Radiative Recombination in Silicon p‐n Junctions

TLDR: In this article, the electroluminescence of silicon was investigated in the temperature range between 300 and 77 °K, and an absolute measurement of the internal quantum efficiency yields a room temperature value of 2 × 10−6 for the band-to-band emission.

Abstract: The electroluminescence of silicon was investigated in the temperature range between 300 and 77 °K. The near edge emission is due to indirect band-to-band transitions associated with TO and TA phonon emission/absorption. The intensity-voltage relation shows that this emission is connected with the diffusion current. At low voltages, additional long wavelength emission is observed which is connected with recombination in the space charge region. An absolute measurement of the internal quantum efficiency yields a room temperature value of 2 × 10−6 for the band-to-band emission. This value is well described by a theoretical radiative lifetime derived from van Roosbroeck-Shockley statistics and by an experimental non-radiative lifetime. Die Elektrolumineszenz von Silizium p-n Ubergangen wurde zwischen 300 und 77 °K untersucht. Die Emission nahe der Bandkante wird durch indirekte Band-Band-Ubergange unterstutzt durch TO- und TA-Phononen gedeutet. Diese Strahlungskomponente ist mit dem Diffusionsstrom gekoppelt, wie die Intensitat-Spannungs-Abhangigkeit zeigt. Bei kleinen Spannungen wird eine langwellige Emission, die mit Rekombination in der Raumladungszone gekoppelt ist, beobachtet. Eine Absolutmessung der inneren Quantenausbeute ergibt den Wert 2 × 10−6 fur 300 °K. Er kann theoretisch bei Kenntnis einer nichtstrahlenden Lebensdauer durch eine Berechnung der strahlenden Lebensdauer nach van Roosbroeck-Shockley bestimmt werden.