放射再結合
出典: フリー百科事典『ウィキペディア（Wikipedia）』 (2019/09/06 14:46 UTC 版)
「キャリア生成と再結合」の記事における「放射再結合」の解説
放射再結合では、自然放出により光子が放出される。この過程は発光ダイオードの基本となる。光子は比較的小さな運動量しか運べないため、放射再結合は直接遷移型半導体でのみ重要となる。 光子が半導体中に存在する場合、光吸収によって自由キャリアのペアが生じるか、または再結合を誘導して放射再結合の光子と似た性質の光子を生じる（誘導放出）。光吸収はフォトダイオード、太陽電池、その他の光検出器で見られる過程であり、一方で誘導放出はレーザーダイオードにおけるレーザー動作の原理となっている。 熱平衡では放射再結合速度 R r {\displaystyle R_{r}} と熱による生成速度 G 0 {\displaystyle G_{0}} は互いに等しい。 R r = G 0 = B r n 0 p 0 = B r n i 2 {\displaystyle R_{r}=G_{0}=B_{r}n_{0}p_{0}=B_{r}n_{i}^{2}} ここで B r {\displaystyle B_{r}} は放射捕獲確率、 n i {\displaystyle n_{i}} は真性キャリア密度である。 定常状態では、放射再結合速度 r r {\displaystyle r_{r}} と正味の再結合速度 U r {\displaystyle U_{r}} は、 r r = B r n p , U r = r r − G 0 = B r ( n p − n i 2 ) {\displaystyle r_{r}=B_{r}np\,,\quad U_{r}=r_{r}-G_{0}=B_{r}\left(np-n_{i}^{2}\right)} ここでキャリア密度 n , p {\displaystyle n,p} は平衡でのキャリア密度 n 0 , p 0 {\displaystyle n_{0},p_{0}} と過剰キャリア密度 Δ n , Δ p {\displaystyle \Delta n,\Delta p} から構成される。 n = n 0 + Δ n , p = p 0 + Δ p . {\displaystyle n=n_{0}+\Delta n\,,\quad p=p_{0}+\Delta p\,.} 放射寿命 τ r {\displaystyle \tau _{r}} は次のように与えられる。 τ r = Δ n U r = 1 B r ( n 0 + p 0 + Δ n ) . {\displaystyle \tau _{r}={\frac {\Delta n}{U_{r}}}={\frac {1}{B_{r}\left(n_{0}+p_{0}+\Delta n\right)}}\,.}
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