Дырочный полупроводник (полупроводник р-типа)

Рассмотрим легирование полупроводника примесью, валентность которой меньше валентности основного вещества на единицу. Например, пусть в кремнии небольшая часть атомов замещена атомами бора - элемента Ш группы периодической системы.

Рис.4.5. Атом бора в решетке кремния: а) замещение атома Si атомом B; б) образование дырки	Рис.4.6. Энергетическая диаграмма полупроводника, содержащего акцепторную примесь

Для образования связей с четырьмя ближайшими соседями у атома бора не хватает одного электрона. Недостающий электрон может быть захвачен атомом бора у соседнего атома кремния. Для этого требуется небольшая затрата энергии. Атом бора, захвативший электрон, становится отрицательным ионом. Разорванная связь атома кремния не остается локализованной. Этот атом может захватить электрон у другого атома кремния, и положительный заряд будет перемещаться: появилась дырка. Примеси, захватывающие электроны из валентной зоны, называются акцепторами, а энергетические уровни этих примесей - акцепторными уровнями. Акцепторные уровни располагаются в нижней части запрещенной зоны. Величина DE_a - это энергия ионизации акцептора, т.е. минимальная энергия, которую необходимо сообщить электрону валентной зоны, чтобы перевести его на акцепторныйуровень. В полупроводнике с акцепторными примесями при низких температурах электропроводность обусловлена дырками, поэтому такой полупроводник называют дырочным полупроводником, или полупроводником p-типа.

В полупроводнике р-типа дырки будут основными носителями заряда, а электроны – неосновными.

В элементарных полупроводниках IV группы - кремнии и германии - донорами являются элементы V группы: N, Р, As, Sb, а акцепторами - элементы Ш группы: B, Al, Ga, In. В полупроводниковых соединениях типа A^IIIB^V и A^IIB^VI некоторые примеси IV группы могут замещать любой элемент. Так кремний, введенный в качестве примеси в арсенид галлия, создает дырки, если он замещает мышьяк, и свободные электроны, если он замещает галлий. Такое нежелательное, с точки зрения полупроводниковой технологии, амфотерное поведение обнаруживается не у всех примесей IV группы. Например, олово в арсениде галлия почти всегда замещает галлий и поэтому является полезной легирующей примесью - акцептором. Элементы из IV группы (теллур, селен, сера), замещающие мышьяк, используются для получения арсенида галлия n-типа, а элементы П группы (цинк, кадмий) широко используются для получения арсенида галлия р-типа.

Другие примесные атомы или дефекты кристаллической решетки могут создавать в запрещенной зоне уровни, расположенные далеко от краев запрещенной зоны - глубокие уровни. Глубокие уровни могут быть уровнями как донорного типа, так и акцепторного. Поставщиками носителей заряда глубокие уровни не являются, а играют роль ловушек.