J. Physique Lett. 39, 51-54 (1978)
DOI: 10.1051/jphyslet:0197800390405100

Explanation of the large spin-dependent recombination effect in semiconductors

D. Kaplan¹, I. Solomon² et N.F. Mott<sup>3

1</sup>  L.C.R., Thomson-C.S.F., 91401 Orsay, France
²  Ecole Polytechnique, Laboratoire de Physique de la Matière Condensée, 91128 Palaiseau, France
³  Cavendish Laboratory, Cambridge, England

Abstract
Previous theories to explain the variation of photoconductivity upon saturation of electron spin resonance, as observed by Lépine in silicon, predict an effect 10 to 100 times smaller than experiment. In the present model we show that, due to the shorter lifetime of electron-hole pairs in singlet configuration, the steady state spin distribution shows a surplus of triplet pairs. Saturation of resonance restores the random distribution, resulting in a shortening of the recombination time. The relative variation can be as large as 10 %, and is field independent as confirmed by experiment.

Résumé
Les théories précédentes concernant la variation de photoconductivité à la résonance de spin (expériences de Lépine dans le silicium) prédisent un effet de 10 à 100 fois trop faible. Nous proposons un modèle où, par suite du temps de vie plus court d'une paire électron-trou en configuration singulet, la distribution des spins des paires contient un surplus d'états triplets. Ce surplus est supprimé par saturation de la résonance, ce qui raccourcit ainsi le temps de recombinaison. La variation peut atteindre 10 % et l'effet ne dépend pas du champ appliqué, en accord avec l'expérience.

PACS
7220J - Charge carriers: generation, recombination, lifetime, and trapping semiconductors/insulators.
7240 - Photoconduction and photovoltaic effects: photodielectric effects.
7630P - EPR of conduction electrons.

Key words
CESR -- electron hole recombination -- photoconductivity -- semiconductors -- semiconductors -- photoconductivity -- saturation of electron spin resonance -- triplet pairs -- spin dependent recombination effect