再結合とは（キャリアの再結合）

再結合（さいけつごう、recombination）とは、半導体中で自由電子が正孔と結びついて消滅し、キャリアが失われる現象です。電子が伝導帯から価電子帯へ落ちて正孔を埋める過程で、そのエネルギーが光や熱として放出されます。

再結合の際に光を放出するのが直接遷移型半導体（GaNなど）で、これがLEDやレーザダイオードの発光原理です。一方シリコンのような間接遷移型では主に熱として放出されます。再結合は太陽電池やフォトダイオードでは効率低下の要因となるため、結晶欠陥やトラップの低減が重要です。

再結合には主に3種類あります。電子と正孔が直接結びつくバンド間再結合、トラップ準位を介して段階的に消えるショックレー・リード・ホール（SRH）再結合、3粒子が関わるオージェ再結合です。どの過程が支配的かは材料やキャリア濃度で変わります。

再結合で放出されるエネルギーが光になるか熱になるかが、発光デバイスの可否を分けます。直接遷移型のGaNなどは効率よく発光してLED・レーザに使われ、間接遷移型のシリコンは主に熱を出します。一方、太陽電池やフォトダイオードでは再結合がキャリアの損失となるため、欠陥やトラップを減らして再結合を抑えることが高効率化につながります。