Bandstructuur waarbij de impuls (golfgetal) van de onderkant van de geleidingsband en de bovenkant van de valentieband verschillen. Voor de overgang is een fonon nodig, zodat nauwelijks licht wordt uitgezonden. Silicium en germanium zijn typische voorbeelden.
Japanse benaming: 間接遷移型
“Indirecte bandovergang (indirect bandgap)” komt voor in 3 oefenvragen uit 1 onderwerpen, bijv. Verbindingshalfgeleiders.
Vakgebied: Halfgeleiderfysica
Antwoord: A. Directe bandovergang
GaAs heeft een directe bandovergang: de onderkant van de geleidingsband en de bovenkant van de valentieband liggen op dezelfde plaats in de impulsruimte. Elektronen en gaten recombineren daardoor zonder hulp van fononen en zenden efficiënt licht uit. Daarom wordt GaAs gebruikt voor infrarood-LED's en halfgeleiderlasers (optische schijven, communicatie, VCSEL's voor gezichtsherkenning). Silicium heeft een indirecte bandovergang, waarbij fononen aan de recombinatie deelnemen, zodat de lichtemissie-efficiëntie zeer laag is. De sterke lichtabsorptie maakt bovendien dunne lagen mogelijk, zodat GaAs ook voor zonnecellen met hoog rendement wordt gebruikt.
Antwoord: B. InGaN (GaN-gebaseerd)
Voor blauwe LED's wordt InGaN gebruikt, waarbij indium aan GaN (circa 3,4 eV) wordt toegevoegd om de bandgap te verlagen tot circa 2,7 eV; het vormt als kwantumput van enkele nm de lichtemitterende laag. Kenmerkend voor GaN-gebaseerde materialen is dat zij efficiënt licht uitzenden ondanks veel kristaldefecten. GaAs zendt infrarood tot rood licht uit en Si heeft een indirecte bandovergang en is daarom ongeschikt voor lichtemitterende componenten. Een blauwe LED in combinatie met een gele fosfor levert een witte LED op, die de belangrijkste lichtbron voor verlichting is geworden.
Silicium heeft een indirecte bandovergang, waarbij fononen aan de recombinatie deelnemen, zodat de lichtemissie-efficiëntie zeer laag is.
Welke bandstructuur heeft galliumarsenide (GaAs)?GaAs zendt infrarood tot rood licht uit en Si heeft een indirecte bandovergang en is daarom ongeschikt voor lichtemitterende componenten.
Welk materiaal wordt vooral gebruikt voor de lichtemitteren…In silicium kunnen optische golfgeleiders, modulatoren en op germanium gebaseerde fotodetectoren met hoge nauwkeurigheid en in grote aantallen in een CMOS-fabriek worden gemaakt, maar door de indirecte bandovergang vormt silicium geen efficiënte lichtbron.
Waarom wordt in siliciumfotonica een verbindingshalfgeleide…GaAs (galliumarsenide) Directe bandovergang (direct bandgap) VCSEL (vertical-cavity surface-emitting laser) GaN (galliumnitride) Bandgap (bandkloof) CMOS InP (indiumfosfide) Acceptor Auger-recombinatie Diffusielengte