Isoelektronische Störstelle

Eine Isoelektronische Störstelle ist ein Gitterfehler in einem Kristall, bei dem ein Atom durch ein anderes ersetzt ist, das die gleiche Elektronenstruktur der Valenzschale hat. Ein Beispiel hierfür ist ein Stickstoffatom auf einem Phosphor-Gitterplatz in Galliumphospid. Von Bedeutung ist eine derartige Störstelle in der Halbleiterphysik. Eine isoelektronische Störstelle ist nulldimensional, d.h. ein Punktdefekt.

Bedeutung für Leuchtdioden

Indirekte Halbleiter haben eine sehr kleine Emissionswahrscheinlichkeit von Licht, da bei einer Rekombination von Leitungsbandminimum ins Valenzbandmaximum Quasiimpuls übertragen werden muss. Das erzeugte Photon kann diesen nicht aufnehmen, da es nur einen sehr kleinen Impuls hat, so dass beim Vorgang der Emission stets ein Phonon beteiligt sein muss. Dieses nimmt in den meisten Fällen auch die Energiedifferenz mit auf, so dass gar kein Photon emittiert wird.

Eine isoelektronische Störstelle stellt lokalisierte Zustände, sogenannte tiefe Störstellen, zur Verfügung. Diese Zustände liegen am Gammapunkt der Brillouin-Zone, haben also einen Quasiimpuls nahe Null. Aus diesen Zuständen sind optische Übergänge auch in indirekten Halbleitern möglich, so dass die Lichtausbeute ansteigt. Auch die Wellenlänge des emittierten Lichts kann sich ändern, z.B. bei Galliumphosphid wird sie länger, d.h. rotverschoben.

Literatur

• S. M. Sze: Physics of Semiconductor Devices, 2nd Edition, John Wiley and Sons 1981, ISBN 0-471-05661-8
• Peter Y. Yu, Manuel Cardona: Fundamentals of Semiconductors, Springer Verlag Berlin Heidelberg New York 1996, ISBN 3-540-58307-6