Luminescența se numește radiație nontermică electromagnetică, care are o durată care depășește în mod semnificativ perioada de oscilații a luminii.
Pentru a genera luminescența într-un semiconductor, atomii semiconductori trebuie îndepărtați din starea echilibrului termodinamic, adică excitat. Acestea pot fi transferate într-o stare excitată de un câmp electric - electroluminescență, bombardament cu electroni prin catodoluminescență și iluminare - fotoluminescență. În luminescență, absorbția de energie a unui semiconductor și emisia de fotoni de lumină sunt separate în timp.
Emisia de canale de lumină de la un semiconductor poate să apară ca urmare a unei tranziții electronice la un nivel de energie mai scăzut în timpul recombinării sau recombinării interbanda cu participarea capcanelor de recombinare.
Radiativă de recombinare a purtătorilor de sarcină poate să apară fără interferențe electromagnetice, i. în mod spontan. O astfel de recombinare se numește spontană. Acțiunile de emisie spontană apar independent unul de celălalt în momente diferite. Prin urmare emisia spontană este incoerentă.
Trecerea unui electron la un nivel de energie mai scăzut cu emisia unui cuantum de lumină, care a avut loc cu ajutorul unei acțiuni electromagnetice, se numește recombinare forțată sau stimulată.
Radiația indusă are loc în aceeași direcție cu radiația care a provocat-o, în aceeași fază și cu aceeași polarizare. Radiația indusă este coerentă.
În practică, electroluminescența a fost cea mai utilizată. Pe baza acestui fenomen, emițătorii lucrează, adică dispozitive care transformă energia electrică de excitație în energie de radiație optică a unei compoziții spectrale date și a unei distribuții spațiale. Coerente - lasere de injectare și incoherent - diode emise de lumină.
Cerințe specifice pentru emițători, de exemplu, pentru diode emise de lumină - lucrează în domeniul vizibil de 400 ... 700 nm, luminozitate ridicată, determină cerințele pentru materialele semiconductoare pentru fabricarea lor.
Interband recombinare este cel mai probabil în semiconductori direct-gap, din care, cu excepția GaAs reprezentant tipic, sunt InAs, InSb, GaSb, unele soluții solide ale compozițiilor intermetals, cum ar fi GaAlAs, Gaasp, InGaAsP, cei mai mulți compuși de tipul A 2 B 6 (ZnS, ZnSe, ZnTe, CdS, CdTe, CdSe), precum și o serie de alți compuși binari - PbS, PbSe, PbTe.
Probabilitatea de recombinare radiativă este foarte scăzut în semiconductori indirecte, poate crește dramatic formarea de recombinare în aceste capcane. In GaP, de exemplu, astfel de capcane sunt formate prin doparea cristalul cu azot (N înlocuitorilor atomilorîn atomul P zăbrele) sau simultan cu oxigenul și zincul (atomii de Zn și atomii O substituiți cu P și Ga, respectiv).
Compoziția spectrală a radiației optice este determinată de lățimea benzii interzise în semiconductorii cu decalaj direct și de nivelul de energie al capcanelor în semiconductorii împrăștiați indirect.
Efectul fotorezistențial este o modificare a rezistenței electrice a unui semiconductor, cauzată exclusiv de acțiunea radiației optice și care nu are legătură cu încălzirea sa.
Pentru apariția unui efect fotorezistent, este necesar ca în semiconductor să fie absorbția intrinsecă a radiației optice prin formarea de noi perechi de purtători de sarcină sau prin absorbția de impurități cu formarea purtătorilor de același semn.
Ca urmare a unei creșteri a concentrației purtătorilor de sarcină, rezistența semiconductorului scade.
Concentrația în exces a purtătorilor de sarcină, de exemplu electronii, poate fi determinată după cum urmează:
,
unde R - coeficientul de reflexie al fotonilor de semiconductoare, - coeficientul de absorbție, - generatoare de eficiență cuantică, Nb - numărul de fotoni incidente pe o unitate de suprafață pe unitatea de timp - durată de viață de purtători de neechilibru.
EMF într-un semiconductor
Dacă o radiație optică este aplicată unui semiconductor omogen, o concentrație în exces de electroni și găuri apare în stratul său de suprafață, care va difuza în adâncimea semiconductorului.
Coeficientul de difuzie a electronului este mult mai mare decât coeficientul de difuzie a orificiului. Prin urmare, în cazul difuziei, electronii depășesc găurile. Există o separare a încărcărilor - suprafața semiconductorului dobândește o încărcătură pozitivă, iar volumul este încărcat negativ. Astfel, în semiconductor, atunci când este iluminat, apare un câmp electric sau o forță electromotive (EMF), numită uneori emf Dember.
Puterea câmpului electric poate fi determinată folosind următoarea expresie:
,
unde Dn. Dp sunt coeficienții de difuzie a electronilor și a gaurilor, gradul (p) este gradientul densității găurilor.