Electron and hole mobility in ZnSiP2

Abstract

An analysis is given of the electron and hole mobility in the chalcopyrite type semiconductor ZnSiP2 in the temperature range from 77 up to 1000 K. The interaction with the lattice is treated as acoustic deformation potential scattering, polar optical scattering, and nonpolar optical scattering in zeroth and first order of the phonon wave vector. Peculiarities occur because of the low energy of some of the numerous phonon modes in chalcopyrite crystals. Impurities and inhomogenities are taken into account by ionized and neutral impurity scattering and space charge scattering. The calculated mobility curves agree well with the experimental data in the whole temperature range. It is found, that acoustic and zeroth—order NPO scattering are negligible, first—order NPO scattering dominates in the high temperature region and space charge scattering at low temperatures. Die Elektronen- und Löcherbeweglichkeit des ZnSiP2 wird im Temperaturbereich von 77 bis 1000 K analysiert. ZnSiP2 kristallisiert in der nichtkubischen Chalkopyritstruktur. Wegen der großen Anzahl und teilweise geringen Energie der Phononen in Chalkopyritkristallen ergeben sich einige Besonderheiten gegenüber Beweglichkeitsanalysen für binäre Halbleiter. Die Wechselwirkung der Ladungsträger mit dem Gitter wird durch akustische, polar optische sowie nichtpolar optische Streuung in nullter und erster Ordnung des Phononwellenvektors beschrieben. Der Einfluß von Störstellen und Verunreinigungen wird durch Streuung an neutralen und ionisierten Störstellen und durch Raumladungsstreuung berücksichtigt. Die berechnete Kurve stimmt mit den experimentellen Beweglichkeitswerten im gesamten Temperaturbereich gut überein. Die akustische Streuung und die nullte Ordnung der NPO-Streuung sind vernachlässigbar. Bei hohen Temperaturen dominiert die NPO Streuung erster Ordnung und bei tiefen Temperaturen die Raumladungsstreuung.