为何间接带隙的GaP发光效率低？

Question

如题所述

Answer 1

间接带隙半导体材料（如Si、Ge）导带最小值（导带底）和满带最大值在k空间中不同位置。形成半满能带不只需要吸收能量，还要改变动量。
间接带隙半导体材料导带最小值（导带底）和满带最大值在k空间中不同位置。电子在k状态时的动量是（h/2pi）k，k不同，动量就不同，从一个状态到另一个必须改变动量。因此，间接带隙半导体中电子不仅吸收光子还与晶格交换能量，发生非直接跃迁。伴随发射或吸收适当的声子，电子的波矢K可以改变。GaP是间接带隙半导体，其发光也是间接跃迁产生的。但如果将GaP和GaAs混合制成GaAs1-xPx晶体，则可调节x(0＜x＜1)值改变混合晶体的能带结构，CaAs1-xPx可能成为直接带隙半导体。这与半导体的能带结构（EK关系）有关。所谓EK关系，就是能量-动量关系。自由空间中粒子的动量越大，能量也越大。但是在晶体中由于受到晶格周期势场的作用，电子的能量动量关系会比较复杂。导带底对应的动量K不一定是价带顶对应的动量K，这就是间接带隙半导体。由于导带底和价带顶不在同一个动量点上，这种半导体中发生电子吸收光子从价带到导带的跃迁时，不仅要受到能量守恒的限制，还要受到动量守恒的限制。也就是说不仅光子能量要大于带宽，而且要有相应的电声子相互作用使电子动量发生变化。这种要求是比较难达到的。所以硅这种间接带隙半导体不适合作光器件.
与之相对的直接带隙半导体则是电子在跃迁至导带时不需要改变动量。
锗和硅的价带顶Ev都位于布里渊区中心，而导带底Ec则分别位于<100>方向的简约布里渊区边界上和布里渊区中心到布里渊区边界的0.85倍处，即导带底与价带顶对应的波矢不同。这种半导体称为间接禁带半导体。
直接带隙半导体材料就是导带最小值（导带底）和价带最大值在k空间中同一位置。电子要跃迁到导带上产生导电的电子和空穴（形成半满能带）只需要吸收能量。