Леги́рование полупроводнико́в, дозированное введение в полупроводник примесей или структурных дефектов с целью изменения его физических свойств (электрических, магнитных, оптических, механических и др.). Наиболее распространено примесное легирование полупроводников. Электрические свойства легированных полупроводников зависят от природы и концентрации вводимых примесей. Для получения полупроводников с электронной проводимостью (${n}$-типа) с изменяющейся в широких пределах концентрацией электронов проводимости обычно используют донорные примеси, образующие энергетические уровни в запрещённой зоне вблизи дна зоны проводимости. Для получения полупроводников с дырочной проводимостью (${p}$-типа) вводятся акцепторные примеси, образующие уровни в запрещённой зоне вблизи потолка валентной зоны. Атомы таких примесей при комнатной температуре (300 К) практически полностью ионизованы (энергия ионизации ⩽ 0,05 эВ), так что их концентрация определяет концентрацию основных носителей заряда.

Для $\text{Gе}$ и $\text{Si}$ донорами служат элементы подгруппы $\text{Va}$ короткой формы периодической системы элементов ($\text{P}$, $\text{As}$, $\text{Sb}$), акцепторами – элементы подгруппы $\text{IIIa}$ ($\text{B}$, $\text{Al}$, $\text{Ga}$). Для полупроводников типа $\textА^\text{III}В^\text{V}$ доноры – элементы подгруппы $\text{VIa}$ ($\text{S}$, $\text{Se}$, $\text{Te}$), а также $\text{Sn}$, акцепторы – элементы подгрупп $\text{IIа}$ ( $\text{Be}$, $\text{Mg}$) и $\text{IIb}$ ($\text{Zn}$, $\text{Cd}$). Примеси $\text{Si}$ и $\text{Ge}$ в полупроводниках типа $\textА^\text{III}В^\text{V}$, в зависимости от условий получения кристаллов и эпитаксиальных слоёв, могут проявлять как донорные, так и акцепторные свойства. Тип и величина проводимости полупроводников $\textА^\text{II}В^\text{VI}$ и $\textА^\text{IV}В^\text{VI}$ обычно регулируются отклонением от стехиометрического состава, обеспечивающим заданную концентрацию собственных точечных дефектов (вакансий, межузельных атомов). Перечисленные примеси, как правило, образуют в полупроводниках твёрдые растворы замещения и обладают высокой растворимостью (10¹⁸–10²⁰ атомов/см³) в широком интервале температур. Они имеют малые сечения захвата носителей заряда, являются малоэффективными центрами рекомбинации и поэтому слабо влияют на время жизни носителей.

Примеси тяжёлых, благородных и редкоземельных металлов, например, $\text{Fe, Ni, Cr, Nb, W, Cu, Ag, Au, Nd, Sm, Gd, Er}$ и др. образуют «глубокие» уровни в запрещённой зоне, имеют большие сечения захвата носителей и являются эффективными центрами рекомбинации, что приводит к значительному снижению времени жизни носителей. Эти примеси обладают малой растворимостью. Их используют для получения полупроводников с малым временем жизни носителей или с высоким удельным сопротивлением. Например, примеси $\text{Fe, Ni, Cr}$ используют для получения полуизолирующих кристаллов широкозонных соединений $\textА^\text{III}В^\text{V}$ ($\text{GaAs, GaP, InP}$).

Легирование полупроводников обычно осуществляют непосредственно в процессах выращивания монокристаллов и эпитаксиальных структур. Нужное количество примеси вводится в расплав, раствор или газовую фазу. Необходимо равномерное распределение примеси в объёме кристалла или по толщине эпитаксиального слоя. При направленной кристаллизации из расплава равномерное распределение примеси по длине слитка достигается поддержанием постоянной её концентрации в расплаве. Повысить однородность распределения примесей в монокристаллах можно воздействуя на расплав магнитным полем. Приложенное к проводящему расплаву магнитное поле приводит к возникновению пондеромоторных сил, которые снижают интенсивность конвекции и связанные с ней флуктуации температуры и концентрации примесей. Однородного распределения при эпитаксии из жидкой фазы достигают кристаллизацией при постоянной температуре, а в случае газофазной эпитаксии – при постоянной концентрации примеси в газовой фазе над подложкой.

Доноры и акцепторы могут возникать в результате ядерных реакций (т. н. радиационное легирование). Наиболее важны реакции под действием тепловых нейтронов, которые обладают большой проникающей способностью. Этот метод обеспечивает контролируемое введение примеси и однородность её распределения. Однако в процессе облучения в кристалле образуются радиационные дефекты, для устранения которых необходим последующий высокотемпературный отжиг. Кроме того, появляется наведённая радиоактивность, требующая достаточно длительной выдержки образцов после их облучения. Этот метод используется, например, для получения однородно легированных фосфором монокристаллов кремния с высоким удельным электрическим сопротивлением, также перспективен для легирования $\text{GaAs}$ и других полупроводников.

При создании структур с ${p–n}$-переходами используется диффузионный метод введения примеси. Из-за малых коэффициентов диффузии диффузионное легирование полупроводников обычно проводят при высоких температурах (для $\text{Si}$ при 1100–1350 °C) в течение длительного времени. Диффузионное легирование полупроводников, как правило, сопровождается генерацией значительного количества дефектов, в частности дислокаций. Методом диффузии трудно получить тонкие легированные слои и резкие ${p–n}$-переходы.

Для получения тонких легированных слоёв используется ионная имплантация, позволяющая вводить практически любую примесь и управлять её концентрацией и профилем распределения. Однако в процессе ионного легирования полупроводников возникают точечные дефекты структуры, области разупорядочения решётки, а при больших дозах – аморфизованные слои. Поэтому необходим последующий отжиг. Отжиг проводят при температурах, существенно более низких, чем при диффузии (например, для $\text{Si}$ при температурах меньше 700–800 °C).