[科普中国]-辐射复合

辐射复合过程

辐射复合可以是导带电子与价带的空穴直接复合，这种复合又称为直接辐射复合，是辐射复合中的主要形式。此外辐射复合也可以通过复合中心进行。在平衡态，载流子的产生率总与复合率相等。辐射复合（Radiative Recombination）是等离子体中电子与离子碰撞的主要复合过程之一，它是光电离的逆过程，对等离子中电离平衡的建立和维持以及等离子体的辐射输运都起着重要作用。等离子体中的自由电子和离子碰撞复合时会放出光子，称为复合辐射。

辐射复合的具体过程为：

一个离子将一个自由电子俘获到某个壳层， 同时发射一个光子。发光过程中同时存在辐射复合和无辐射复合过程。

在平衡态，载流子的产生率G0和复合率R0相等。 对于直接复合可由黑体辐射的Planck公式求出G0和R0。，。

式中u=hv/kBT，h为Planck常数，v为频率，n为复数折射率的实数部分，kB为Boltzmann常数，T为温度。 对直接辐射复合有贡献的是频率v≥ Eg/h的黑体辐射1。

低激发密度下，非平衡少数载流子远少于多子，非平衡少数载流子远多于平衡少数载流子；非平衡载流子的复合对少子浓度影响巨大，对多子浓度影响很小，故将非平衡载流子寿命称为少子寿命；一般情况下，可将多子寿命一般看作无穷大；少子寿命是材料质少子寿命是材料质的要指标量重，对于确定的材料是常数，而与激发密度及时间无关。

高激发密度下载流子寿命不是常数，跟时间有关，随着时间而增大跟初始非平衡载流子浓度有关，初始浓度越大，寿命越短。

直接辐射复合直接辐射复合产生率和复合率的大小，决定于对频率为v的光子的吸收几率。 一般直接带隙半导体有较大的吸收几率，一些重要的化合物半导体多是直接带隙半导体，对光的吸收几率大，所以其复合率也很高，例如InSb室温下的复合率为2.6×1022cm-3. s-1，而锗和硅等主要元素半导体是间接带隙半导体，为了保持动量守恒，在复合过程中必须同时吸收或发射相应的声子，因此复合率大幅度降低。 例如锗的R0为1.57×1013cm-3.s-1，而对于硅只有2×109cm-3.s-1。

有非平衡载流子存在时，复合率增加，复合时将发射能量与禁带宽度相对应的光，发光二极管就是利用复合过程而发光的典型例子1。

辐射复合与非辐射复合辐射复合：根据能量守恒原则，电子和空穴复合时应释放一定的能量，如果能量以光子的形式放出，这种复合称为辐射复合(Radiative Recombination)。辐射复合可以是导带电子与价带的空穴直接复合，这种复合又称为直接辐射复合，是辐射复合中的主要形式。此外辐射复合也可以通过复合中心进行。在平衡态，载流子的产生率总与复合率相等。辐射复合(Radiative Recombination)是等离子体中电子与离子碰撞的主要复合过程之一，它是光电离的逆过程，对等离子中电离平衡的建立和维持以及等离子体的辐射输运都起着重要作用。

非辐射复合（nonradiativerecombination） 按照复合时释放能量的方式不同，复合可分为辐射复合和非辐射复合。以除光子辐射之外的其他方式释放能量的复合称为非辐射复合。非辐射复合中主要有多声子复合和俄歇复合1。