バンドギャップとLEDの色

どうもゆうかです

半導体にはバンドギャップというのが存在します。電子が伝導体に移るときのエネルギーをバンドギャップと言います。バンドギャップから多くのことがわかります。例えば発光する色などです。

ノーベル賞を受賞した青色LEDのバンドギャップは、3.４eVです。数値言われてもわからないと思いますが、このバンドギャップは大体青色発光する領域なのです。

今回はそんなバンドギャップについて簡単に解説していこうと思います。

バンドギャップができる理由

前回、LEDの記事でも紹介しました結合性軌道と反結合性軌道があって励起状態になると反結合性軌道に電子が移ると言いました。

反結合性軌道が伝導体と思ってくれれば問題ないです。

化学の勉強を少ししている方だと、結合性軌道と反結合性軌道ぐらいは聞いたことがあると思います。線が上下にあって下から上に電子が励起するみたいな、、、

あの図は互いに一つずつの原子が結合している時の図なんです。結晶って、原子が大量にあってそれぞれが結合性軌道と反結合性軌道を持っているのです。

結合性軌道と反結合性軌道の線が少しずれた状態で大量に存在する、ということになります。

これがバンドとなり、伝導体と価電子帯に分かれるわけです。

バンドギャップは基本的に励起できるエネルギーを表しています。バンドギャップが広いということはエネルギーが高くないと励起しないということです。

バンドギャップを求めればその物質の吸収光がわかり、何色のLEDとかに応用できるのかを調査することができます。

青色LED素材のGaNにブラックライトを照射するとどうなるでしょうか？

GaNはバンドギャップ3.4eＶです。つまり青色、紫色の光を吸収して黄色の光は反射します。

光を当てた時はバンドギャップで確認した色を吸収します。その光エネルギーが励起に使われるためです。逆に光から遠ざけると励起した電子が元に戻る時にバンドギャップの色が発光します。

今回はバンドギャップについて解説しました。LEDの本質はここからです。これからpn接合とかの原理があり、発光しています。

今はグリーンギャップ問題があって、緑色のLEDは発光強度が弱いです。2.3eVぐらいが緑色です。

私の研究室では発光強度の強い緑色LEDの開発を目指しています。今後も半導体について解説していきますのでよろしくお願いします。