光子的發(fā)射

能帶之間的復合，或自由電子與自由空穴的直接復合是最簡單的復合機理。這種型式的復合能引起光子的發(fā)射，其能量幾乎等于半導體的禁帶寬度。這是光子在正常情況下月能夠發(fā)出的最高能量，雖然它對低能量的發(fā)射還沒有類似自限制，這也表明半導體發(fā)射可見光所需的最小禁帶寬度。

如紅光波長的界限在760毫微來，相應的禁帶寬度則為1.63電子伏特(1電子伏特=1.602x10-1焦爾)。

當雜質(zhì)原子被摻入到晶格中時，也能通過禁帶中淺或深的電子態(tài)而發(fā)生復合。這樣產(chǎn)生的輻射，其能量小于禁帶能量，其優(yōu)點是這種輻射在通過半導體時不會衰減。例如從磷化鎵產(chǎn)生紅光發(fā)射的情況，即由于鋅-氧復合物中的復合所造成的。

在加正向偏壓的p-n結中注入的少數(shù)載流子，既能在產(chǎn)生輻射的情況下與多數(shù)載流子復合，也能在不產(chǎn)生輻射的情況下與多數(shù)載流子復合，顯然電致發(fā)光的效率即由這兩種競爭著的機理的比率所決定。影響這種比率的主要因素之一，就是半導體的具體能帶結構?！爸苯榆S遷帶”結構允許電子和空穴自由復合而無需晶格振動(聲子 phonons)的參與?！伴g接躍遷帶”結構中則必需有聲子參與，而聲子使輻射復合的概率減少。因此，一般來說，直接躍遷帶半導體的電致發(fā)光效率較高。

必須指出:由直接躍遷至間接躍遷是一種漸變的過程。例如:砷化鎵是具有1.41電子特伏直接禁帶寬度的半導體，它是一種有效的紅外輻射電致發(fā)光半導體;另方面如磷化鎵則有2.25電子伏特的間接禁帶寬度。幸而在整個砷/磷范圍中的砷化鎵和磷化鎵均形成固溶體，因而磷-砷化鎵的組分可在兩者的極限值之間隨意調(diào)整，而得到任何特定的禁帶。含磷多的合金具有間接躍遷禁帶。選擇GaA80.0.6組成,可保持直接躍遷，能產(chǎn)生波長為660毫微米的可見紅光輻射。