這種電致發光方式是由電場（電流）激發載流子，將電能直接轉變為光能的過程，也稱為場致發光。電子在從高能級向低能級躍遷的過程中，必然釋放出一定的能量。如果能量以發射光子的形式釋放，則稱這種躍遷為輻射躍遷；反之，沒有輻射出光子的躍遷就稱為無輻射躍遷。半導體中的電子與空穴的非輻射復合主要包括：異質結界面態的復合、缺陷復合及俄歇復合。非輻射復合對于半導體激光器的量子效率、工作穩定性和可靠性等都帶來不利影響。在半導體發光材料中，必須是輻射躍遷占優勢，以提高光發射效率。輻射躍遷可以分為本征躍遷與非本征躍遷兩種情況。

　　本征躍遷即為帶間躍遷，導帶的電子躍遷到價帶，與價帶空穴相復合，發射出光子。顯然，這種帶間的電子躍遷所引起的發光過程，是本征吸收的逆過程。對于直接帶隙半導體，導帶與價帶極值都在κ空間原點，本征躍遷為直接躍遷，其輻射效率較高。而間接帶隙半導體，導帶底和價帶頂位于不同的佬值處，這時發生在帶與帶之間的躍遷是間接躍遷。在間接躍遷過程中，除了發出光子外，還有聲子參與。因此，這種躍遷比直接躍遷的概率小得多，本征輻射躍遷如圖所示。

　　圖 本征輻射躍遷

　　帶間的躍遷所發射的光子能量與禁帶寬度直接有關。對于直接躍遷，發射光子的能量至少應滿足式中，島是聲子能量。

　　非本征躍遷是指電子從導帶躍遷到雜質能級，或者從雜質能級躍遷到價帶，或者在雜質能級之間的躍遷，并發射出光子的現象。在間接帶隙半導體中，非本征躍遷起主要作用。其中，施主與受主之間的躍遷效率較高，是多數發光二極管的主要躍遷方式。當半導體材料中同時存在施主和受主雜質時，兩者之間的庫侖引力作用使激發態能量增大，其增量齟與施主和受主雜質之間的距離｀成反比。當電子從施主向受主躍遷時，如果沒有聲子參與，發射的光子能量為

　　式中，ed和ea分別表示施主和受主的束縛能，εr是晶體相對介電常數。

　　由于發光過程中存在輻射復合和無輻射復合過程，使得半導體材料具有不同的發光效率。由復合理論可知，發光效率決定于非平衡載流子輻射復合壽命τnt和無輻射復合壽命‰的相對大小。通常用內部量子效率和外部量子效率來表示發光效率。單位時間內輻射復合產生的光子數與單位時間內注入的電子－空穴對數之比稱為內量子效率，即

　　單位時間內發射到器件外部的光子數與單位時間內注入的電子－空穴對數之比稱為外量子效率，即

　　對于直接帶隙半導體，其內量子效率較高，甚至有些材料可以達到100％。但實際發射的光子卻很少。這是因為材料的損耗、界面反射等因素制約了外量子效率。所以，要實現有效的半導體發光，不僅要選擇內量子效率較高的材料，還必須采取適當措施提高器件的外量子效率。

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