6.6.1.3. Излучательные и безызлучательные переходы
Рассмотрим монохроматическую электромагнитную волну на частоте 
взаимодействующую с полупроводником. Если 
то эта волна будет поглощаться полупроводником. Ради простоты мы 
будем вдаваться в квантовомеханический расчет процесса поглощения. В действительности результаты подобных расчетов редко используются на практике. Мы лишь отметим, что в случае прямого перехода должен сохраняться полный импульс:
где 
— волновые векторы электрона соответственно в валентной зоне и зоне проводимости, а 
— волновой вектор падающей электромагнитной волны. Однако в оптическом диапазоне 
в то время как 
имеют порядок 
Поэтому можно принять приближение 
и записать (6.31) в виде
так что переходы должны происходить между начальным и конечным состояниями с одним и тем же вектором к. Это означает, что на диаграмме рис. 6.40 переход должен соответствовать вертикальной линии. Условие (6.32) называют условием сохранения импульса кристалла. Заметим, что у непрямозонного полупроводника минимум зоны проводимости имеет место при 
отличном от того, которое соответствует максимуму валентной зоны. В этом случае переход между указанными двумя состояниями может произойти, если в нем будет участвовать фонон решетки, чтобы скомпенсировать нссохраненис импульса кристалла. Однако непрямые переходы гораздо слабее, и это является основной причиной того, что лазерную генерацию никогда не удавалось наблюдать в непрямозонных полупроводниках, таких, как кремний.
Будучи заброшенным в зону проводимости, электрон релаксирует путем безызлучательных переходов (взаимодействуя с фононами решетки) на дно этой зоны. Не так давно было
показано, что этот внутризонный переход происходит в течение очень короткого времени 
. В то же время дырка, оставшаяся в валентной зоне (рис. 6.40), релаксирует за очень короткое время к верхушке валентной зоны. В этой точке электрон может рекомбинировать с дыркой либо излучательным, либо безызлучательным путем. Время жизни для межзонных переходов составляет около 1 не, т. е. много больше времени жизни внутризонных переходов. Как уже рассматривалось в гл. 2 (см. разд. 2.5), безызлучательные межзонные переходы обычно происходят на глубоких ловушках, причем соответствующая энергия передается фонону решетки или свободным носителям. В полупроводниках, используемых в качестве активных сред лазеров, излучательная релаксация преобладает над безызлучательной и квантовый выход люминесценции может достигать 80 % или даже больших значений.
