2. 발광 재결합

전자와 정공이 재결합되면서 밴드갭만큼의 에너지를 가진 빛이 방출된다고 말씀드렸습니다. 

이러한 발광 재결합의 메카니즘을 수식을 이용하여 자세히 설명해 드리겠습니다.

 

이번 포스팅 글의 순서는 다음과 같습니다. 

- 전자, 정공의 농도의 이해를 통해 재결합 속도 규명

 

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재결합의 식을 규명하기 위해 pn junction에서 전자, 정공의 농도를 먼저 이해하셔야 합니다.

 

전자, 정공의 농도

p형에서 전체 정공 농도는 평형상태의 정공 농도 + 추가적으로 투입(도핑)한 정공의 농도입니다. 

n형에서 전체 전자 농도는 평형상태의 전자 농도 + 추가적으로 투입(도핑)한 전자의 농도입니다. 

 

캐리어의 재결합은 전자, 정공 중 적은 개수와 비례하게 됩니다. 즉, 소수 캐리어의 농도와 비례하게 되지요.

 

p형 반도체의 neutral region에서는 소수캐리어의 전자의 개수가 재결합 속도에 영향을 줍니다.

전자의 개수가 많을수록, 정공과 결합하는 전자의 개수가 많아지기 때문에 재결합 속도가 빨라집니다.

 

n형 반도체의 neutral region에서는 소수캐리어의 정공의 개수가 재결합 속도에 영향을 줍니다.

정공의 개수가 많을수록, 전자와 결합하는 정공의 개수가 많아지기 때문에 재결합 속도가 빨라집니다.

 

재결합 속도는 시간당 소수캐리어의 농도가 줄어드는 양이지요. 

따라서, 재결합 속도의 식은 다음과 같습니다. 

이를 달리 말하면,  R은 전체 전자농도 n, 전체 정공농도 p와 비례하게 되고, 비례상수 B를 이용하여 다음과 같은 식을 나타낼 수 있습니다.

R = Bnp