Pourquoi les LEDs ne sont pas en Silicium ou Germanium : Physique bande interdite
Le silicium (Si) et le germanium (Ge) sont des semi-conducteurs à bande interdite indirecte — les électrons recombinaison avec trous libèrent l'énergie principalement sous forme de chaleur (phonons), pas de photons. Cela en fait de terribles émetteurs de lumière.
Bases Bande Interdite
- Bande interdite directe : Électron tombe droit → photon émis (GaAs, GaN, InGaN, AlGaInP).
- Bande interdite indirecte : Électron doit changer moment (assistance phonon) → probabilité photon ~10⁻⁵ fois moindre.
Comparatif Matériaux
| Matériau | Bande interdite (eV) | Type | Émission | Usage LED |
|---|---|---|---|---|
| Silicium (Si) | 1,12 | Indirecte | ~1100 nm (IR faible) | Non (photodiodes, solaire) |
| Germanium (Ge) | 0,66 | Indirecte | ~1800 nm (IR faible) | Non (optique IR, détecteurs) |
| GaAs | 1,42 | Directe | 870 nm (IR) | LEDs IR, VCSELs |
| AlGaInP | 1,9-2,3 | Directe | Rouge, Orange, Jaune | Visible haute luminosité |
| InGaN/GaN | 2,8-3,4 | Directe | Bleu, Vert, Blanc (phosphore) | Toutes LEDs visibles modernes |
Réalité Substrat
Les LEDs sont épitaxiées sur saphir (Al₂O₃), SiC, ou Si (pour GaN-on-Si) — mais les couches actives émettrices sont des composés III-V (InGaN, AlGaInP), jamais Si/Ge élémentaires.
Bonus Thermique
Substrats SiC & saphir gèrent aussi haute densité courant et chaleur — crucial pour maintien lumens.