home

Квантовая и полупроводниковая электроника: курс лекций

?
73

шается, и наблюдается высокий уровень инжекции электронов в
базу р-типа. Электроны в базе являются неосновными носителями и создают отрицательный заряд, сосредоточенный вблизи
границы p–n-перехода, на расстоянии порядка средней длины
диффузии электронов в базе Ln. Для сохранения электрической
нейтральности из глубины базы подтягиваются дырки. Таким
образом, вблизи границы p–n-перехода создаётся избыточная
концентрация электронов и дырок, что приводит к их интенсивной рекомбинации с испусканием квантов света hν.
Переход электрона с нижних уровней зоны проводимости
на верхние уровни валентной зоны называется межзонной рекомбинацией. Разность энергии ΔW = Wc − Wv выделяется в виде
кванта электромагнитного излучения – фотона с длиной волны

(излучательная рекомбинация), либо передаётся решётке в виде
квантов тепловых колебаний – фононов (безызлучательная рекомбинация). Для увеличения вероятности прямой межзонной
излучательной рекомбинации необходимо создать высокую неравновесную концентрацию электронов и дырок и уменьшить
вероятность безызлучательной рекомбинации. В широко используемых полупроводниковых материалах на основе кремния
и германия вероятность излучательной рекомбинации крайне
мала. Вероятность излучательной рекомбинации выше в так называемых прямозонных полупроводниках, к которым относятся
полупроводниковые соединения на основе элементов III и V
групп, например GaAs, GaР, GaN и др.
Излучательные квантовые переходы в светодиодах происходят спонтанно, независимо друг от друга и в разные моменты
времени, поэтому излучение является некогерентным. Ширина
спектра излучения на уровне половины максимальной интенсивности составляет 20÷50 нм, что соответствует средней тепловой энергии электронов.
2.1.1. Рекомбинация неравновесных носителей заряда в
полупроводниках
Прямая межзонная рекомбинация