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第 34 章：发光二极管
本章描述了发光二极管仿真中使用的物理模型和计算方法。
注意： LED 仿真具有独特的挑战，需要针对具体问题的模型和数值设置。如果您对 LED 仿真感兴趣，请联系 TCAD 支持团队获取建议（请参阅直接联系您当地的 TCAD 支持团队）。
发光二极管建模
从电子角度来看，发光二极管（LED）与在阈值以下工作的激光器类似。因此，电子模型包含与激光仿真相似的电热部分和量子阱物理。
LED 与激光之间的关键区别在于激光器设计了谐振腔，以增强单一频率（对于每个模式）的相干受激辐射。LED 在有源区域中基于自发辐射发射连续波长的光谱。然而，带有谐振腔的 LED 的替代设计——谐振腔 LED（RCLED）——利用谐振特性在更窄的光谱范围内引起放大的自发辐射，以实现超亮发射。
LED 仿真面临许多挑战。典型 LED 结构的尺寸范围为几百微米，这使得使用标准的时域电磁方法（如有限差分法和有限元法）变得不可行。这些方法每个波长需要至少 10 个采样点，而典型发射波长约为 1 µm。快速估算表明，2D 几何形状需要约 1000 万个网格点的必要网格大小。或者，使用光线追踪法可以近似计算器件内部的光学强度以及可以从器件中提取的光量。在许多情况下，2D 仿真不够充分，需要 3D 仿真才能准确描述与 LED 几何设计相关的物理效应。
为了从器件中提取最大光量，人们进行了各种创新设计，如倒金字塔结构、各种拐角的倒角、表面粗化和钻孔等。器件编辑器 Sentaurus Structure Editor 非常擅长创建复杂的 3D 器件，并在探索不同实际 LED 设计方面提供了极大的灵活性。
光子回收非常重要，因为大多数光线由于全内反射而被困在器件内。光子回收有两种类型：非有源区域的光子回收和有源区域的光子回收。非有源区域的光子回收涉及非有源区域中光子的吸收，以产生光生电子-空穴对，然后这些电子-空穴对加入一般载流子群体的漂移-扩散过程。有源区域的光子回收更为复杂，感兴趣的用户可参阅参考文献 [1][2] 了解其基本理论。
LED 仿真中电子与光学的耦合
LED 仿真求解泊松方程、载流子连续性方程、温度方程和薛定谔方程，并使其自洽。图 64 说明了 LED 仿真中各种方程系统的耦合关系。
图片：/sentaurus-ref/public/images/sdevice/ch34_fig64.png
单网格与双网格 LED 仿真
单网格和双网格 LED 仿真都是可行的。但是，对于单网格仿真，光线追踪需要更长的时间，因为光线追踪为每条起始光线构建一棵二叉树。树的每个分支对应于网格单元边界处的一条光线。如果相邻两个单元中的材料不同，则光线分成折射光线和反射光线，形成两个新分支。如果相邻单元中的材料相同，则传播的光线创建一个新分支。细网格会显著增加分支的深度。二叉树的每个新分支是动态创建的，如果机器的动态内存分配不够快，则光线追踪的树创建将成为仿真中的瓶颈。
为克服此问题，电学问题和光线追踪问题的网格是分开的。用于光线追踪的光学网格采用粗网格划分。创建的二叉树会更小，光线追踪更高效。这种粗网格允许您计算提取效率和输出辐射方向图。但是，光学强度在器件内部无法用粗网格很好地分辨。
发光二极管中的电输运
除了典型半导体器件的漂移-扩散输运外，LED 还需要额外的物理模型来计算各种光学效应。以下各节将描述这些物理模型。
自发辐射率和功率
在有源区域中，自发辐射光子消耗载流子群体。在每个有源顶点，自发辐射（或载流子复合）率（单位：s⁻¹ m⁻³）是自发辐射的积分：
其中光学模式密度为：
而 在第 1117 页的公式 1190 中定义。每个有源顶点的总自发辐射功率密度（单位：J s⁻¹ m⁻³）为：
该公式类似于公式 1168，只是积分中包含了额外的能量项 ，以考虑自发辐射的能量光谱。
在 LED 仿真中，自发辐射光谱 随注入载流子的增加而显著展宽。公式 1168 和公式 1170 中的积分基于黎曼和，与数值积分一样，在内部设定的能量值处截断。
您可以使用命令文件中的以下语法更改截断值和黎曼积分间隔：
Physics {...
LED (...
Optics (...)
SponScaling = 1.0
SponIntegration(<energyspan>,<numpoints>)
)
)
}其中 <energyspan> 是一个浮点数（单位：eV），从能带隙边缘开始测量，<numpoints> 是一个整数，表示在此能量范围内要使用的离散间隔数。
总自发辐射功率是所有有源顶点上功率密度的体积分：
这是 LED 仿真中计算并输出的总自发辐射功率。
由于您处理的是自发辐射的光谱，从公式 1168 和公式 1170 可以看出，光子率积分和光子功率积分不仅仅通过一个常数光子能量相关，即：
自发辐射功率光谱
您可以通过激活 GainPlot 部分来绘制 LED 自发辐射功率光谱。语法包括定义光谱的离散点数和要绘制光谱的范围。例如：
File {...
ModeGain = "ngainplot_des"
}
GainPlot {
Range = (<float>, <float>) # 以 eV 为单位的特定范围
Range = Auto # 自动确定范围
Intervals = <int> # 离散点数
}
Solve {...
PlotGain( Range=(0,1) Intervals=5 )
}在增益文件中，绘制了量 SponEmissionPowerPereV（W/eV）。对该量在能量（eV）范围内进行积分可恢复总 LED 功率。
LED 仿真的电流文件和绘图变量
当运行 LED 仿真时，特定的 LED 结果变量会输出到绘图文件。表 183 和 表 184 列出了 LED 仿真有效的电流文件输出和绘图变量。
表 183 LED 仿真的电流文件
| 数据集组 | 数据集 | 单位 | 描述 |
|---|---|---|---|
| LedWavelength | nm | LED 仿真的平均波长 | |
| n_Contact | 电荷 | C | |
| eCurrent | A | ||
| hCurrent | A | ||
| InnerVoltage | V | ||
| OuterVoltage | V | ||
| TotalCurrent | A | ||
| Photon_Exited | s⁻¹ | 光子从器件逸出的速率 | |
| Photon_ExtEfficiency | 1 | 光子提取效率 | |
| Photon_NetPhotonRecycle | s⁻¹ | 净光子回收光子速率 | |
| Photon_NonActiveAbsorb | s⁻¹ | 非有源区域光子吸收速率 | |
| Photon_Spontaneous | s⁻¹ | 自发辐射光子速率 | |
| Photon_Trapped | s⁻¹ | 器件内被困光子的速率 | |
| Power_Absorption | W | 吸收功率 | |
| Power_ASE | W | 放大自发辐射功率 | |
| Power_Exited | W | 从器件逸出的功率 | |
| Power_ExtEfficiency | 1 | 功率提取效率 | |
| Power_NetPhotonRecycle | W | 净光子回收功率 | |
| Power_NonActiveAbsorb | W | 非有源区域吸收的功率 | |
| Power_ReEmit | W | 再发射功率 | |
| Power_SpecConvertGain | W | 光谱转换净功率增益 | |
| Power_Spontaneous | W | 自发辐射功率 | |
| Power_Total | W | LED 总内部光学功率 | |
| Power_Trapped | W | 困在器件内部的功率 | |
| Time | 1 | 准稳态/瞬态 |
表 184 LED 仿真的绘图变量
| 绘图变量 | 数据集名称 | 单位 | 描述 |
|---|---|---|---|
| DielectricConstant | 1 | 介电常数分布 | |
| LED_TraceSource | 每个有源顶点对总提取光量的影响 | ||
| MatGain | OpticalMaterialGain | m⁻¹ | 局部材料增益 |
| RayTraceIntensity | Wcm⁻³ | 光线追踪的光学强度 | |
| RayTrees | 光线树结构；紧凑内存选项不可用 | ||
| SpontaneousRecombination | cm⁻³ s⁻¹ | 自发辐射之和 |
LedWavelength 在仿真中自动计算。它被取为自发光谱峰值处的波长。计算波长的不同选项可用（请参阅第 1085 页的 LED 波长）。
为清晰起见，光子率和功率输出结果被分成不同的组：
• 光子率组的单位为 s⁻¹。 • 功率组的单位为 W。
如果涉及光谱，则必须分别计算光子和功率量。假设自发辐射系数为 （单位：eV⁻¹ cm⁻³ s⁻¹）。光子率为 （公式 1168，其中 ），而功率为 （公式 1170）。
提取系数是逸出量与内部量之比，因此光子率（Photon_ExtEfficiency）和功率（Power_ExtEfficiency）提取效率不同。唯一使 Photon_ExtEfficiency=Power_ExtEfficiency 的情况是单波长仿真，不涉及光谱。
总耦合输出（逸出）功率为（Power_ExtEfficiency ×（Power_Total-Power_NonActiveAbsorb）），其中总内部光学功率为：
Power_Total = Power_Spontaneous + Power_NetPhotonRecycle + Power_SpecConvertGain光子率提取效率使用以下公式计算：
Photon_ExtEfficiency = Photon_Exited /(Photon_Spontaneous + Photon_NetPhotonRecycle – Photon_NonActiveAbsorb)对于非有源光子回收情况下的功率守恒，有：
Power_Total = Power_Spontaneous = Power_Exited + Power_Trapped + Power_NonActiveAbsorbPower_Trapped 是指在光线追踪仿真中（通过全内反射或可能未收敛的光线追踪）无限期被困的光子的功率。在现实场景中，被困光子通过某种机制在器件内衰减。
注意： 用户负责在器件内引入损耗（可能通过在适当区域引入非零消光系数）以确保正确处理被困光子。
量
Power_NetPhotonRecycle、Power_SpecConvertGain和Photon_NetPhotonRecycle仅适用于有源区域光子回收模型。如果未激活有源区域光子回收模型，这些量为零。
LED 波长
计算或输入 LED 波长有多种方式：
• AutoPeak：使用基于多段方法的鲁棒算法搜索自发辐射率光谱（ 与 曲线）的峰值。然后，将峰值 的能量转换为 LED 波长。 • AutoPeakPower：在自发辐射功率光谱（ 与 曲线）上使用与 AutoPeak 相同的算法。 • Effective：计算有效波长，使得： LED power = LED photon rate × photon_energy 其中 photon_energy 是有效波长的直接逆函数。 • 用户输入固定的 LED 波长。
激活各种 LED 波长选项的关键字为：
Physics {...
LED (...
Optics (...
RayTrace (...
Wavelength= <float> | AutoPeak | Effective | AutoPeakPower
)
)
)
}注意： 如果未指定 Wavelength 关键字，则使用旧的峰值波长搜索算法。
光学吸收热
半导体材料中的光子吸收热可以简化为两个过程：
• 带间吸收：当光子被半导体吸收穿过禁带隙时，它被吸收以产生电子-空穴对。新电子-空穴对的过剩能量（光子能量减去带隙）被假设热化，最终导致晶格加热。 • 带内吸收：光子可以被吸收以增加载流子的能量。过剩能量最终弛豫，对晶格加热做出贡献。
在这两个过程中，假设（准稳态仿真中）最终的晶格加热发生在光子吸收的局部位置。
在 LED 中，提取效率通常在 40% 到 60% 之间。这意味着很大一部分自发光功率被困在器件内。被困的光最终被吸收并成为光子吸收热的来源。
Physics 部分中添加了其他关键字。在可能的情况下，语法保持与 QuantumYield 模型相似（请参阅第 693 页的量子 yield 模型）：
Plot {...
OpticalAbsorptionHeat # 单位为 [W/cm^3]
}
Physics {...
LED(...)
OpticalAbsorptionHeat (
StepFunction (
Wavelength = float # um
Energy = float # eV
Bandgap # 自动检查带隙
EffectiveBandgap # 自动检查有效带隙
)
ScalingFactor = float # 默认值为 1.0
)
}关于不同 StepFunction 选择的一些说明：
• 当使用关键字 Wavelength 或 Energy 时，将光子的波长或能量与该值进行比较。如果光子波长或能量小于或大于此截止值，则将光生完全转换为光学吸收热，并将该顶点的光生设置为 0。 • Bandgap 和 EffectiveBandgap 指截止能量分别在 和 处的阶跃函数截止能量。如果光子能量大于截止能量（带间吸收），则减去带隙以获得过剩能量，但不减去光生。如果光子能量小于截止能量（带内吸收），则将过剩能量设置为光子能量。在这两种情况下，过剩能量都将转换为晶格温度方程的热源项。 • 引入 ScalingFactor 以允许灵活的微调。 • OpticalAbsorptionHeat 语句可以在 Physics 部分全局指定，也可以在材料级或区域级 Physics 部分指定。
量子阱物理
量子阱（QW）中的物理在第 1116 页的第 35 章中有详细描述。由于 LED 结构的尺寸较大，建议您首先将 Sentaurus Device 量子阱表示为体有源区域，然后联系 TCAD 支持团队以获取更高级设置的帮助（请参阅第 50 页的直接联系您当地的 TCAD 支持团队）。
通过热发射近似 QW 中的散射传输，以获得最佳的收敛行为。量子化对 QW 载流子密度的修正可以在局域化量子阱模型中考虑（请参阅第 1132 页的局域化量子阱模型）。
加速增益计算和 LED 仿真
使用增益表的 LED 仿真的计算瓶颈是每个牛顿步的自发辐射率计算。自发辐射率（单位：s⁻¹）是自发辐射系数（单位：s⁻¹ eV⁻¹ cm⁻³）的能量积分，积分作为黎曼和执行。为了加速此计算，可以使用高斯正交积分代替。
所有增益计算（无论是否使用增益表）都可以通过在命令文件的 Math 部分指定以下语法来加速：
Math {...
BroadeningIntegration ( GaussianQuadrature ( Order = 10 ) )
SponEmissionIntegration ( GaussianQuadrature ( Order = 5 ) )
}高斯正交数值积分然后用于增益计算的所有部分，包括展宽效应。阶数可以从 1 到 20。此阶数指的是用于在积分能量范围内拟合自发辐射光谱的勒让德多项式的阶数。高斯正交积分对于可以表示为多项式的任何光谱都是精确的。
注意： 在某些情况下，您可能会遇到收敛问题。在这种情况下，请关闭 Math 部分中
SponEmissionIntegration和BroadeningIntegration的高斯正交积分。
LED 物理讨论
许多物理效应体现在 LED 结构中。电流扩展很重要，以确保电流被引导到提供最佳提取效率的战略位置的自发辐射源。
改变 LED 的几何形状是为了从结构中提取更多光。在大多数情况下，由于全内反射，产生的大部分光被困在结构内。因此，非有源区域和有源区域的光子回收效应变得相关。这一重要物理已被纳入 Sentaurus Device 的不同物理模型中。非有源光子回收（非有源区域中光子的吸收）默认自动开启。在大多数情况下，非有源光子回收模型足以捕获主要物理效应，因为与有源区域相比，非有源区域的体积微不足道。尽管如此，如果有非常高的受激增益（有源区域光子回收模型通常不是 GaN LED 的情况），有源区域光子回收模型可能变得重要。
Sentaurus Device 可以轻松仿真 LED 设计的重要方面，包括电流扩展流、几何设计和提取效率。
LED 光学：光线追踪
光线追踪用于计算 LED 内部的光强度，以及从 LED 腔逸出的光线，以给出 LED 输出的特征辐射方向图。光线追踪的基本理论在第 738 页的光线追踪中介绍。
可以定义任意边界条件。如何设置光线追踪边界条件的详细说明在第 749 页的光线追踪边界条件中讨论。这在 3D 仿真中特别有用，您可以在其中定义反射平面以利用对称性来减小仿真模型的尺寸。此外，您可以使用反射平面来考虑外部组件，如反射器，示例如图 65 所示。
图片：/sentaurus-ref/public/images/sdevice/ch34_fig65.png
光线追踪器需要包含 ComplexRefractiveIndex 模型的使用，并定义偏振矢量。语法为：
Physics {...
ComplexRefractiveIndex (...
WavelengthDep ( real imag ) # 或 real(log)
CarrierDep( real imag )
GainDep( real )
TemperatureDep( real )
CRImodel ( Name = "crimodelname" )
)
}
LED (...
Optics (
RayTrace(
PolarizationVector= Random # 或 (x y z) 矢量
RetraceCRIchange= float # 分数变化以重新追踪光线
...
)
)
)当您设置 PolarizationVector=Random 时，会生成垂直于起始光线方向的随机矢量，并将其分配为每条起始光线的偏振矢量。每条起始光线的方向在第 1090 页的自发辐射源的各向同性起始光线和各向异性起始光线中描述。
关键字 RetraceCRIchange 指定复折射率（实部或虚部）相对于其先前状态的分数变化，这将强制完全重新计算光线追踪。
紧凑内存光线追踪
LED 光线追踪提供了紧凑内存模型。在此模型中，不再保存光线树，必要量根据需要计算并提取到光生和光学强度的紧凑存储中。因此，内存使用和占用空间显著减少，从而允许大型 LED 结构的光线追踪仿真。激活语法为：
Physics {...
LED (...
RayTrace(...
CompactMemoryOption
)
)
}注意： 完整的有源光子回收模型不适用于紧凑内存模型。
自发辐射源的各向同性起始光线
LED 的辐射源主要来自有源区域的自发辐射，这将在第 1080 页的自发辐射率和功率中进一步讨论。LED 有源区域中的自发辐射被假定为各向同性辐射源，可以方便地表示为从每个有源顶点发射的均匀光线，如图 66 所示。
图片：/sentaurus-ref/public/images/sdevice/ch34_fig66.png
各向同性要求与每条光线相关的表面积相同。2D 空间中光线的各向同性是显而易见的。在 3D 空间中，实现各向同性不像均匀划分角度那么简单。球面的元素表面积为 ，因此均匀角度分布的光线按 加权，因此不代表各向同性。
为了在三维中近似这个问题，使用了测地线圆顶近似（测地线圆顶并非严格各向同性）。光线指向测地线圆顶的顶点。算法从构建一个八面体开始，然后递归地将八面体的每个三角面分成四个较小的三角形。**图 66（右）**显示了此分割过程的第一阶段，光线指向每个三角形的顶点。最小光线数为 6，即沿每个正负方向发射一条。如果应用递归分割的第一阶段，则会构建更多光线，如图所示，起始光线数变为 18。递归分割的第二阶段给出 68 条光线，依此类推。
因此，在 3D 情况下，您被迫选择一组固定的起始光线。或者，您可以输入您自己的各向同性起始光线集（请参阅从文件读取起始光线）。
自发辐射源的各向异性起始光线
在某些 LED 设计中，几何形状支配着器件内光场的偏振。自发增益取决于该偏振的方向。因此，这导致源的各向异性自发辐射图案。
提出以下参数方程来描述各向异性辐射图案：
其中强度由 给出。
选择正弦和余弦基是因为当考虑偏振时，光学矩阵元素具有这种函数形式（请参阅通过 PMI 导入增益和自发辐射数据）。通过更改 d1 到 d6 的值，可以将不同的辐射形状定向到不同的方向，此功能允许您修改自发辐射的各向异性。
激活各向异性自发辐射功能的语法为：
Physics {...
LED (...
Optics(...
RayTrace(...
EmissionType(
#Isotropic # 默认
Anisotropic(
Sine(d1 d2 d3)
Cosine(d4 d5 d6)
)
)
)
)
)
}随机化起始光线
自发辐射是一个随机过程。为了考虑此过程的随机性，同时确保从每个有源顶点源发射的起始光线的各向同性，引入了整个各向同性光线发射的随机偏移。
图 67 最好地说明了这一点，其中仅使用四条起始光线以保持清晰。对于每个有源顶点，生成一个随机角度以确定各向同性起始光线分布的随机偏移。同样的概念也用于 3D 情况，这为使用光线追踪对自发辐射进行建模提供了一种简单的随机化策略。
图片：/sentaurus-ref/public/images/sdevice/ch34_fig67.png
伪随机起始光线
通过关键字 RaysRandomOffset 激活起始光线的随机化，语法如下：
Physics {...
LED (...
RayTrace (...
RaysRandomOffset #
RaysRandomOffset (RandomSeed = 123) # 为生成器播种
)
)
}您也可以修复随机数生成器的种子，这将计算一组伪随机起始光线，以便重复运行相同的仿真将精确地重现相同的光线追踪结果。
注意： 没有关键字
RaysRandomOffset，默认情况下是由有源顶点编号确定的固定角度偏移。
从文件读取起始光线
测地线光线分布并非真正各向同性的。因此，当真正需要各向同性时会招致一定百分比的误差。为了解决这个问题，实现了一项新功能，允许您读入一组源各向同性起始光线。语法为：
Physics {...
LED (...
Optics (...
RayTrace (...
RaysPerVertex = 1000
SourceRaysFromFile("sourcerays.txt")
)
)
)
}重要的是要注意 RaysPerVertex 指定要从此文件读取的方向矢量数。使用 SourceRaysFromFile 指定的文件包含每条起始光线的 3D 方向矢量，例如 sourcerays.txt：
-0.239117 0.788883 0.566115
0.776959 0.548552 -0.308911
-0.607096 -0.042603 0.793485
-0.158313 -0.276546 -0.947871
0.347036 -0.805488 0.480370
...生成 3D 各向同性光线有多种方法，例如约束质心 Voronoï 镶嵌。另一方面，您也可以使用此选项导入实验测量的光线分布轮廓。
移动边界上的起始光线
来自边界上有源顶点的起始光线存在一个问题：一半的光线直接从器件向外传播。为了缓解这个问题，实现了一项新功能，允许您将此类光线的起始位置向内移动到器件内。典型值在 1 nm 到 5 nm 之间。语法为：
Physics {...
LED (...
Optics (...
RayTrace (...
MoveBoundaryStartRays(float) # [nm]
)
)
)
}有源顶点聚类
在 3D LED 仿真中，当电网格被细化时，有源顶点的数量会显著增加。这直接意味着光线追踪的起始光线数量显著增加，因为这是有源顶点数量的直接函数。因此，生成的光线树是起始光线数量的指数函数，这导致非常大的光线追踪问题，可能会脱离仿真时间，并且在部分上影响内存使用（因为紧凑内存模型声明了有源顶点大小的存储数组）。
解决方案是将有源顶点分组为聚类，每个聚类作为光线追踪起始光线的分布式源。已经实现了三种可能的有源顶点聚类策略。
平面面积聚类
用户选择要生成的聚类总数。然后，将此数字转换为等面积区域（也考虑纵横比）的自动检测 QW 平面。随后将每个区域中的有源顶点分组，形成一个聚类。平面面积聚类算法描述如下。
假设您输入所需的聚类大小 。目标是尽可能多地将方形元素（尺寸 ）拟合到 QW 平面区域（尺寸 ）中，如图 68 所示。
图片：/sentaurus-ref/public/images/sdevice/ch34_fig68.png
问题的约束为：
求解得：
最终，调整后的聚类大小变为：
如果某个平面区域段内没有有源顶点，则该段不会添加到聚类列表中。因此，您可能会看到比 更少数量的聚类。
节点聚类
使用递归算法计算如何将每个聚类的有源顶点分组，使得每个聚类获得大致相同数量的有源顶点。该算法交替使用 x 和 y 坐标对有源顶点列表进行划分，尝试将最近邻的有源顶点分组为一个聚类。不幸的是，这可能导致聚类分布不均匀，这是该方法的缺点。
光学网格单元聚类
聚类数量不能由用户设置，因为它由光学网格单元的数量定义。必须在电网格和光学网格中定义有源区域。光学网格中的有效体区域用于描述有源 QW 层，可以根据用户要求进行网格划分。然后，将每个光学网格有源元素内的电有源顶点分组，使得每个光学网格有源元素形成一个聚类。通过这种方式，您可以控制聚类的分布以获得更大的建模灵活性。
注意： 在所有这些聚类方法中，每个聚类的中心由其包围的有源顶点的平均值决定。
使用聚类功能
LED 框架中的以下关键字激活聚类功能：
Physics {...
LED ( ...
Raytrace (...
ClusterActive(
ClusterQuantity = Nodes | PlaneArea | OpticalGridElement
NumberOfClusters = <int> # 用于 Nodes | PlaneArea
)
)
)
}调试光线追踪
默认情况下，假定光线从每个有源顶点各向同性照射。在量子阱的情况下，这种假设的伪影可能导致辐射方向图中出现不现实的尖峰。考虑那些在量子阱平面内定向的源光线。这些光线将在量子阱末端垂直边缘处大部分从器件透射出去。实际上，这些光线被吸收并重新发射到另一个方向的可能性要比穿过整个量子阱平面高得多。
为克服此问题，请使用各向异性发射，如各向异性起始光线部分所述。或者，您可以尝试排除在某个角度范围内从水平面（即量子阱平面）发射的源光线。被排除光线的功率将平均分配给不在此角度范围内的其余光线。这导致每个有源顶点处的大致各向异性辐射形状。排除的语法为：
Physics { ...
LED ( ...
Optics ( ...
RayTrace ( ...
ExcludeHorizontalSource(<float>) # 以度为单位
)
)
)
}为增加 LED 光线追踪的灵活性，调试功能包括：
• 为 LED 辐射计算设置固定的观察中心 • 固定光线追踪的恒定波长 • 允许您打印和追踪 LED 辐射光线（在某个角度区域内）返回到其源有源顶点
这些功能的语法为：
Physics { ...
LED ( ...
Optics ( ...
RayTrace ( ...
ObservationCenter = (<float> <float>) # 以微米为单位，3D 为 3 个条目
Wavelength = 888 # [nm] 设置固定波长
DebugLEDRadiation(<filename> <StartAngle> <EndAngle> <MinIntensity>)
)
)
)
}光线追踪中的打印选项
原始光线追踪的 Print 功能会导致所有光线路径被打印。如果有多次反射或折射以及许多起始光线，结果图像可能变成黑色污点。为了减少打印的光线路径数量，可以使用 Print 功能的 Skip 选项。此外，您可以只追踪来自单个有源顶点的光线路径。
这些功能的语法为：
Physics {
LED (
Optics (
RayTrace (
Print(Skip(<int>)) # 每隔 <int> 条光线路径跳过打印
Print(ActiveVertex(<int>)) # 仅打印来自有源顶点 <int> 的光线
PrintSourceVertices(<string>)
ProgressMarkers = <int> # 1-100% 间隔（整数）
)
)
)
}选项 PrintSourceVertices(\<string\>) 将有源顶点列表、它们的全局索引编号和坐标输出到由 <string> 指定的文件。如果源光线数量很大或光学网格很细，则光线追踪需要一些时间才能完成。在这种情况下，使用 ProgressMarkers=\<int\> 来设置增量完成计量器。
Print 功能仅将光线输出为线条，没有其他信息。要获取包含强度和其他信息的光线树，您可以使用命令文件 Plot 部分中的 RayTrees 绘制光线树：
Plot {...
RayTrees
}生成的光线树以 TDR 格式绘制，可以由 Sentaurus Visual 可视化，其中可以单独访问光线树的每个分支。
将 LED 起始光线接口到 LightTools
为促进 LED 器件与其灯具的快速设计，可以将来自有源区域顶点的起始光线直接输出到为 Synopsys LightTools® 工具格式化的光线文件。图 69 显示了一种可能的设计流程。
图片：/sentaurus-ref/public/images/sdevice/ch34_fig69.png
该光线集源自器件每个顶点处 LED 自发辐射功率光谱。这意味着每个起始光线都携带起始位置、方向、强度值和波长，因此具有波长可变性。
此功能是 Disable 关键字的扩展，因此不会激活内部 Sentaurus Device 光线追踪引擎。语法为：
File {...
Plot = "n99_des.tdr"
}
Physics {...
LED (
RayTrace(
Disable(
OutputLightToolsRays (
WavelengthDiscretization=<int> # 波长离散化点数
OutputFile="<filename>"
)
)
)
)
}当激活此功能时，从每个有源顶点发射的起始光线根据该顶点处的自发辐射功率光谱计算，并按波长分组。每组光线携带平均波长和代表该波长自发辐射功率的强度值。这些光线以 LightTools 格式写入由 OutputFile 指定的文件。
然后，您可以在 LightTools 中导入此光线文件，以对 LED 及其光学系统进行快速光学设计迭代。