Es gibt zwei Haupttypen von Halbleitern, aus denen Ingenieure wählen können: einen direkten Halbleiter und einen indirekten. Beide arbeiten auf unterschiedliche Weise mit den für die elektrische Energie wichtigen Leitungs- und Valenzbändern, versuchen aber auch, den minimalen Unterschied zwischen den beiden Bändern zu finden. Ein direkter Halbleiter wird verwendet, wenn Valenz- und Leitungsband den gleichen Impuls haben. Dieser Halbleiter ist wichtig bei der Strahlungsrekombination, bei der ein Elektron von einem Band zum anderen springt.
In der Energiewissenschaft arbeitet ein direkter Halbleiter mit zwei Bändern. Das untere Band wird als Volantband bezeichnet. Dies stellt die minimale Energiemenge eines Elektrons dar, da das Elektron noch an ein Atom gebunden ist; diese Elektronen haben sehr wenig Impuls. Das höhere der Bänder ist das Leitungsband. Dies geschieht, wenn das Elektron von einem Atom befreit wird und sich frei in einem Atomgitter bewegen kann, wodurch Energie erzeugt wird.
Ein direkter Halbleiter wird verwendet, um Energie von einem Band zum anderen abzuschwächen. Um die Bewegung der Elektronen zu erleichtern, sucht der Halbleiter den kürzesten Weg bzw. den Weg mit der geringsten Energie, damit sich ein Elektron aus dem Valenzband löst und in das Leitungsband springt. Der einfachste Weg zwischen den beiden ist, wenn das Leitungsband abfällt und das Valenzband hochkommt, wodurch eine kleine Lücke zwischen den beiden Energiebändern entsteht.
Der direkte Halbleiter kann nur verwendet werden, wenn beide Bänder diese Bewegung gleichzeitig ausführen. Das bedeutet, dass beide Bänder den gleichen Elektronenimpuls haben müssen. Dies ist vor allem bei Elektronik und Geräten mit geringem Stromverbrauch üblich, da nicht viel Schwung erforderlich ist und sich die Bänder normalerweise synchron bewegen können.
Damit der direkte Halbleiter funktioniert, muss ein Elektron aus dem Valenzband kommen. Dadurch reißt es ein Loch durch das Valenzband und die resultierende Energie wird zu einem Photon. Gleichzeitig fällt das Leitungsband nach unten, um die Energie aufzunehmen, da sie sich vom Valenzband durch den Halbleiter bewegt.
Ein indirekter Halbleiter ähnelt einem direkten, aber der Unterschied besteht darin, wie sich die beiden Bänder bewegen. In diesem Schema bewegen sich die Valenz- und Leitungsbänder getrennt, so dass die Valenz an einem Punkt hochkommt, während die Leitung später abfällt. Der indirekte Halbleiter nimmt die Ladung aus dem Valenzband auf, hält sie und wartet, bis das Leitungsband abfällt, um die Energie abzugeben.