Излучательная или фотонная рекомбинация в полупроводниках
с экстремумами в запрещенной зоне и зоне проводимости
при одном значении квазиволнового вектора (прямозонные полупроводники)
Примеры: соединения А3В5 при 
=0
(см., например, раздел 2.10. «Зонная структура … арсенида галлия» Рис. 2.15)
Вертикальный переход «зона – зона» — энергия передается фотону, который может возникнуть с 
, однако,
для передачи импульса (у фотона равен 0) должны встретиться
электрон и дырка с равными по модулю и противоположно направленными квазиимпульсами.
Невертикальный переход «зона – зона» — энергия передается фотону
с , однако, для передачи импульса (у фотона равен 0) должны встретиться не только электрон и дырка, но и еще частица, например, фонон. Реакция же с участием 4 частиц имеет небольшую вероятность.
Вероятность излучательной рекомбинации растет с увеличением концентрации носителей,
она сильнее в узкозонных полупроводниках и при высоких температурах
Фононная рекомбинация – вид безизлучательной рекомбинации
с передачей энергии непосредственно решетке.
Энергия, выделяющаяся при межзонном переходе или захвате на ловушку,
не может быть поглощена одним фононом, их требуется 10 и более.
Реакция с участием стольких частиц имеет крайне небольшую вероятность.
Модель каскадного испускания фононов: первоначальный захват на возбужденный энергетический уровень, расположенный вблизи края запрещенной зоны, с испусканием одного фонона.
В последующем происходят однофононные переходы на более низкие уровни вплоть до основного состояния.
Таким образом, энергия рекомбинации разбивается на порции
и обеспечивается выполнение закона сохранения энергии.
Ударная рекомбинация или рекомбинация Оже – процесс, обратный ударной ионизации – также вид безизлучательной рекомбинации
с передачей энергии свободному носителю, который оказывается
вблизи рекомбинирующей пары:
электрону в n-полупроводнике или
дырке в р-полупроводнике.
Этот носитель становится «горячим» и быстро отдает свою энергию решетке, создавая фононы.
Вероятность встретиться 3 свободным носителям растет
с увеличением концентрации носителей, поэтому ударная ионизация идет
— в сильнолегированных полупроводниках и
— при высоких уровнях инжекции.
Она выше в узкозонных полупроводниках и при высоких температурах.
3 механизма перехода электрона из зоны в зону в произведении
* 3 механизма передачи энергии дает
9 возможных вариантов рекомбинации.
Среди них наиболее важны:
— прямая излучательная рекомбинация,
— прямая рекомбинация Оже,
— фононная рекомбинация через ловушки.
5.5. Прямая излучательная рекомбинация
Испускаются фотоны с энергией 
.
Скорость рекомбинации пропорциональна произведению концентраций электронов и дырок:
r=γnp, где γ — коэффициент излучательной рекомбинации, зависящий от
структуры энергетических зон и
температуры.
При тепловом равновесии согласно принципу детального равновесия процесс излучательной рекомбинации уравновешен процессом оптической (темновой) генерации электронно-дырочных пар —
— скорости рекомбинации и генерации равны:
Загрузка...
