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半導體的發光效率
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❒ 直接能隙(Direct bandgap)
「直接能隙(Direct bandgap)」是指電子吸收了外加能量以後可以由價電帶跳躍到導電帶,而且電子可以「直接」由導電帶落回價電帶,因此能量可以完全以「光能」的型式釋放出來,如<圖一>所示,所以發光效率很高,例如:砷化鎵(GaAs)的能帶結構就是屬於直接能隙。
在「直接能隙」的半導體中,電子在由導電帶落回價電帶的行為,可以想像成一個人由頂樓「直接」跳到一樓,由於能量沒有被轉換掉,所以落地以後會受傷。知識力www.ansforce.com。

圖一 直接能隙示意圖。
❒ 間接能隙(Indirect bandgap)
「間接能隙(Indirect bandgap)」是指電子吸收了外加能量以後可以由價電帶跳躍到導電帶,但是電子只能「間接」由導電帶落回價電帶,所謂的「間接」可以想像成在能隙中有一個可以讓電子停留的位置,如<圖二>所示,當電子由導電帶落回價電帶時,會先在這個位置上停留一下,將大部分的能量轉換為「熱能」以後,再落回價電帶,由於大部分的能量已經轉換成熱能,根據能量守恆定律,這個電子所剩下的光能就很少了,因此最後能夠釋放出來的光能很少,所以發光效率很低,例如:矽(Si)的能帶結構就是屬於間接能隙。知識力www.ansforce.com。
在「間接能隙」的半導體中,電子由導電帶落回價電帶的行為,可以想像成一個人由頂樓「間接」跳到一樓,意思是跳樓的過程中不小心落到一樓的遮陽棚,彈了一下,翻了兩圈,再落到地面,由於能量被轉換掉,所以落地以後沒有受傷。

圖二 間接能隙示意圖。
❒ 半導體的吸光效率
直接能隙的半導體(砷化鎵晶圓),電子吸收了外加能量以後由價電帶跳躍到導電帶的情形如<圖一>所示;間接能隙的半導體(矽晶圓),電子吸收了外加能量以後由價電帶跳躍到導電帶的情形如<圖二>所示,比較之後可以發現,半導體發吸光的行為極為相似,因此不論直接能隙的半導體(砷化鎵晶圓)或間接能隙的半導體(矽晶圓)都可以用來製作吸光元件,例如:數位相機所使用的CCD或CMOS影像感測器,都是利用矽晶圓來做為「光偵測器(PD:Photo Detector)」,而太陽電池也是使用矽晶圓來做為吸光元件。
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