El silicio no emite luz como otros LED principalmente porque es un semiconductor de banda prohibida indirecta. En un material de banda prohibida indirecta como el silicio, la diferencia de energía (banda prohibida) entre la banda de valencia (donde normalmente residen los electrones) y la banda de conducción (donde los electrones pueden moverse libremente) es tal que cuando los electrones pasan de la banda de conducción a la banda de valencia , no emiten fotones directamente. En cambio, la energía normalmente se libera en forma de fonones (vibraciones cuantificadas de la red cristalina), lo que da como resultado una emisión de calor en lugar de luz. Esta propiedad hace que el silicio sea ineficiente para generar emisión de luz directamente a partir de transiciones electrónicas, lo cual es esencial para el funcionamiento del LED (diodo emisor de luz).
El silicio no emite luz debido a su estructura de bandas. En un semiconductor de banda prohibida directa como el arseniuro de galio (GaAs) o el nitruro de galio (GaN), la diferencia de energía entre la banda de conducción y la banda de valencia es tal que cuando un electrón se recombina con un hueco (una vacante en la banda de valencia), la energía se emite en forma de fotones. Este proceso de recombinación directa permite que los materiales de banda prohibida directa emitan luz de manera eficiente cuando se estimulan eléctricamente, lo cual es crucial para el funcionamiento del LED. Por el contrario, la banda prohibida indirecta del silicio no facilita la emisión de luz eficiente a partir de la recombinación de huecos de electrones.
El silicio en sí no produce luz en condiciones normales de funcionamiento debido a su naturaleza de banda prohibida indirecta. Si bien el silicio puede emitir emisiones de luz débiles en determinadas condiciones, como en estructuras muy tensas o a bajas temperaturas, estas emisiones suelen ser muy débiles e ineficientes en comparación con los materiales de banda prohibida directa como GaAs o GaN. Por lo tanto, el silicio no es práctico para su uso en LED u otras aplicaciones que requieran una emisión de luz eficiente.
El silicio y el germanio no se utilizan habitualmente en los LED principalmente debido a sus propiedades de banda prohibida indirecta. Los LED requieren materiales con banda prohibida directa para emitir luz de manera eficiente cuando los electrones se recombinan con los agujeros. Los materiales de banda prohibida directa como GaAs, GaN y compuestos relacionados se prefieren para los LED porque pueden convertir la energía eléctrica directamente en fotones con alta eficiencia. El silicio y el germanio, al ser materiales de banda prohibida indirecta, no presentan una emisión de luz eficiente y, por lo tanto, no son adecuados para aplicaciones LED donde el alto brillo y la eficiencia son críticos.
El silicio no se suele utilizar para fabricar fuentes ópticas como LED o diodos láser debido a su naturaleza de banda prohibida indirecta. Como se mencionó anteriormente, el silicio no emite luz de manera eficiente cuando los electrones se recombinan con los agujeros en su estructura cristalina. Esta ineficiencia hace que el silicio sea menos adecuado para aplicaciones que requieren generación de luz, como LED y láseres. En cambio, para las fuentes ópticas se prefieren materiales con bandas prohibidas directas, como GaAs, GaN y sus aleaciones, porque pueden emitir luz de manera eficiente y son capaces de lograr el alto brillo y la confiabilidad necesarios para aplicaciones prácticas en iluminación, pantallas, comunicaciones y detección. .