Излучательные переходы зона – примесь

Рассмотрим зонную диаграмму полупроводника, приведенную на рисунке 2. На ней показаны возможные излучательные переходы с участием примесей. Это переходы зона проводимости-примесь, примесь-валентная зона, примесь-примесь. Заметим, что примесные состояния можно разделить, в зависимости от энергии ионизации примесей, на мелкие и глубокие. Это условное деление имеет следующий смысл – волновые функции электронов на мелких примесных состояниях можно представить в виде волнового пакета зонных функций. Поэтому можно теоретически рассмотреть элементарный процесс захвата электронов на мелкий акцептор или дырки на мелкий донор.

Рисунок 2 - Энергетическая диаграмма примесных переходов

Для глубоких примесных центров, как правило, неизвестен вид волновой функции, поэтому теория оптических переходов развита в полуфеноменологических рамках.

Как правило, примесные переходы сопровождаются участием фононов, причем в излучении преобладает испускание фононов. В спектрах излучения наблюдаются фононные повторения. Они определяются как зонной структурой полупроводника, так и энергией ионизации примеси. В случае мелкой примеси в непрямом полупроводнике, когда при излучательной рекомбинации должен испускаться фонон, чем глубже примесный уровень, тем относительно менее вероятно испускание фононов, так как часть квазиимпульса отдается примеси.

Для глубоких примесных центров правила отбора, установленные для междузонных переходов, не играют существенной роли. Чем больше энергия ионизации примеси, т.е. чем сильнее связь примеси с решеткой, тем больше вероятность испускания фононов. Максимум в спектре излучения может приходиться на одном из фононных повторений.