O silício não emite luz como outros LEDs, principalmente porque é um semicondutor de bandgap indireto. Em um material bandgap indireto como o silício, a diferença de energia (bandgap) entre a banda de valência (onde os elétrons normalmente residem) e a banda de condução (onde os elétrons são livres para se mover) é tal que quando os elétrons fazem a transição da banda de condução para a banda de valência , eles não emitem fótons diretamente. Em vez disso, a energia é normalmente liberada como fônons (vibrações quantizadas da rede cristalina), resultando em calor em vez de emissão de luz. Esta propriedade torna o silício ineficiente para gerar emissão de luz diretamente das transições de elétrons, o que é essencial para a operação do LED (diodo emissor de luz).
O silício não emite luz devido à sua estrutura de bandas. Em um semicondutor de bandgap direto, como arsenieto de gálio (GaAs) ou nitreto de gálio (GaN), a diferença de energia entre a banda de condução e a banda de valência é tal que quando um elétron se recombina com um buraco (uma vaga na banda de valência), energia é emitido na forma de fótons. Este processo de recombinação direta permite que materiais bandgap diretos emitam luz de forma eficiente quando estimulados eletricamente, o que é crucial para a operação do LED. Em contraste, o bandgap indireto do silício não facilita a emissão eficiente de luz a partir da recombinação elétron-buraco.
O próprio silício não produz luz em condições normais de operação devido à sua natureza indireta de bandgap. Embora o silício possa emitir emissões de luz fracas sob certas condições, como em estruturas altamente tensionadas ou em baixas temperaturas, essas emissões são normalmente muito fracas e ineficientes em comparação com materiais de banda proibida direta, como GaAs ou GaN. Portanto, o silício não é prático para uso em LEDs ou outras aplicações que exijam uma emissão de luz eficiente.
Silício e germânio não são comumente usados em LEDs principalmente por causa de suas propriedades indiretas de bandgap. Os LEDs requerem materiais com bandgap direto para emitir luz com eficiência quando os elétrons se recombinam com os buracos. Materiais de bandgap direto como GaAs, GaN e compostos relacionados são preferidos para LEDs porque podem converter energia elétrica diretamente em fótons com alta eficiência. O silício e o germânio, sendo materiais bandgap indiretos, não apresentam emissão de luz eficiente e, portanto, não são adequados para aplicações de LED onde alto brilho e eficiência são críticos.
O silício normalmente não é usado para fazer fontes ópticas como LEDs ou diodos laser devido à sua natureza indireta de bandgap. Como mencionado anteriormente, o silício não emite luz de forma eficiente quando os elétrons se recombinam com buracos em sua estrutura cristalina. Essa ineficiência torna o silício menos adequado para aplicações que requerem geração de luz, como LEDs e lasers. Em vez disso, materiais com bandgaps diretos, como GaAs, GaN e suas ligas, são preferidos para fontes ópticas porque podem emitir luz de forma eficiente e são capazes de atingir alto brilho e confiabilidade necessários para aplicações práticas em iluminação, displays, comunicações e detecção. .