direkte und Indirekte Halbleiter

Ihre unterschiedlichen Eigenschaften lassen sich nur durch die Betrachtung der Bandstruktur im sogenannten Impulsraum verstehen: Freie Ladungsträger im Halbleiter lassen sich als Materiewellen mit einem Quasi-Impuls auffassen, das heißt die Ladungsträger werden neben ihrem Energieniveau im Bänderschema auch durch ihre „Geschwindigkeit“ (Impuls = Masse * Geschwindigkeit) charakterisiert.Man teilt Halbleiter in zwei Gruppen ein, die direkten und die indirekten Halbleiter.

Betrachtet man nun das Bändermodell im Impulsraum, so stellt man fest, dass Leitungs- und Valenzbandkante nicht für jeden Impuls gleich ist, sondern dass beide Bandkanten mindestens ein Extremum aufweisen. Wenn nun ein elektron aus dem Valenzband ins Leitungsband angeregt wird, so ist es am energetisch günstigsten (und somit am wahrscheinlichsten), wenn es vom Maximum des Valenzbandes zum Minimum des Leitungsbandes angeregt wird.

Dieser Impuls kann nicht von einem Photon (welches einen sehr kleinen Impuls hat) stammen, sondern muss von einer Gitterschwingung (auch Phonon) beigesteuert werden. Liegen die Extrema jedoch bei unterschiedlichen Quasiimpulsen, so muss das elektron zusätzlich zu seiner Energie auch seinen Impuls ändern, um ins Leitungsband angeregt zu werden. Man spricht von einem direkten Halbleiter. durch ein Photon ohne weiteres möglich, da das elektron lediglich seine Energie, nicht aber seinen Impuls ändern muss.Liegen diese Extrema nun (nahezu) beim gleichen Quasiimpuls, so ist eine Anregung z. B.

Hieraus folgt, dass nur direkte Halbleiter zur effektiven Strahlungserzeugung verwendet werden können. Bei einem indirekten Halbleiter hingegen wird die bei der Rekombination freiwerdende Energie als Gitterschwingung abgegeben. In einem direkten Halbleiter kann bei der Rekombination ein Lichtquant ausgesandt werden.Bei der Rekombination von elektronen-Loch-Paaren gilt im Prinzip dasselbe.

direkte und Indirekte Halbleiter kann man mittels Absorptionsversuch voneinander unterscheiden.

HauptGruppe indirekt, und Verbindungshalbleiter aus verschiedenen HauptGruppen (III/V: GaAs, InP, GaN) direkt.In der Regel sind Elementhalbleiter (Si, Ge) und Verbindungshalbleiter aus der IV.