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전자·자성·광학 재료

실리콘이 발광 다이오드의 발광 재료로 거의 쓰이지 않는 주된 이유는 무엇인가?

  1. A직접 천이형 반도체여서, 전자와 정공이 빛을 내지 않고 포논을 방출하며 곧바로 재결합해 버리기 때문
  2. B밴드 갭이 약 3.4 eV로 너무 커서, 가시광보다 파장이 짧은 자외선밖에 낼 수 없기 때문
  3. C간접 천이형 반도체여서, 발광 재결합에 포논의 관여가 필요하므로 발광 효율이 낮기 때문
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정답: C. 간접 천이형 반도체여서, 발광 재결합에 포논의 관여가 필요하므로 발광 효율이 낮기 때문

실리콘은 간접 천이형 반도체로, 전도대의 바닥과 가전자대의 꼭대기가 서로 다른 결정 운동량의 위치에 있습니다. 전자와 정공이 빛을 내며 재결합하려면 운동량 차이를 보충하는 포논이 동시에 관여해야 하므로 발광 재결합의 확률이 매우 낮고, 대부분은 결함 준위를 거친 비발광 재결합으로 열이 됩니다. GaAs나 InGaN 같은 직접 천이형에서는 효율적으로 발광하므로 LED나 레이저에 사용됩니다. 직접 천이형이라는 것은 오히려 발광에 유리한 성질입니다. 약 3.4 eV는 실리콘이 아니라 GaN의 밴드 갭이며, 실리콘은 약 1.12 eV이므로 발광하더라도 파장 약 1.1 µm의 적외선이 됩니다.

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