間接遷移型半導体とは

正解：C. 間接遷移型の半導体で、発光再結合にフォノンの関与が必要なため、発光の効率が低いから

シリコンは間接遷移型の半導体で、伝導帯の底と価電子帯の頂上が異なる結晶運動量の位置にあります。電子と正孔が光を出して再結合するには運動量の差を補うフォノンの同時の関与が必要なので、発光再結合の確率が非常に低く、多くは欠陥準位を介した非発光再結合で熱になります。GaAsやInGaNのような直接遷移型では効率よく発光するので、LEDやレーザーに使われます。直接遷移型であることはむしろ発光に有利な性質です。約3.4 eVはシリコンではなくGaNのバンドギャップで、シリコンは約1.12 eVなので、発光しても波長約1.1 µmの赤外光になります。

正解：B. 可視光の吸収係数が結晶より大きく1 µm以下の膜で吸収できるが、電子の移動度は2〜3桁小さい

結晶シリコンは間接遷移型で、可視光のうち波長の長い光の吸収が弱いため、太陽電池にはふつう100 µm以上の厚さの基板が使われます。a-Si:Hでは長距離の周期性がなく、遷移の前後で運動量を保存する制約がゆるむので、可視光の吸収係数が結晶より大きくなり、厚さ1 µm以下の膜で光を吸収できます。一方で、乱れた網目がつくるバンド端のすその準位でキャリアが捕まるため、電子の移動度は約1〜10 cm²/(V·s)と、結晶シリコンの約1400 cm²/(V·s)より2〜3桁小さくなります。そのため高速の論理回路には向かず、約300℃で大面積に成膜できる利点を生かして、液晶ディスプレーの画素のTFTや薄膜太陽電池に使われてきました。バンドギャップ約1.7 eVで可視光をよく吸収し、透明電極にはなりません。