RATRO

LED の光取り出し解析

Modeling of light propagation in LED

リリースノート

2020.07.31Ver5.0がリリースされました。

製品概要

RATROは、LEDチップからの光取り出し特性を解析するための光線追跡 (レイトレーシング) シミュレーションソフトウェアです。
SpeCLEDで計算された活性層からの光放出分布とヘテロ構造の形状データを用いて、n・pコンタクト層やウェーハを通した光の伝播、吸収、外部への放出を解析し、光取り出し効率や放射パターン (近視・遠視野) を評価します。
コンタクト層や電極、基板の表面構造 (パターン有無) にも対応しており、チップ各表面からの光取り出し率や、各領域でのエネルギー損失も算出されます。

製品特徴

①ソフトウェアの機能

RATROは、LEDチップの活性領域から放射される光の伝播挙動を高精度に解析する光線追跡型シミュレーションソフトウェアです。
光線追跡法により、n層・p層のコンタクト層や基板内部での光の吸収・屈折・反射・透過といった複雑な光学現象を詳細にモデル化し、光の取り出し効率や放射強度、光度分布、近視野・遠視野における放射パターンなどの重要な光学特性を評価することができます。
機能の詳細は、以下をご参照ください。

出力結果

RATROでは、主に以下の様なLEDチップ光学特性 (出力結果) を得ることができます。

LEDチップ全体からの総合的な光取り出し効率に加え、各素子面 (上面・下面・側面など) からの個別の光取り出し効率
近視野および遠視野における放射強度密度の分布
遠視野での光度 (カンデラ) 分布とその方向特性
近視野領域での3次元放射強度分布 (空間的な光の広がり)
LEDチップからの放射パターン (角度依存の放射特性)
バルク中および各表面での光損失

これらの出力により、光学設計やパッケージ設計における最適化が可能となり、LEDデバイスの光取り出し性能の向上に役立ちます。

物理モデル

RATROでは、主に以下のような特長的な物理モデルを実装しています。

RATROはLEDチップのヘテロ構造 (GaNコンタクト層、活性層)、基板 (サファイア基板等)、電極 (ITO電極等) から構成されます。
ヘテロ構造はSpeCLEDで3Dモデルとして作成され、RATROにインポートして使用します。
基板はSpeCLEDでは考慮せず、RATROで形状を定義し、平坦基板と傾斜基板に対応します。
平坦基板は厚みを指定し、傾斜基板はRATROで詳細な形状情報を設定します。
SpeCLEDで計算された活性領域の発光強度分布は、ヘテロ構造とともにRATROに読み込まれます。
活性領域の放射強度分布と放射パターンは上下両面で対称であると仮定します。
放射角分布はランベルトの余弦則に従うか、ユーザー指定で設定可能です。
発光波長・極性 (TE/TMモード) に応じて各材料の屈折率などの光学物性を考慮します。
滑らかなチップ表面での反射・屈折による分散角分布はスネルの法則に従うと仮定します。
金属電極界面の光透過・反射はユーザー定義の透過・反射係数に従います。
基板などの側面には積層金属構造やテクスチャなどの光学特性を設定可能です。
ブロッキング層がある面にも光学特性の設定が可能です。
コンタクト層などの自由表面では六角形や四角形のファセットによるテクスチャを考慮できます。

②ユーザーインターフェース

RATROはシミュレーション未経験者にも扱いやすいグラフィカルユーザインターフェース (GUI) を備えており、LEDチップ構造の設定はSpeCLEDのGUIで行い、光学物性や表面の光学特性などの計算条件設定および計算実行はRATROのGUIで操作できるため、一連の作業を一つのGUI上で完結でき、さらに計算結果の可視化は専用ソフトView2Dで行うことが可能です。