna i otwórz edytor warstw, korzystając z niebieskiego przycisku z układającymi się w stos linie, znajdującego się po lewej stronie widoku struktury urządzenia. Edytor wyświetla kolejność warstw półprzewodnikowych oraz ich ustawione grubości. Urządzenie referencyjne to podwójna struktura heterospójeniowa GaAs/AlGaAs o następującej nominalnej strukturze warstw, odczytywanej od góry w kierunku do tylnego kontaktu.

Oto domyślne ustawienia użyte w przykładzie instruktażowym. Edytor warstw jest miejscem, w którym należy sprawdzić wartości w załadowanej wersji. Szerokoprzepustowy AlGaAs po obu stronach warstwy GaAs o węższej przerwie energetycznej powoduje nieciągłości w pasmach energetycznych. Pomaga to w lokalizacji nośników w centralnej części. Tylna warstwa GaAs wspomaga kontakt elektryczny, chociaż GaAs może również absorbować światło, które dociera do tej strony struktury, dlatego projekt optyczny i elektryczny należy rozpatrywać łącznie.

Wybierz pasek „Electrical” i otwórz okno „Doping/Ions”. Na wykresie przedstawiono, jak zmienia się koncentracja donorów i akceptorów w całym urządzeniu. Dodawanie donorów w obszarach typu n dostarcza elektrony, a dodawanie akceptorów w obszarze typu p dostarcza dziury. Środkowa warstwa GaAs jest nominalnie warstwą wewnętrzną, ale nie jest wolna od nośników: pod wpływem napięcia przewodzącego elektrony i dziury są wprowadzane do niej z obu stron.

Na tej samej karcie narzędzi otwórz opcje „Gradient materiału” i „Deformacja”, aby zobaczyć parametry składu stopu dla osi x, y i z. W przypadku AlxGa1−xAs zawartość aluminium wynosi x = 0,30 w warstwach barierowych, a w czystym GaAs wynosi zero. Skład materiału to nie tylko etykieta: wpływa on na przerwę energetyczną stopu, powinowactwo elektronowe i inne właściwości elektryczne, które są wykorzystywane w skryptach materiałowych. Zamierzony profil x powinien odpowiadać sekwencji warstw fizycznych wyświetlanej w edytorze warstw.

6. Optyczne wyprowadzanie światła: które fotony opuszczają układ?

Foton generowany w aktywnej warstwie GaAs niekoniecznie opuszcza diodę LED. GaAs ma wysoki współczynnik załamania, dlatego fotony docierające do granicy między półprzewodnikiem a powietrzem pod odpowiednio dużym kątem mogą ulegać całkowitemu wewnętrznemu odbiciu. Wewnętrzne odbicia, absorpcja w półprzewodniku oraz absorpcja na stykach mogą zmniejszyć liczbę fotonów, które opuszczają diodę. W rezultacie urządzenie może charakteryzować się wysoką szybkością rekombinacji radiacyjnej, ale stosunkowo niską emisją zewnętrzną.

Otwórz pasek narzędzi „Optyka” i wybierz opcję wyświetlania rozchodzenia się światła. Na wykresie przedstawiono, w jaki sposób prawdopodobieństwo, że wygenerowany foton opuści strukturę, zależy od jego położenia w warstwach. Wykres na rysunku ?? przedstawia rozkład przestrzenny, natomiast powiązany z nim wykres na rysunku ?? pokazuje prawdopodobieństwo opuszczenia struktury w zależności od głębokości położenia źródła światła.

Ważny szczegół w tym przykładzie: wynik dotyczący prawdopodobieństwa „ucieczki” jest wyświetlany tylko w obszarze, w którym model generuje światło. Teoretycznie fotony mogłyby „uciec”, gdyby były generowane w innych warstwach; jednak wykres ogranicza się do obszaru emitującego, wybranego przez symulację, zamiast stwierdzać, że „ucieczka” jest fizycznie niemożliwa w innych miejscach. Samo prawdopodobieństwo „ucieczki” nie daje nam informacji o całkowitej emitowanej intensywności: należy je połączyć z przestrzenną i spektralną dystrybucją generowanych fotonów.

Z punktu widzenia teoretycznego, uzyskany strumień fotonów oblicza się, uwzględniając prawdopodobieństwo ucieczki fotonów, które powstają w wyniku promieniowania w całej aktywnej warstwie. W przypadku jednowymiarowego modelu, w którym uwzględnia się zależność od głębokości, można to zapisać w sposób schematyczny jako:

\[ \Phi_{\mathrm{out}}(\lambda) =\int R_{\mathrm{ph}}(z,\lambda)\,P_{\mathrm{esc}}(z,\lambda)\,dz . \]

To wyrażenie wyjaśnia, dlaczego zmiana grubości warstwy lub stałych optycznych może wpływać na mierzoną emisję, niekoniecznie zmieniając szybkość rekombinacji elektrycznej. Wyjaśnia również, dlaczego istotny jest przestrzenny profil generowania fotonów.

7. Zrzuty ekranu z symulacji: pasma energetyczne w zależności od zmian napięcia.

Wróć do głównego okna, wybierz opcję „Wyniki” i kliknij dwukrotnie folder snapshots. Spowoduje to otwarcie przeglądarki zrzutów ekranu, w której za pomocą suwaka można przechodzić między wynikami obliczonymi dla kolejnych wartości napięcia. Możesz również wybrać, jakie parametry mają być wyświetlane na wykresie, na przykład: krawędź pasma przewodnictwa, krawędź pasma walencyjnego, quasi-poziomy Fermiego dla elektronów i dziur, gęstość nośników, składowe prądu i współczynniki rekombinacji.

Rozpocznij od zaznaczenia na wykresie krawędzi pasma przewodnictwa (EC), krawędzi pasma walencyjnego (EV) oraz quasi-poziomów Fermiego dla elektronów i dziur (EFn i EFp). Przykładowe obrazy w ?? pokazują, jak pasma zmieniają się wraz ze wzrostem napięcia. W stanie równowagi poziomy Fermiego dla elektronów i dziur pokrywają się; pod wpływem napięcia przewodzącego rozdzielają się, co odzwierciedla stan nierównowagi w populacji elektronów i dziur.

Na pierwszy rzut oka wykresy krawędzi pasm mogą wydawać się zaskakująco płaskie wzdłuż granic AlGaAs/GaAs. Ta konkretna prezentacja nie uwzględnia wpływu właściwości stopów zależnych od składu podczas rysowania wyświetlanych krawędzi pasm. Skrypty materiałowe nadal dostarczają parametry zależne od składu do modelu elektrycznego. Nie należy interpretować pozornego braku przesunięcia pasm na tym wykresie jako dowodu na to, że model traktował AlGaAs i GaAs jako materiały o identycznych przerwach energetycznych. Sprawdź wykres składu i parametry materiałowe wraz z prezentacją.

7.1 Populacje nośników o obniżonej płodności oraz wykorzystywane w analizach dane statystyczne.

Obecnie w konfiguracji referencyjnej stosuje się statystykę nośników Maxwella-Boltzmanna. Jest to często użyteczne przybliżenie dla obszarów półprzewodników, w których nie występuje degeneracja, ale jest mniej wiarygodne, gdy quasi-poziom Fermiego elektronów zbliża się do lub wchodzi w pas przewodnictwa, lub gdy quasi-poziom Fermiego dziur zbliża się do lub wchodzi w pas walencyjny. W takim przypadku populacja nośników staje się zdegenerowana, a statystyka Fermiego-Diraca zapewnia bardziej adekwatny opis z punktu widzenia fizyki.

W przypadku silnego wtrysku, uzyskane w ten sposób wykresy mogą wskazywać na populację nośników przypominającą odwrócenie stanów lub na rozszczepienie quasi-poziomu Fermiego, jednak wartości liczbowe należy interpretować z uwzględnieniem ograniczeń tego modelu. Dokładna analiza odwrócenia populacji i transportu przy wysokim wtrysku powinna idealnie wykorzystywać statystykę Fermiego-Diraca, a w razie potrzeby również dodatkowe mechanizmy związane z oddziaływaniem wielu ciał i wzmocnieniem optycznym. Wyniki uzyskane dla diod LED nie wskazują na możliwość wzbudzenia emisji stymulowanej ani na działanie lasera.

7.2 Rekombinacja radiacyjna i nieradiacyjna

W programie do przeglądania migawek wybierz parametr opisujący rekombinację między nośnikami swobodnymi. Oznacza to bezpośrednią rekombinację swobodnych elektronów i dziur, proces wykorzystywany w przykładzie do generowania fotonów. W uproszczonym modelu objętościowym można zapisać jego wypadkową wartość jako:

\[ R_{\mathrm{rad}}=B(np-n_i^2), \]

gdzie B to współczynnik radiacyjny, a n, p i ni to odpowiednio gęstość elektronów, dziur i nośników wewnętrznych. Proces ten powinien zachodzić głównie w obszarach, gdzie populacje elektronów i dziur nakładają się na siebie, szczególnie w aktywnej warstwie GaAs. W tym przykładzie wykorzystujemy model swobodnej rekombinacji elektron-dziura wraz ze spektrum emisji GaAs, aby określić rozkład długości fal generowanych fotonów.

Należy również wybrać opcję wyświetlania wyników dotyczących rekombinacji Augera. Rekombinacja Augera przekazuje energię rekombinacji elektron-dziura na inny nośnik ładunku, zamiast emitować foton. Często staje się ona bardziej istotna przy wysokich stężeniach nośników i jest jednym z możliwych mechanizmów obniżających wydajność przy silnym wstrzykiwaniu. Porównanie profili rekombinacji Augera i rekombinacji swobodnej pozwala ustalić, gdzie wstrzyknięty ładunek jest wykorzystywany do generowania użytecznego światła, a gdzie jest tracony w wyniku konkurencyjnych procesów.

Można również wybrać wyświetlanie widma emisyjnego w oknie podglądu zdjęć. Wykres przedstawiony na ?? umożliwia analizę widma emisyjnego przy kolejnych wartościach napięcia. Obserwuj, jak zmienia się jego amplituda w zależności od przyłożonego napięcia, wraz ze wzrostem wstrzykiwania nośników i rekombinacji radiacyjnej. Zmiana intensywności światła nie musi oznaczać identycznej zmiany długości fali szczytowej widma.

8. Konfiguracja modelu emisji.

Wróć do głównego okna urządzenia i otwórz parametry emisji. Edytor wyświetlany w ?? umożliwia sterowanie sposobem, w jaki rekombinacja elektronów jest przekształcana w widmo emisji. W tym przykładzie włączona jest rekombinacja swobodnych elektronów, która służy jako źródło emisji, a jej rozkład długości fal jest określany na podstawie danych dotyczących widma emisji GaAs z bazy danych materiałów.

To rozróżnienie ma znaczenie. Obliczenia dotyczące dryfu i dyfuzji elektrycznej pozwalają określić, z jaką przestrzenią szybkością elektrony i dziury rekombinują; same w sobie nie określają jednak dokładnie, w jaki sposób fotony są rozłożone w zakresie długości fal. Wybrany profil widmowy dostarcza brakujących informacji optycznych. Otrzymane w ten sposób wewnętrzne widmo generacji można następnie połączyć z obliczeniami dotyczącymi emisji, o których mowa w sekcji 6, aby oszacować, ile światła ucieka. Widma materiałów powinny być dobierane w zależności od temperatury urządzenia i materiału emitującego, a nie przyjmowane jako uniwersalne dla każdej struktury GaAs.

9. Skrypty dotyczące materiałów elektrycznych i nadpisywanie parametrów warstwy aktywnej.

Otwórz edytor parametrów elektrycznych w głównym oknie urządzenia. OghmaNano wykorzystuje parametry materiałowe do opisu transportu, energii pasmowych, gęstości stanów i rekombinacji w każdej półprzewodnikowej warstwie. Niektóre parametry są uzyskiwane poprzez analizę skryptu Lua materiału, co pozwala na uzależnienie ich wartości od składu i innych zmiennych. Sprawdź widok skryptu, który można wyświetlić za pomocą klawisza ??, aby zobaczyć, jak definiowane są właściwości aktywnego materiału.

Możliwość korzystania ze wspólnej bazy danych materiałów jest bardzo przydatna: ogranicza to powtarzalność i pozwala różnym urządzeniom testowym rozpoczynać pracę od spójnego zestawu parametrów fizycznych. Jednak wpis w bazie danych stanowi jedynie punkt wyjścia, a nie gwarancję, że każde wyprodukowane urządzenie będzie miało identyczne właściwości. Żywotność, gęstość defektów, efektywne współczynniki rekombinacji i inne wielkości mogą zależeć od metody wzrostu, naprężeń, interfejsów, domieszkowania, temperatury i parametrów procesu technologicznego.

W widoku umożliwiającym zmianę parametrów, przykład zastępuje wybrane współczynniki rekombinacji Augera w aktywnej warstwie GaAs. Dzięki temu model może wykorzystywać wartości lepiej dopasowane do danego urządzenia, bez konieczności zmiany definicji materiału dla każdego innego symulowanego przypadku. Wybór parametrów do zmiany jest kontrolowany przez selektor „Ustaw zmianę”, widoczny na ??. Parametry, które nie zostały wybrane, nadal korzystają z wartości z bazy danych materiałów lub skryptu.

Lepszym rozwiązaniem jest wprowadzanie zmian w lokalnym skrypcie materiałowym, zamiast za każdym razem modyfikować globalny skrypt, gdy konieczna jest kalibracja urządzenia. Na przykład, zmierzona dioda LED może wykazywać silniejsze straty zbliżone do efektu Augera niż przewiduje idealizowany model referencyjny. Lokalna modyfikacja sprawia, że to założenie jest wyraźnie określone, a oryginalny model bazy danych pozostaje dostępny dla innych projektów. Podczas porównywania symulacji należy rejestrować zarówno wspólny model materiałowy, jak i wszelkie lokalnie zmienione wartości; w przeciwnym razie dwa urządzenia oznaczone jako „GaAs” mogą wykorzystywać różne założenia fizyczne, co nie będzie od razu widoczne.

10. Zapoznawanie się z bazą danych materiałów na bazie arsenku galu (GaAs).

W głównym menu wybierz zakładkę „Bazy danych” i otwórz bazę danych „Materiały”. Przejdź do sekcji dotyczącej materiałów nieorganicznych i znajdź arsenek galu (GaAs). Folder materiałów zawiera różne rodzaje informacji. Dane dotyczące absorpcji optycznej opisują, jak silnie GaAs absorbuje różne długości fal, natomiast emission.csv określa profil widma emisji używany w przykładzie diody LED. Skrypt gallium arsenide.lua definiuje właściwości elektryczne materiału, które są wykorzystywane przez solver.

Widmo przedstawione w ?? ma charakterystyczny kształt spektralny. Samo w sobie nie stanowi prognozy emitowanej mocy – do tego potrzebne jest elektryczne obliczenie współczynnika generacji promieniowania oraz optyczne obliczenie ilości wygenerowanego światła, które dociera do otoczenia. Z kolei widmo absorpcji i skrypt materiału Lua opisują różne aspekty tego samego półprzewodnika. Wszystkie trzy elementy mogą być potrzebne do przeprowadzenia spójnej symulacji elektrooptycznego urządzenia.

11. Zależności między rekombinacją, efektywnością wewnętrzną i wydajnością.

Możemy teraz stworzyć pełny obraz fizycznych procesów zachodzących wewnątrz urządzenia. Całkowity prąd, którym jest ono zasilane, dostarcza nośniki ładunku; nośniki te mogą rekombinować poprzez kanały radiacyjne lub nieradiacyjne albo przedostawać się do kontaktów. W przypadku urządzenia jednowymiarowego w stanie ustalonym, przy uwzględnieniu stałego przepływu prądu, użyteczną wartością szacunkową wewnętrznej efektywności radiacyjnej jest:

\[ \eta_{\mathrm{int}}\simeq \frac{q\int R_{\mathrm{rad}}(z)\,dz}{|J|}, \]

gdzie J oznacza gęstość prądu, a każde zdarzenie radiacyjne traktowane jest jako generowanie jednego fotonu. To wyrażenie jest raczej przybliżeniem niż dokładną równością, jeśli występuje wyciek, inne mechanizmy generowania lub nietypowe warunki brzegowe, które wymagają uwzględnienia dodatkowych czynników. Zewnętrzna wydajność kwantowa zależy wówczas od udziału wygenerowanych fotonów, które mogą rzeczywiście opuścić obszar:

\[ \eta_{\mathrm{ext}} \simeq\eta_{\mathrm{int}}\,\eta_{\mathrm{out}}. \]

W obliczeniach spektralnych współczynnik optycznego sprzężenia może zależeć od długości fali i położenia źródła emisji. W związku z tym, charakterystyka elektryczna J–V, obraz stanu rekombinacji radiacyjnej, widmo emisji i wykres prawdopodobieństwa ucieczki stanowią uzupełniające się, a nie wzajemnie zastępowalne dane wyjściowe. Niezawodne symulacje diod LED powinny być weryfikowane na podstawie wszystkich tych danych.

12. Dalsze dochodzenie/śledztwo/badania.

Po pomyślnym zakończeniu obliczeń referencyjnych należy zapisać oddzielną kopię i zmieniać za każdym razem tylko jeden parametr urządzenia. Porównaj te same wartości po każdym uruchomieniu – charakterystykę J–V, rekombinację, widma i EQE – aby uniknąć błędnej interpretacji, polegającej na uznaniu zmiany w jednej z krzywych za ogólną poprawę.

13. Podsumowanie

W tym samouczku załadowaliśmy i uruchomiliśmy diodę LED GaAs/AlGaAs o długości fali 870 nm, otworzyliśmy wykresy zależności prądu od napięcia (J–V), zależności mocy optycznej od napięcia oraz wykresy efektywności kwantowej (EQE) i zbadaliśmy jej trójwymiarową strukturę. Następnie wykorzystaliśmy edytory warstw, domieszkowania i stopów, aby przeanalizować konstrukcję elektryczną, a przeglądarkę obrazów, aby śledzić zakrzywienie pasm energetycznych i rekombinację podczas zmiany napięcia.

Wyniki ilustrują podstawową zasadę modelowania diod LED: wstrzykiwanie prądu elektrycznego decyduje o liczbie dostępnych nośników; konkurencja między rekombinacją radiacyjną i nieradiacyjną określa liczbę generowanych fotonów; a optyczne sprzężenie decyduje o liczbie fotonów, które są emitowane. Edytor emisji, możliwość lokalnej zmiany parametrów oraz baza danych GaAs pokazują, w jaki sposób te opisy fizyczne są powiązane w programie OghmaNano. Podczas ulepszania diody LED należy zwrócić uwagę na wszystkie trzy mechanizmy.

Dodatkowe informacje można znaleźć w następujących materiałach: skrypty dotyczące materiałów elektrycznych, teoria dryfu i dyfuzji oraz modelowanie optyczne.