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整流用ダイオードに用いられる Si 材料は発光素子として不向きであると一般に考えられている、その理由を教えてください。

教えて!goo グレード

A 回答 (3件)

発光ダイオードは、半導体中の自由電子と正孔が結合する際に生じるエネルギーが光として放出されることで光ります。

このため、発光ダイオードには、
(1)自由電子と正孔の両方が高密度に存在する領域があって、
(2)そこで自由電子と正孔が結合し易く、さらに
(3)結合した際のエネルギーがに(熱ではなく)光になることが必要になります。
(1)はpnダイオードに順方向電流を流すとp-n境界で出現します。(2)の為には色々な方法がありますが、(3)を満たす半導体材料は限られてます。ガリウムヒ素(GaAs)やガリウム窒素(GaN)はそのような特性を有しますが、シリコンSiやゲルマニウムGeは基本的に光を出しません。

電気を使うことに関しては、動作時に発生する光や熱は損失になるだけですので、まず(2)が起こり難いシリコンやゲルマニウムを使ったダイオードが使われました。逆に、発光ダイオードには、(2)が起こり易く、しかも(3)である材料が求められて来た訳です。
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siでの再結合は運動量変化を伴なう間接遷移型だから


正孔ー電子の再結合エネルギーの大部分は
格子振動(熱)になってしまう。
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発光しないから。

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