Явление рекомбинации заключается во взаимодействии свободного электрона со свободной дыркой с образованием валентной связи между атомами полупроводника. При этом пара свободных носителей заряда исчезает. Рекомбинация носителей заряда в полупроводниках может протекать по нескольким механизмам.
1.Излучательная рекомбинация. Электрон рекомбинирует с дыркой с излучением фотона. Такой вид рекомбинации имеет место в прямозонных полупроводниках.
При рекомбинации должны выполняться закон сохранения энергии и закон сохранения импульса ( рис.1 ):


где - изменение энергии электрона при переходе из зоны проводимости в валентную зону; h - постоянная Планка; - частота излучаемых фотонов; - импульс электрона; - импульс дырки; - импульс фотона;
- волновой вектор фотона.
Закон сохранения энергии всегда легко выполняется в актах рекомбинации, а закон сохранения импульса легко выполняется только в полупроводниках с прямыми переходами типа GaAs (рис.2), поскольку импульс - величина очень малая. Условие (2) приводит к тому, что излучательная рекомбинация в непрямозонных полупроводниках маловероятна и играет очень незначительную роль. В полупроводниках типа кремния и германия излучательная рекомбинация практически не идет.
Для протекания процессов рекомбинации в непрямозонных полупроводниках необходима третья частица, которая забирала бы себе избыточный импульс (рис.3).


Рис.1.Межзонная рекомбинация в полупроводниках

Рис.2.Зонная диаграмма прямозонных полупроводников в зависимости от импульса

Рис.3.Зонная диаграмма непрямозонных полупроводников в зависимости от импульса
Такой частицей может быть фонон-тепловое колебание решетки. Однако рекомбинация с участием фононов также маловероятна и составляет крайне малую долю (меньше 1% для кремния). Основной механизм рекомбинации в Ge и Si - это рекомбинация через глубокие уровни (рис.4). Третьей частицей, активно участвующей в актах рекомбинации, является атом примеси или дефект кристаллической структуры, дающие глубокие уровни в запрещенной зоне полупроводника.
Акт рекомбинации происходит следующим образом. Сначала глубокий уровень захватывает электрон и заряжается отрицательно, а затем отрицательно заряженный центр захватывает дырку или наоборот.


Фактически глубокие уровни играют роль катализатора процесса рекомбинации, так как катализатор снижает энергетический барьер взаимодействия (рекомбинации).
Скоростью рекомбинации в германии и кремнии можно управлять, регулируя концентрацию глубоких уровней, являющихся центрами рекомбинации.
Основная характеристика рекомбинации - это скорость процесса, то есть изменение концентрации носителей заряда в единицу времени. Если рассматривать затухание концентрации избыточных, однородно введенных в полупроводник неосновных носителей заряда (например электронов), пренебрегая процессами их диффузии и дрейфа, то скорость рекомбинации будет пропорциональна концентрации избыточных носителей.