電子、磁性與光學材料

矽幾乎不被用作發光二極體發光材料的主要原因為下列何者?

  1. A是直接能隙型半導體,電子與電洞不發光而是放出聲子並立即復合
  2. B能隙約3.4 eV而太大,只能發出比可見光波長更短的紫外光
  3. C是間接能隙型半導體,輻射復合需要聲子參與,因此發光效率低
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正確答案:C. 是間接能隙型半導體,輻射復合需要聲子參與,因此發光效率低

矽是間接能隙型半導體,導電帶的底部與價電帶的頂部位於不同的晶體動量位置。電子與電洞要發光復合,需要同時有補償動量差的聲子參與,因此輻射復合的機率非常低,大多經由缺陷能階的非輻射復合變成熱。GaAs或InGaN這類直接能隙型能有效率地發光,因此用於LED與雷射。直接能隙型反而是有利於發光的性質。約3.4 eV不是矽而是GaN的能隙,矽約為1.12 eV,因此即使發光,也是波長約1.1 µm的紅外光。

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