6.12 Strain Effects on the Band Structure . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 170
6.12.1 Strain Effect on Band Edges . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 170
6.12.2 Strain Effect on Effective Masses . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 172
6.12.3 Interaction With a Localized Level . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 173
6.13 Density of States . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 173
6.13.1 General Band Structure . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 173
6.13.2 Amorphous Semiconductors . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 174
6.13.3 Free-Electron Gas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 175
7 Electronic Defect States . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 179
7.1
Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 179
7.2
Carrier Concentration . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 179
7.3
Intrinsic Conduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 182
7.4
Doping . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 184
7.4.1
Concept . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 184
7.4.2
Doping Principles . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 185
7.5
Shallow Defects . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 186
7.5.1
Donors . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 187
7.5.2
Acceptors . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 192
7.5.3
Compensation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 195
7.5.4
Multiple Impurities . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 199
7.5.5
Amphoteric Impurities . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 199
7.5.6
Autodoping . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 200
7.5.7
High Doping . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 201
7.6
Quasi-fermi Levels . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 204
7.7
Deep Levels . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 205
7.7.1
Charge States . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 206
7.7.2
Double Donors . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 208
7.7.3
Double Acceptors . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 209
7.7.4
Jahn–Teller Effect . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 210
7.7.5
Negative-U Center . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 211
7.7.6
DX Center . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 213
7.7.7
EL2 Defect . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 214
7.7.8
Semi-insulating Semiconductors . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 215
7.7.9
Isoelectronic Impurities . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 216
7.7.10 Surface States . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 217
7.8
The Charge Neutrality Level . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 219
7.9
Hydrogen in Semiconductors . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 219
8 Transport . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 223
8.1
Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 223
8.2
Conductivity . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 224
8.3
Low-Field Transport . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 225
8.3.1
Mobility . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 226
8.3.2
Microscopic Scattering Processes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 227
8.3.3
Ionized Impurity Scattering . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 227
8.3.4
Deformation Potential Scattering . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 229
8.3.5
Piezoelectric Potential Scattering . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 230
8.3.6
Polar Optical Scattering . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 230
8.3.7
Dislocation Scattering . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 230
8.3.8
Grain Boundary Scattering . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 231
xiv
Contents