IndirektgapMaterialien

IndirektgapMaterialien sind Halbleitermaterialien, bei denen das Minimum des Leitungsbands und das Maximum des Valenzbands nicht am gleichen Ort im k-Raum liegen. Für Elektron-Loch-Rekombinationen, die Licht emittieren könnten, ist deshalb zusätzlich ein Phonon nötig, um Impulsverlust und -gewinn auszugleichen. Dadurch ist die spontane Lichtemission deutlich ineffizienter als bei direkten Bandlücke-Materialien, und auch die Absorption nahe der Bandkante erfolgt schwächer. Diese Merkmale machen indirekte Bandlücke typisch weniger geeignet als Lichtquellen, aber sie bieten hervorragende elektronische Eigenschaften für andere Anwendungen.

Zu den typischen Beispielen zählen Silizium (Si) und Germanium (Ge), die zentrale Rollen in der Mikroelektronik und Photodetektion spielen. Weitere indirekte Gap-Halbleiter umfassen Siliziumcarbid (SiC) und Diamant (Kohlenstoff). Die Bandstruktur dieser Materialien begünstigt Elektronentransport, Trägermobilität und Wärmeleitung, während direkte Lichtquellen wie GaAs oder GaN in der Optoelektronik dominieren. Indirekte Gap-Materialien finden sich daher vor allem in Elektronik, Sensorik und in bestimmten Photodetektor- bzw. Solarzellenanwendungen.

Optische Eigenschaften und Anwendungen: Die Notwendigkeit eines Phonons führt zu einer geringeren Absorption direkt nahe der Bandkante und zu langsamer Lichtemission. Dennoch können durch Nanostrukturen, Defektzentren oder Quantenpunkte begrenzte Lichtemissionen erzeugt werden, und indirekte Gap-Materialien spielen eine wichtige Rolle in Detektoren, Solarzellen und spezialisierten optoelektronischen Bauelementen. Insgesamt prägt ihre starke elektronische Leistung das Design moderner elektronischer Systeme, während direkte Gap-Materialien überwiegend in LEDs und Lasern genutzt werden.