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Ⅲ－Ⅴ族化合物中的杂质能级
2023/3/9
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Ⅲ－Ⅴ族化合物中的杂质能级
等电子陷阱
在某些化合物半导体中，例如GaP中掺入V族元素N或Bi，N或Bi将取代P并在禁带中产生能级。这个能级称为等电子陷阱。这种效应称为等电子杂质效应。
等电子杂质的特征
与本征元素同族但不同原子序数
以替位形式存在于晶体中，基本上是电中性的。
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Ⅲ－Ⅴ族化合物中的杂质能级
这类杂质一般不能提供电子或空穴，但在一定条件下，可以收容一个电子或一个空穴，作为电子陷阱或空穴陷阱起作用，通常称之为等电子陷阱。
GaP中的N
N在占据P的位置后，不会产生长程作用的库仑势，但N和P的负电性有明显的差异(分别为3.0和2.1)，因此N有较强的获得电子的倾向。或者从另一角度说，由于N和P电子结构的差异，在N中心处存在对电子的短程作用势。结果可以形成电子的束缚态(电子陷阱)。在GaP中，N能级在导带以下约10meV。
显然这种杂质不是施主，也不是典型的受主，但它能收容一个电子(起受主作用）。
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Ⅲ－Ⅴ族化合物中的杂质能级
是否周期表中同族元素均能形成等电子陷阱呢？
只有当掺入原子与基质晶体原子在电负性、共价半径方面有较大差别时，才能形成等电子陷阱。一般说，同族元素原子序数越小，电负性越大，共价半径越小。等电子杂质电负性(即小原子序数)大于基质晶体原子的电负性时，取代后，它便能俘获电子成为负电中心（电子陷阱）。
反之，俘获空穴成为正电中心（空穴陷阱）。
存在形式
替位式（等电子杂质）
复合体，如 Zn-O（等电子络合物）
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Ⅲ－Ⅴ族化合物中的杂质能级
束缚激子
等电子陷阱俘获一种符号的载流子后，又因带电中心的库仑作用又俘获另一种带电符号的载流子，这就是束缚激子。
束缚激子在由间接禁带半导体材料制造的发光器件中起主要作用。
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Ⅲ－Ⅴ族化合物中的杂质能级
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Ⅲ－Ⅴ族化合物中的杂质能级
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1. 点缺陷
点缺陷的种类：
弗仑克耳缺陷：原子空位和间隙原子同时存在
肖特基缺陷：晶体中只有晶格原子空位
反肖特基缺陷：只有间隙原子而无原子空位
点缺陷（热缺陷）特点 ：
①热缺陷的数目随温度升高而增加
②热缺陷中以肖特基缺陷为主（即原子空位为主）。
③淬火后可以“冻结”高温下形成的缺陷。
④退火后可以消除大部分缺陷。
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点缺陷对半导体性质的影响：
1）缺陷处晶格畸变，周期性势场被破坏，致使在禁带中产生能级。
2）热缺陷能级大多为深能级，在半导体中起复合中心作用，使非平衡载流子浓度和寿命降低。
3）空位缺陷有利于杂质扩散
4）对载流子有散射作用，使载流子迁移率和寿命降低。
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半导体中主要的点缺陷
倾向于接受电子
表现为受主
正离子空位
带负电
受主
负离子空位
带正电
施主
正离子填隙：施主
负离子填隙：受主
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GaAs的点缺陷
As空位
As填隙
Ga空位
Ga填隙
反结构缺陷
目前了解得较少．曾有报导As空位在价带以上0.12eV产生一受主能级，Ga空位产生两个受主能级，分别位于价带以上0.0leV和0.18eV。
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2. 位错
位错形成原因：晶格畸变
位错种类：刃位错和螺位错
导带底价带顶改变分别为：
禁带宽度变化为：
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2.3 缺陷、位错能级
60°棱位错
俘获电子
受主作用
失去电子
施主作用
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棱位错对半导体性能的影响：
1）位错线上的悬挂键可以接受电子变为负电中心，表现为受主；悬挂键上的一个电子也可以被释放出来而变为正电中心，此时表现为施主，即不饱和的悬挂键具有双性行为，可以起受主作用，也可以起施主作用。
2）位错线处晶格变形，导致能带变形
3）位错线影响杂质分布均匀性
4）位错线若接受电子变成负电中心，对载流子有散射作用。
5）影响少子寿命，原因：一是能带变形，禁带宽度减小，有利于非平衡载流子复合；二是在禁带中产生深能级，促进载流子复合。

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