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················································································ 명장양성프로젝트 【MDP】 과제발표회 자료집 Ⅲ | 59

(a) 직접띠틈 반도체와 (b) 간접띠틈 반도체
바) 위 그림과 같이 P 형 반도체에 양의 전압을 걸고 N형 반도체에 음의 전압을 걸면 전자
들이 N 형 반도체 영역에서 전도띠를 따라 결핍영역을 넘어 P 형 반도체 영역으로 이동
한다. P 형 반도체 영역에 도착한 전자들은 원자가 띠에 있는 양공과 재결합을 하면서

에너지를 방출한다. 모든 에너지가 빛으로 바뀐다면 빛의 파장
이다. 이때 h는 플랑크 상수이고 c는 빛의 속
력이다. 따라서 방출되는 빛의 파장은 LED를 만드는 반도체의 띠 틈에 의해 결정된다.

규소(Si)의 에너지 띠 구조
사) 전자가 양공과 재결합하여 에너지를 방출하는 과정에서 운동량과 에너지는 보존되어야
한다. 재결합하는 과정에서 나오는 광자의 운동량은 전자나 양공의 운동량보다 너무 작

아 무시할 수 있다. 이에 따라 규소의 에너지 띠 구조 그림 에서 전도띠의 최소에너지에
있는 전자와 원자가 띠의 최대에너지에 있는 양공이 같은 운동량을 가지는 경우, 전자와
양공이 재결합하는 과정에서 광자를 방출해도 운동량보존이 성립된다. 갈륨비소의 에너
지 띠 구조그림의 경우 전자가 양공과 만날 때, 전자의 운동량과 양공의 운동량이 다르
다. 이 과정에서 나오는 광자로 운동량의 변화를 설명할 수 없다. 따라서 운동량이 보존
되지 않기 때문에 전자가 양공과 직접 만나 재결합할 수 없다. 이 경우 전자는 양공과

운동량을 같게 만들기 위해 격자의 진동인 포논을 만들어내는 중간단계의 과정이 필요
하다. 포논에 의해 물체에 열이 발생한다. 이렇게 전도띠의 최소 에너지부분과 원자가
띠의 최대 에너지 부분이 같은 운동량을 가지지 않는 반도체를 간접 띠 틈 반도체
(indirect band gap semiconductor)라고 한다.

전자가 포논을 생성하는 중간단계를 거쳐 양공과 결합할 확률은 전자가 직접 양공과
결합하는 것보다 더 작다. 따라서 직접 띠간 격 반도체를 이용하여 LED를 만드는 것이
효율이 더 높다. 그림 7은 간접 띠 간격 반도체인 규소(Si)의 에너지 띠 구조를 보여주
고 그림 8은 직접 띠 간격 반도체인 갈륨비소(GaAs)의 에너지 띠 구조를 보여준다.