Semikonduktor Direct dan Indirect Band Gap

Band gap mempresentasikan energi minimum yang berbeda antara ujung pita valensi dan ujung pita konduksi, bagaimananpun, ujung pita valensi dan ujung pita konduksi nilainya tidak sama secara langsung dengan momentum elektron.  Pada semikonduktor direct band gap, ujung dari pita valensi dan ujung pita konduksi terjadi pada nilai momentum yang sama, yang digambarkan pada skema berikut.

Pada semikonduktor indirect band gap, energi maksimum dari pita valensi terjadi pada niali momentum yang berbeda ke energi minimum pita konduksi:

Perbedaan antara keduanya sangat penting dalam perangkat optik. Hal ini disebutkan dalam pembawa muatan karier dalam semikonduktor, proton dapat menghasilkan energi untuk menghasilkan pasangan elektron-hole.

Setiap energi foton E mempunyai momentum p= E/c, dimana c merupakan kecepatan cahaya. Sebuah optical foton mempunyai energi yang berorde 10^-19 J, dan saat c=3x10⁸ms^-1, tipe foton mempunyai besar momentum yang sangat kecil.

Energi foton E_g, dimana E_g merupakan celah pita energi, dapat menghasilkan pasangan elektron-hole pada semikonduktor direct band gap dengan sangat mudah, karena elektron tidak perlu diberi momentum yang sangta banyak. Bagaimanapun, elektron uga mengalami perubahan yang signifikan pada momentum agar energi proton E_g menghasilkan pasangan elektron-hole dalam semikonduktor indirect band gap. Hal ini mungkin, tapi diperlukan misal elektron berinteraksi tidak hanya dengan energi gain foton, tapi juga dengan vibrasi kisi yang disebut fonon karena gain lain atau kehilangan momentum.

Hasil proses indirect pada rata-rata yang banyak lebih slow, karena itu diperlukan tiga kesatuan untuk perpotongan karena hasil: elektron , foton dan fonon. Hal ini dianalogikan ke reaksi kimia, dimana, dalam tahapan dari bagian reaksi, reaksi antara dua molekul akan menghasilkan pada banyak rata-rata yang lebih tinggi dari pada proses yang meliputi tiga molekul.