TAg zusammen,
kann mir mal bitte jemand anschaulich erklären warum GaP LEDs leuchten.
GaP hat ja einen indirekten Bandübergang. ALso findet keine bzw. selten eine direkte REkombination statt. Diese ist ja aber notwendig um Licht zu emittieren. Nun wird ja GaP dotiert. Aber durch das dotieren bleibt doch der HAlbletier im Prinzip immer nochh indirekt. LEdigleich eine Störstelle bildet sich zwischen Valenz und Leitungsband. Über diese Störstelle kann doch dann keine Strahlung stattfinden, da ja phonen hier im Spiel sind....
Wo habe ich meinen Denkfehler??? Bin für jede Hilfe dankbar!!
MFG
Nemesis
Warum leuchten GaP LEDs
Moderator: T.Hoffmann
Hallo Nemesis,
welcome on board!
Also 'anschaulich erklären' ist schwierig. Aber dass selten eine radiative recombination statt findet heißt ja nicht, dass gar keine statt findet. Hier steht ein wenig dazu: http://en.wikipedia.org/wiki/Direct_and ... _band_gaps
welcome on board!
Also 'anschaulich erklären' ist schwierig. Aber dass selten eine radiative recombination statt findet heißt ja nicht, dass gar keine statt findet. Hier steht ein wenig dazu: http://en.wikipedia.org/wiki/Direct_and ... _band_gaps
DAnke erstmal für deine Antwort.
Habe es mir durchgelesen. Aber was ich einfahc immer noch nicht verstehe, bei einem indirekten Halbeiter wie GaP ist ja die indirekte Bandlücke vorhanden. Wurde ich GaP ja jetzt absolut rein verwenden würde ich ja keine bzw. zu wenig Strahlung bekommen, da direkte BAndübergänge ja möglich sind, aber doch sehr unwahrscheinlich sind.
Nun wird eben durch Doiteren das GaP so verändert das ich mehr strahlungs Rekombination bekomme. Oft wird ja hie rzum Beispiel Sticksotff benutzt. Dieses Stickstoff setzt sich ja dann zwischen Valenz und Leitungsband. Da hier immer noch eine k-Änderun nötig ist um die Rekombination ablaufen zu lassen, kann ich mir nicht erklären wie hier deutlich mehr Photonen erstehen sollen damit ich es als Strahlungsemitter benutzen kann.
Warum wird durch das Dotieren mehr Strahlung freigesetzt?? Es bleibt doch einfach ein indirekter Übergang bzw. ein band zu STörstelle übergang, also ein Shockley-REad- REkombination oder??
Habe es mir durchgelesen. Aber was ich einfahc immer noch nicht verstehe, bei einem indirekten Halbeiter wie GaP ist ja die indirekte Bandlücke vorhanden. Wurde ich GaP ja jetzt absolut rein verwenden würde ich ja keine bzw. zu wenig Strahlung bekommen, da direkte BAndübergänge ja möglich sind, aber doch sehr unwahrscheinlich sind.
Nun wird eben durch Doiteren das GaP so verändert das ich mehr strahlungs Rekombination bekomme. Oft wird ja hie rzum Beispiel Sticksotff benutzt. Dieses Stickstoff setzt sich ja dann zwischen Valenz und Leitungsband. Da hier immer noch eine k-Änderun nötig ist um die Rekombination ablaufen zu lassen, kann ich mir nicht erklären wie hier deutlich mehr Photonen erstehen sollen damit ich es als Strahlungsemitter benutzen kann.
Warum wird durch das Dotieren mehr Strahlung freigesetzt?? Es bleibt doch einfach ein indirekter Übergang bzw. ein band zu STörstelle übergang, also ein Shockley-REad- REkombination oder??
Also ich glaube ich habe nun eine Vermutung. Kann die jemand bitte bestätigen!
Beim Beipsiel des GaP wird Stickstoff als isoektronische Störstelle eingebaut. Die Lebensdauer des gebunden Exzitions ist dabei deutlich kürzer als die aller konkurrierenden nichtstrahleenden Übergänge, so dass effektive Strahlungsemission im sichtbaren Spektralberiech beobachtet wird, obwohl der GaP ja indirekt ist.
Das Stickstoff atom schau ich dann also nicht als Störstelle die sich zwischen Valenz und Leitungsband befindet, also eine Shockly-REad-REkombination, sonder eben als Exziton.
Stimmt meine Überlegung?? Wäre für jeden Tipp dankbar....
Beim Beipsiel des GaP wird Stickstoff als isoektronische Störstelle eingebaut. Die Lebensdauer des gebunden Exzitions ist dabei deutlich kürzer als die aller konkurrierenden nichtstrahleenden Übergänge, so dass effektive Strahlungsemission im sichtbaren Spektralberiech beobachtet wird, obwohl der GaP ja indirekt ist.
Das Stickstoff atom schau ich dann also nicht als Störstelle die sich zwischen Valenz und Leitungsband befindet, also eine Shockly-REad-REkombination, sonder eben als Exziton.
Stimmt meine Überlegung?? Wäre für jeden Tipp dankbar....
Das Exziton ist doch eine durch Photonen angeregte Stelle der Kristallstruktur. Dazu müsste ja erstmal ein Photon entstehen..
Ich verstehe es so:
GaP ist ein schlechtes LED Material, sehr unwahrscheinliche indirekte Übergänge. Ich verstehe dabei den Wellenvektor immer als Impuls und Relaxieren ist da wahrscheinlicher als Impulserhaltung, zumal du einen richtigen Stoßpartner bräuchtest.
Nun kommt GaAsP und hat durch die Dotierung einen direkten und indirekten Übergang, wobei der direkte wahrscheinlicher sein sollte bei gleicher bandgab.
Ob Stickstoff hier dabei ist, ist egal. Ein Zwischenlevel über N ist nur wahrscheinlicher => größere Intensität?
Beim GaP mit Stickstoff gibt es zwischen Valenz und Leitungsband noch ein optisch aktives Level, dass wesentlich näher am Valenzband sitzt. Ohne As ist der direkte Übergang größer als der indirekte und damit unwahrscheinlicher.
Nach meinem Verständnis hängt hier aber auch das Problem mit der Leistung zusammen, da man nur soviel Spannung anlegen kann, bis man in den direkten Übergang anregt...
===========
Das ist meine Theorie mit einer kurzen Einführungsveranstaltung Halbleiterphysik.
Generell kommt es nur auf die Wahrscheinlichkeit für Übergänge an und nicht, dass ein indirekter Übergang nie stattfinden kann.
Nachlesen kannst du dazu einiges im Fred Schubert Light Emitting Diodes glaube ich.
Ich verstehe es so:
GaP ist ein schlechtes LED Material, sehr unwahrscheinliche indirekte Übergänge. Ich verstehe dabei den Wellenvektor immer als Impuls und Relaxieren ist da wahrscheinlicher als Impulserhaltung, zumal du einen richtigen Stoßpartner bräuchtest.
Nun kommt GaAsP und hat durch die Dotierung einen direkten und indirekten Übergang, wobei der direkte wahrscheinlicher sein sollte bei gleicher bandgab.
Ob Stickstoff hier dabei ist, ist egal. Ein Zwischenlevel über N ist nur wahrscheinlicher => größere Intensität?
Beim GaP mit Stickstoff gibt es zwischen Valenz und Leitungsband noch ein optisch aktives Level, dass wesentlich näher am Valenzband sitzt. Ohne As ist der direkte Übergang größer als der indirekte und damit unwahrscheinlicher.
Nach meinem Verständnis hängt hier aber auch das Problem mit der Leistung zusammen, da man nur soviel Spannung anlegen kann, bis man in den direkten Übergang anregt...
===========
Das ist meine Theorie mit einer kurzen Einführungsveranstaltung Halbleiterphysik.
Generell kommt es nur auf die Wahrscheinlichkeit für Übergänge an und nicht, dass ein indirekter Übergang nie stattfinden kann.
Nachlesen kannst du dazu einiges im Fred Schubert Light Emitting Diodes glaube ich.
DAnke erstmal für deine ausführliche Antwort. Hat mir geholfen. Glaube mittlerweile habe ich es fast...
Du hast ja auch von diesem optischen Level gesprochen. Wie genau kann ich mir so ein Level vorstellen?? Dieses fängt quasi Elektronen und Löcher und bringt diese dann zum Rekombinieren oder??
Ich kann solch ein Level nicht als Störstelle bzw. Dotierstelle betrachten oder?
Du hast ja auch von diesem optischen Level gesprochen. Wie genau kann ich mir so ein Level vorstellen?? Dieses fängt quasi Elektronen und Löcher und bringt diese dann zum Rekombinieren oder??
Ich kann solch ein Level nicht als Störstelle bzw. Dotierstelle betrachten oder?
Mit Level meine ich eigentlich nur ein Energieniveau also Elektron (oder Loch) mit bestimmter Energie.
Also nichts anderes als die Punkte, die die Bänder ausmachen.
Mit optischem Level meine ich ein Nivau, das durch Abregung ein Photon aussendet. Also ein direkter Übergang. Ein indirekter Übergang kann sich ja z.B. über Elektron-Phonon-Wechselwirkung abregen ohne Lichtemission.
Als Stör oder Dotierstelle ist es einfach ein Fremdatom, dass mehr oder weniger Elektronen als die umgebende Kristallstruktur hat und somit Löcher oder Elektronen hineinpumpt. Du kannst also die Übergänge/Bänder etwas verschieben.
Das Stickstoff ist hierbei eine isoelektrische Störstelle, also nicht im Sinne von Dotierung.
Sehr wohl kann sich aber die Kristallstruktur ändern und wie ich es verstanden habe, das System um Stickstoff selber angeregt werden.
Das Niveau vom Stickstoff liegt dabei zwischen Valenz und Leitungsband vom normalen GaP. Dadurch wird der Übergang zum Valenzband kleiner, ein Elektron kann sich also wahrscheinlicher abregen. Zum anderen gehe ich davon aus, dass hier auch mehr Möglichkeiten für einen Impulsübertrag bestehen. Der Übergang Stickstoff -> Valenzband ist am ende wieder ein direkter Übergang.
Wie gesagt das Buch von Schubert ist sehr gut dafür. Ich scanne dir später mal einen Auszug.
Also nichts anderes als die Punkte, die die Bänder ausmachen.
Mit optischem Level meine ich ein Nivau, das durch Abregung ein Photon aussendet. Also ein direkter Übergang. Ein indirekter Übergang kann sich ja z.B. über Elektron-Phonon-Wechselwirkung abregen ohne Lichtemission.
Als Stör oder Dotierstelle ist es einfach ein Fremdatom, dass mehr oder weniger Elektronen als die umgebende Kristallstruktur hat und somit Löcher oder Elektronen hineinpumpt. Du kannst also die Übergänge/Bänder etwas verschieben.
Das Stickstoff ist hierbei eine isoelektrische Störstelle, also nicht im Sinne von Dotierung.
Sehr wohl kann sich aber die Kristallstruktur ändern und wie ich es verstanden habe, das System um Stickstoff selber angeregt werden.
Das Niveau vom Stickstoff liegt dabei zwischen Valenz und Leitungsband vom normalen GaP. Dadurch wird der Übergang zum Valenzband kleiner, ein Elektron kann sich also wahrscheinlicher abregen. Zum anderen gehe ich davon aus, dass hier auch mehr Möglichkeiten für einen Impulsübertrag bestehen. Der Übergang Stickstoff -> Valenzband ist am ende wieder ein direkter Übergang.
Wie gesagt das Buch von Schubert ist sehr gut dafür. Ich scanne dir später mal einen Auszug.
Sorry aber war die Feiertage und die Woche davor im Urlaub. Deswegen jetzt erst die Antwort.
Danke nochmal für deine Mühe. Hilf mir echt weiter!
Ich glaub ich bestell mir das Buch echt, dann muss ich dich auch nicht mehr weiter nerven!
Danke! und einen guten Rutsch!
Danke nochmal für deine Mühe. Hilf mir echt weiter!
Ich glaub ich bestell mir das Buch echt, dann muss ich dich auch nicht mehr weiter nerven!
Danke! und einen guten Rutsch!