Halbleiterwerkstoffe

Halbleiterwerkstoffe haben einen kristallinen Aufbau. In einem Halbleiterkristall existiert das sogenannte Valenzband, das die Energie der gebundenen Elektronen der Atome repräsentiert und ein höheres Energieband, genannt das Leitungsband, das die Energie der im Kristall frei beweglichen Elektronen charakterisiert.

Bei Zimmertemperatur ist die thermische Energie groß genug, um einige Atome des Halbleitermaterials zu ionisieren. Es existiert daher eine geringe aber entscheidende Leitfähigkeit, deren Existenz den Namen Halbleiter geprägt hat. Sie ist etwa um das 10⁵ fache geringer als die von Metallen, aber größer als die von Isolierstoffen. Wird einem Elektron genügend Energie zugeführt, um seinem Mutteratom zu entkommen, so bewegt es sich willkürlich durch das Material, bis es ein ionisiertes Atom, ein sogenanntes Loch, trifft, mit dem es rekombiniert. Durch den Rekombinationsprozess verliert es die Energie, die der Energielücke zwischen Valenz- und Leitungsband entspricht. Diese Energie kann in Form eines Photons abgegeben werden und bestimmt die Wellenlänge des emittierten Lichts.

Die Zahl der beweglichen Ladungsträger lässt sich stark erhöhen, wenn der Halbleiter dotiert wird, d.h. dass in das Kristallgitter Störstellen in Form von höher- bzw. geringerwertigen Fremdatomen eingebaut werden.