Рекомбинационное излучение. РЕАЛЬНАЯ ФИЗИКА. Глоссарий по физике

Рекомбинационное излучение (рекомбинационная люминесценция) - люминесценция полупроводника (и диэлектриков), обусловленная рекомбинацией неравновесных электронов и дырок. В отличие от др. видов люминесценции, под Р. и. понимают процесс, к-рому предшествует образование свободных носителей заряда. По способу такого возбуждения различаются неск. видов Р. и.: катодолюминесцен-ция (возбуждение электронным пучком), используемая в люминесцентных экранах и как метод хим. и структурного анализа, а также в полупроводниковых лазерах; электролюминесценция (ин-жекционная люминесценция; возбуждение происходит за счёт инжекции неосновных носителей через p - п-пе-реход), применяемая в светодиодах и инжекционных лазерах; фотолюминесценция (возбуждение светом с энергией фотона

, превосходящей ширину запрещённой зоны полупроводника

I. К Р. и. относят также т. н. пробойное свечение, возникающее при ударной ионизации обратно-смещённого p - n-перехода [1].

Внутренним квантовым выходом Р. п. h наз. отношение числа квантов Р. и. к числу квантов возбуждающего света или к числу носителей, инжектированных через p - n-переход. Наибольшим квантовым выходом обладают прямозонные полупроводники (рис. 1). Для идеального кристалла выполняется закон сохранения квазиимпульса, когда при поглощении или излучении фотона переход электрона из валентной зоны в зону проводимости (или наоборот) происходит "вертикально". Это означает, что квазиимпульсы электрона в зоне проводимости и в валентной зоне равны (импульс фотона пренебрежимо мал). Между возбуждением и Р. и. протекает т. н. процесс остывания горячего (возбуждённого) носителя.

При низкой концентрации осн. носителей остывание происходит за счёт излучения фотонов, а при высокой - за счёт межэлектронных взаимодействий (см., напр., Межэлектронное рассеяние ).Рекомбинация, происходящая после остывания, сопровождается излучением фотонов с энергией, близкой к ширине запрещённой зоны

(краевое излучение). Наиб. квантовым выходом краевого Р. и. (

1) обладают светодиоды на основе гетеро-структур в системе Ga - Аl - As [2]. В этом случае неосновной носитель, возникший в результате возбуждения, рекомбинирует не со своим партнёром по рождению, а с одним из множества осн. носителей легиров. полупроводника. Если электроны рекомбинируют, не успев остыть, то энергия фотонов

, однако квантовый выход горячей люминесценции на много порядков меньше, чем у краевой.

Рис. 2. Зонная диаграмма прямозонного полупроводника с расщеплённой валентной зоной.

Пробойное свечение обычно представляет собой горячую люминесценцию дырок, возникающих при ударной ионизации. Дырки разгоняются электрич. полем по спиновоотщеплённой зоне u_s и излучают свет, переходя в валентную зону с тяжёлой эфф. массой т носителя (рис. 2). Спектр пробойного свечения широкий, а квантовый выход мал (порядка долей %).

Кроме межзонных переходов Р. и. может быть вызвано оптич. переходами типа примесный уровень - зона. Они существенны в случае непрямозонных полупроводников, когда переходы между экстремумами зоны проводимости и валентной зоны невозможны без участия фононов (рис. 3). С переходами примесь - зона связано, напр., свечение светодиодов на основе GaP. Спектральная полоса излучения типа примесь - зона, как и краевого, узкая

. Краевое излучение при высоком уровне возбуждения испытывает сужение спектральной полосы. Этот уровень соответствует условию инверсии населённости квантовых состояний, к-рые участвуют в переходе. При этом краевое спонтанное излучение переходит в вынужденное (стимулированное [3]). Инверсия населённости в полупроводниках происходит, когда расстояние между квазиуровнями Ферми неравновесных электронов и дырок окажется больше

Это же пороговое условие должно быть выполнено в активном слое полупроводникового лазера, когда в нём возникает генерация. Инжекционный лазер (на p - n-переходе) отличается от светодиода тем, что грани кристалла образуют резонатор Фабри - Перо (см. Оптический резонатор). Когда порог генерации лазера превышен, то спект ральная полоса Р. и. подвергается сужению.

Краевое спонтанное Р. и. GaAs и др. прямозонных полупроводников может обладать поляризацией. Причина поляризации - спин-орбитальное расщепление валентной зоны. В единичном акте рекомбинации электрона с лёгкой дыркой электрич. вектор излучения Е колеблется преим. вдоль направления квазиимпульса k рекомбинирующих частиц. Степень поляризации такого излучения (согласно теории) ~ 60% [3]. В акте рекомбинации электрона с тяжёлой дыркой E колеблется в плоскости, перпендикулярной k; степень поляризации при этом ~ 100%. Когда квазиимпульсы носителей распределены изотропно, то поляризация излучения исчезает. Т. к. неравновесные носители, возникающие при пробеге p - n-перехода, распределены по импульсам анизотропно, то Р. и. оказывается поляризованным [4, 5]. Анизотропия импульсного распределения рекомбинирующих носителей возникает и при туннельном просачивании через прямо смещённый p - n-переход. В этих условиях также наблюдается поляризация Р. и. [6].

Литература по рекомбинационному излучению

Знаете ли Вы, что cогласно релятивистской мифологии "гравитационное линзирование - это физическое явление, связанное с отклонением лучей света в поле тяжести. Гравитационные линзы обясняют образование кратных изображений одного и того же астрономического объекта (квазаров, галактик), когда на луч зрения от источника к наблюдателю попадает другая галактика или скопление галактик (собственно линза). В некоторых изображениях происходит усиление яркости оригинального источника." (Релятивисты приводят примеры искажения изображений галактик в качестве подтверждения ОТО - воздействия гравитации на свет)
При этом они забывают, что поле действия эффекта ОТО - это малые углы вблизи поверхности звезд, где на самом деле этот эффект не наблюдается (затменные двойные). Разница в шкалах явлений реального искажения изображений галактик и мифического отклонения вблизи звезд - 10¹¹ раз. Приведу аналогию. Можно говорить о воздействии поверхностного натяжения на форму капель, но нельзя серьезно говорить о силе поверхностного натяжения, как о причине океанских приливов.
Эфирная физика находит ответ на наблюдаемое явление искажения изображений галактик. Это результат нагрева эфира вблизи галактик, изменения его плотности и, следовательно, изменения скорости света на галактических расстояниях вследствие преломления света в эфире различной плотности. Подтверждением термической природы искажения изображений галактик является прямая связь этого искажения с радиоизлучением пространства, то есть эфира в этом месте, смещение спектра CMB (космическое микроволновое излучение) в данном направлении в высокочастотную область. Подробнее читайте в FAQ по эфирной физике.