Autokompensation

 In Verbindungshalbleitern kann ein Dopand der Hauptgruppe IV einerseits auf einem kationischen (Gruppe III) oder anionischen (Gruppe V) Gitterplatz substitutionell eingebaut werden und so entweder als Donator oder Akzeptor wirken. Diese Eigenschaft nennt man Amphoterizität . In Abhängigkeit vom Material, in das der Dopand eingebracht wird, wirkt ein Element oft vorzugsweise als Donator oder Akzeptor. C  ist beispielsweise Akzeptor in GaAs aber Donator in InAs und amphoterisch in Ga_0.47In_0.53As. Si  und Sn  wirken in allen III-V HL als Donatoren, und Ge  ist in allen Verbindungen stark amphoterisch.

Als Autokompensation  bezeichnet man die Kompensation, die von ein und derselben Spezies hervorgerufen wird, das heißt von amphoterischen Dopanden in Verbindungshalbleitern. In Elementhalbleitern ist Autokompensation nicht möglich. Da man Kompensation und folglich auch Autokompensation meist verhindern will, vermeidet man in der Praxis stark amphoterische Elemente. Aber auch wenn ein eindeutiger Vorzug einer Spezies für Anion oder Kation-Gitterplätze besteht, darf Autokompensation nicht völlig außeracht gelassen werden, denn mit steigender Dotierungskonzentration nimmt die Wahrscheinlichkeit für die Inkorporation am nicht bevorzugten Gitterplatz zu. Der Effekt der Autokompensation ist also konzentrationsabhängig. Ein typisches Beispiel ist Si, das ein häufig verwendeter Donator in Verbindungshalbleitern ist.

Ein einfaches quantitatives Modell basierend auf der vollständigen Ionisierung aller Dopanden und der Vernachlässigung von Punktdefekten kann aus den Reaktionsgleichungen für den Gittereinbau der beteiligten Spezien hergeleitet werden [181]. Unter Annahme von Gleichgewicht für alle beteiligten Reaktionen ergibt das Massenwirkungsgesetz am Beispiel n-Dotierung

$$\theta_{\mathrm{auto}}(n) = \frac{N_{\mathrm{A}}}{N_{\mathrm{D}}} = K\,n^2.$$ (6.41)

K ist eine höchstens temperaturabhängige Konstante. Betrachtung von (6.41) zeigt, daß Autokompensation für niedrige Dotierung vernachlässigbar ist, für hohe Dotierung aber $\theta_{\mathrm{auto}}$ gegen 1 geht und die Konzentration freier Ladungsträger sättigt, was tatsächlich experimentell gefunden wird. Der Faktor in (6.41) beinhaltet also die Sättigungskonzentration, $K = {n_{\mathrm{sat}}}^{-2}$, die neben dem Material auch von den Wachstumsbedingungen (z.B. der Oberflächenorientierung und den III/V Partikelflüssen bei Epitaxie) abhängig ist. Werte für ${n_{\mathrm{sat}}}$ reichen von einigen $10^{18}\,\mathrm{cm}^{-3}$ bis zu einigen $10^{19}\,\mathrm{cm}^{-3}$, für p-Dotierung werden generell höhere Grenzkonzentrationen ${p_{\mathrm{sat}}}$ erreicht.