Інжекційно-термічні та рекомбінаційні процеси в багатобарґєрних А3В5 - напівпровідникових випромінювачах інфрачервоного діапазону

Размещено на http://www.allbest.ru/

ІНСТИТУТ ФІЗИКИ НАПІВПРОВІДНИКІВ ім. В.Є. ЛАШКАРЬОВА

НАЦІОНАЛЬНОЇ АКАДЕМІЇ НАУК УКРАЇНИ

УДК 621.315.592

ІНЖЕКЦІЙНО-ТЕРМІЧНІ ТА РЕКОМБІНАЦІЙНІ ПРОЦЕСИ В

БАГАТОБАРґЄРНИХ А³В⁵ - НАПІВПРОВІДНИКОВИХ

ВИПРОМІНЮВАЧАХ ІНФРАЧЕРВОНОГО ДІАПАЗОНУ

01.04.01 - фізика приладів, елементів і систем

АВТОРЕФЕРАТ

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата фізико-математичних наук

Богословська Алла Борисівна

Київ - 2005

Дисертацією є рукопис

Робота виконана у відділі фізики оптоелектронних приладів Інституту фізики напівпровідників ім. В.Є. Лашкарьова НАН України.

Науковий керівник : доктор фізико-математичних наук, професор Сукач Георгій Олексійович, Державний університет інформаційно-комунікаційних технологій, проректор з наукової роботи

Офіційні опоненти: доктор фізико-математичних наук, професор Глінчук Костянтин Давидович, Інститут фізики напівпровідників ім. В.Є. Лашкарьова НАН України, головний науковий співробітник

доктор фізико-математичних наук, професор Тартачник Володимир Петрович, Інститут ядерних досліджень НАН України, провідний науковий співробітник

Провідна установа : Інститут фізики НАН України, відділ оптики та спектроскопії кристалів, м. Київ.

Захист відбудеться „ 21 „ жовтня 2005 р. о 14¹⁵ годині на засіданні спеціалізованої вченої ради К26.199.01 при Інституті фізики напівпровідників ім. В.Є. Лашкарьова НАН України за адресою: 03028, Київ-28, проспект Науки, 45.

З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці Інституту фізики напівпровідників ім. В.Є. Лашкарьова НАН України за адресою: 03028, м. Київ, проспект Науки, 45.

Автореферат розісланий „ 16 „ вересня 2005р.

Вчений секретар

спеціалізованої вченої ради

кандидат фізико-математичних наук Охріменко О.Б.

Анотація

Богословська А.Б. Інжекційно-термічні та рекомбінаційні процеси в багатобарґєрних А³В⁵ - напівпровідникових випромінювачах інфрачервоного діапазону. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата фізико-математичних наук за спеціальністю 01.04.01 - фізика приладів, елементів і систем. - Інститут фізики напівпровідників ім. В.Є. Лашкарьова НАН України, Київ, 2005.

В дисертації подано результати дослідження впливу інжекційно-термічних процесів на фізичні параметри напівпровідникових ІЧ - випромінювачів на основі вузькозонних сполук GaInAs, InAsSbР, GaInAsSb. Виявлено наявність істотного струмового перегріву активної області ІЧ-випромінювачів відносно корпуса приладу. Встановлено взаємозв'язок теплових і рекомбінаційних процесів у напівпровідникових випромінювачах ІЧ - діапазону. Експериментально встановлено та теоретично обґрунтовано зниження квантового виходу джерел випромінювання з ростом інжекційного струму, що зумовлено підвищенням ймовірності процесів оже-рекомбінації. Встановлено вплив величини енергетичних бар'єрів на гетерограниці на температуру струмового перегріву одиночних і подвійних гетероструктур. Показано, що причиною підвищеного перегріву в подвійних гетероструктурах є збільшення швидкості оже-рекомбінації, імовірність якої вища в подвійних гетероструктурах за рахунок більшої величини енергетичних розривів зон. Проаналізовано вплив дислокацій невідповідності в гетероструктурах на квантовий вихід ІЧ-випромінювачів. Вивчено механізми і кінетику інжекційно-термічної деградації основних функціональних параметрів випромінювачів ІЧ-діапазону в процесі тривалої роботи. Встановлено та пояснено, що причиною аномальної деградації ІЧ-випромінювачів є конкуренція каналів лінійної рекомбінації через дві групи центрів (стабільні та нестабільні) при слабкій ефективності каналу оже-рекомбінації. випромінювач інфрачервоний напівпровідниковий термічний

Ключові слова: активна область, температура перегріву, ІЧ - випромінювач, інжекційно - термічні та випромінювальні процеси, оже - рекомбінація, А³В⁵-сполуки, деградація, гетероструктури.

АННОТАЦИЯ

Богословская А.Б. Инжекционно-термические и рекомбинационные процессы в многобарьерных А³В⁵ - полупроводниковых излучателях инфракрасного диапазона. - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук по специальности 01.04.01 - физика приборов, элементов и систем. - Институт физики полупроводников им. В.Е. Лашкарева НАН Украины, Киев, 2005г.

Диссертация посвящена вопросам исследования влияния инжекционно-термических процессов на физические параметры полупроводниковых ИК - излучателей на основе узкозонных соединений GaInAs, InAsSbР, GaInAsSb. Установлено наличие сильного токового перегрева активной области излучателей. Показано, что токовый перегрев активной области излучающих структур ИК-диапазона ведет к нежелательным изменениям электрических, излучательных и других приборных характеристик.

Проведен теоретический анализ основных закономерностей тепловых процессов в полупроводниковых излучателях при импульсных режимах возбуждения. Установлена взаимосвязь характеристических температуры токового перегрева активной области источников излучения с внутренними физическими параметрами прибора и параметрами импульсов рабочего тока, что необходимо учитывать при выборе рабочих режимов полупроводниковых излучателей.

Установлена взаимосвязь тепловых и рекомбинационных процессов в ИК - излучателях, а также определено влияние безызлучательных каналов рекомбинации (в особенности оже - процессов) на кинетические и интегральные характеристики полупроводниковых излучателей. Экспериментально установлено и теоретически обосновано снижение квантового выхода излучателей с ростом инжекционного тока, вызванное повышением вероятности процессов оже - рекомбинации.

Определена зависимость температуры токового перегрева активной области излучателей от молярного состава материала излучающей структуры. Оценено влияние величины энергетических барьеров на гетерограницах на тепловые процессы в ИК-излучателях. Выявлено усиление перегрева активной области в двойных гетероструктурах по сравнению с одиночными гетероструктурами с ростом амплитуды инжекционного тока. Показано, что причиной повышенного перегрева является увеличение скорости безызлучательной оже - рекомбинации, вероятность которой выше в двойных гетероструктурах из-за большой величины разрывов зон.

Проанализировано влияние дислокаций несоответствия в гетероструктурах на основе InAsSbP/InAs на квантовый выход излучения. Показано, что при критических значениях параметра рассогласования решеток для полупроводниковых материалов, образующих гетерогенную границу, отмечается рост плотности дислокаций, что сопровождается падением мощности излучения ИК-излучателей на основе таких структур.

Изучены механизмы и кинетика инжекционно-термической деградации основных параметров ИК-излучателей в процессе длительной наработки. Установлено наличие аномальной деградации параметров излучения в ИК-излучателях на основе InGaAs исследуемых составов. Причина аномальной деградация функциональных параметров ИК-излучателей объяснена в рамках феноменологической теории, учитывающей рекомбинацию через две группы центров (стабильные и нестабильные) при слабой эффективности канала оже-рекомбинации. Учтено инжекционно-термическое взаимодействие и преобразование этих центров. Показано, что в случае превалирования оже - рекомбинации над рекомбинацией Шокли - Холла - Рида имеет место нормальная деградация.

Ключевые слова: активная область, температура перегрева, ИК - излучатели, инжекционно - термические и излучательные процессы, оже - рекомбинация, А³В⁵ - соединения, деградация, гетероструктуры.

ABSTRACT

Bogoslovskaya A.B. Injection-thermal and recombination processes in semiconductor multibarrier A³B⁵ emitters of infra-red spectral range. - Manuscript.

Thesis for candidate's degree in physics and mathematics by the specialty 01.04.01. - physics of devices, elements and systems. - The Lashkaryov Institute of Semiconductor Physics of National Academy of Sciences of Ukraine, Kyiv, 2005.

The work is devoted to the investigation of the influence of injection-thermal processes on the physical parameters of semiconductor IR- emitters on the basis of the narrow-gap semiconductors InGaAs, InAsSbP, GaInAsSb. The presence of substantial current overheats of the active region of IR - emitter in relation to the package is demonstrated. The mutual influence of thermal and recombination processes in semiconductor IR - emitters is analyzed. The decrease of the quantum efficiency of IR-emitters with the growth of injection current is experimentally established. It is caused by the rise of the Auger-processes probability. It is shown that the temperature of overheating depends on the height of the energy barriers at the heteroboundary both in single- and double- heterostructures. The higher values of overheating temperatures in double heterostructures are caused by the higher rate of Auger recombination due to larger band breaks in these structures. The influence of the mismatch dislocations in heterostructures on the quantum efficiency of IR - emitters was analyzed. Mechanisms and kinetics of injection-thermal degradation of the basic functional parameters of emitters have been studied. The reason of anomalous degradation of IR - emitters is the interplay of two groups of centers (stable and unstable) at the low efficiency of Auger recombination.

Keywords: active region, temperature of overheat, IR - emitters, injection - thermal and radiate processes, Auger - recombination, A³B⁵ - alloy, degradation, heterostructure.

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. В наш час велика увага приділяється проблемі охорони навколишнього середовища, для вирішення якої створюються численні прилади, у тому числі напівпровідникові газоаналізатори для визначення наявності промислових газів, що отруюють атмосферу. Одним із основних елементів газоаналізаторів є напівпровідникове джерело випромінювання, спектральна характеристика якого збігається зі смугою поглинання газу, що контролюється. Відомо, що в середній інфрачервоній (ІЧ) області спектра розташовані сильні фундаментальні смуги поглинання багатьох шкідливих газів, наприклад, метану, вуглекислого газу, ацетону, амонію та інших канцерогенних неорганічних і органічних сполук. Використання напівпровідникових ІЧ-випромінювачів в приладах прикладної спектроскопії дозволяє значно підвищити їх селективність, швидкодію, стійкість до дії агресивного зовнішнього середовища. Необхідність підвищення потужності випромінювання ставить питання пошуку нових матеріалів та розробки приладових структур. Перспективними матеріалами для таких ІЧ - випромінювачів є вузькозонні напівпровідники на основі багатокомпонентних твердих розчинів А³В⁵, зокрема, потрійні і четверні тверді розчини на основі бінарних сполук. Більш глибоке розуміння фізики процесів в цих матеріалах та приладових структурах на їх основі може привести до створення напівпровідникових сполук з наперед заданими оптичними, фотоелектричними, кінетичними й електричними властивостями, і, як наслідок, ефективних приладів ІЧ діапазону.

Знання тенденцій зміни функціональних параметрів напівпровідникових приладів дозволяє правильно та економно експлуатувати їх в різних режимах роботи. Невід'ємним етапом конструкторсько-технологічного проектування сучасних напівпровідникових приладів оптоелектроніки є тепловий аналіз. Теплові перевантаження можуть стати причиною термічної втоми матеріалів, теплових відхилень параметрів, появи локальних областей перегріву та інших форм теплових ушкоджень, які, в решті решт, можуть повністю або частково вивести прилад з ладу. Питання дослідження і розрахунку теплових параметрів напівпровідникових діодів, транзисторів і тиристорів широко висвітлені в науковій літературі. Що стосується інжекційно-термічних процесів у багатошарових оптоелектронних структурах з гомо- і гетеропереходами, то їх дослідження проводилося епізодично і, в основному, для стаціонарних режимів роботи, що явно недостатньо при роботі в імпульсних режимах, коли температура перегріву приладу стає функцією не тільки відстані від джерела тепла, але й параметрів імпульсного струму. Актуальним є дослідження процесів перегріву активної області (АО) напівпровідникових випромінювачів, а також з'ясування механізмів релаксації надлишкової теплової енергії, що обумовлені проходженням через випромінюючу структуру електричного струму. Перевищення критичного значення температури активної області веде до небажаних змін електричних, випромінювальних та інших функціональних параметрів та характеристик приладів.

На сьогоднішній день безсумнівно актуальним є поглиблення знань про процеси, що впливають на рекомбінаційні властивості напівпровідникових ІЧ - випромінювачів. Основними факторами, що обмежують ефективність напівпровідникових випромінювачів на основі вузькозонних бінарних сполук А³В⁵ і їх твердих розчинів, є процеси безвипромінювальної оже-рекомбінації (ОР). Контролювання швидкості ОР дозволить створити оптоелектронні прилади з поліпшеними експлуатаційними характеристиками. Тому дослідження впливу ОР на роботу приладів ІЧ-діапазону, а також пошук фізичних підходів щодо послаблення процесів ОР, важливі як з наукової, так і з практичної точки зору.

Особливе значення при розробці стабільних оптоелектронних приладів, стійких до впливу сукупності дестабілізуючих факторів, має питання послаблення деградаційних явищ. Електрофізичні дослідження кінетики та механізмів інжекційно-термічної деградації основних функціональних параметрів ІЧ-випромінювачів в процесі тривалої роботи дозволяють розробити шляхи їх конструкторсько - технологічної оптимізації, прогнозувати працездатність і гарантійний строк експлуатації. Викладені вище проблеми й обумовлюють актуальність даної роботи.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами.

Дисертаційна робота виконувалася відповідно до планів наукових досліджень Інституту фізики напівпровідників ім. В.Є. Лашкарьова НАН України в рамках наукових тем:

„Розробка нових технологій, конструкцій та фізичних моделей А³В⁵ напівпровідникових структур та створення на їх основі світлодіодів та фотоприймачів з оптимізованими вихідними параметрами” (проект 6.07.03/42-92. Затверджено Постановою ДКНТ України №12 від 04.05.1992р.).

„Дослідження механізмів структурної та компонентної модифікації матеріалів під дією зовнішніх полів і створення низькотемпературних технологій приладів і пристроїв оптоелектроніки” (Затверджено Постановою ВФА, протокол №9 від 20.12.1994р., номер держреєстрації 0195U010991).

„Процеси генерації, перетворення і розповсюдження випромінювання в напівпровідникових та полімерних структурах різної розмірності і розробка оптоелектронних приладів” (Затверджено Постановою ВФА, протокол №12 від 16.11.1999р., номер держреєстрації 0100U000116).

„Механізми утворення напівпровідникових наногетеросистем та самоорганізація в матеріалах для структур та елементів оптоелектроніки” (Рішення Бюро ВФА НАН України, протокол №11 від 27.11.02 р., номер держреєстрації 0103U000365).

Мета і задачі досліджень. Основною метою роботи було з'ясування та дослідження взаємозв'язку інжекційно-термічних та рекомбінаційних процесів в багатобар'єрних ІЧ-випромінювачах на основі напівпровідникових сполук А³В⁵.

Для досягнення цієї мети необхідно було вирішити наступні задачі:

- проаналізувати інжекційно-термічні процеси в приладових структурах та ІЧ-випромінювачах на основі вузькозонних сполук А³В⁵ і визначити їх основні теплові параметри (температуру перегріву активної області, тепловий опір);

- визначити вплив безвипромінювальних каналів рекомбінації на кінетичні й інтегральні характеристики та функціональні параметри ІЧ - випромінювачів на основі вузькозонних напівпровідників, а також визначити внесок оже - процесів у перегрів активної області таких випромінювачів;

- з'ясувати механізми релаксації надлишкової теплової енергії в ІЧ - випромінювачах на основі вузькозонних сполук А³В⁵;

- встановити вплив структурних недосконалостей епітаксійних матеріалів на ефективність процесів випромінювальної рекомбінації та визначити роль потенціальних бар'єрів в гетероструктурах у теплових процесах;

- дослідити закономірності інжекційно-термічної деградації основних функціональних параметрів ІЧ - випромінювачів на основі GaInAs/InAs.

Об'єктом досліджень були оптоелектронні приладові структури ІЧ-діапазону з потенціальними бар'єрами на основі багатокомпонентних твердих розчинів GaInAs, GaАlAs, GaInAsSb і InAsSbР різного молярного складу.

Предметом досліджень були інжекційно-термічні та рекомбінаційні процеси, а також механізми релаксації надлишкової теплової енергії та еволюції фізичних параметрів в оптоелектронних структурах та випромінювачах ІЧ-діапазону.

Методи досліджень. Для кількісної оцінки інтегральних, спектральних, диференціальних і кінетичних параметрів ІЧ - випромінювачів основними експериментальними методами досліджень були електрофізичний та електролюмінісцентний. Для вимірювання ефективного часу життя неосновних носіїв заряду було застосовано метод аналізу перехідних процесів у бар'єрах при переключенні вхідної напруги з прямого напрямку на зворотний, а також аналіз кінетики електролюмінесценції. За допомогою комп'ютерного моделювання і використання прикладних програмних пакетів проведено чисельний аналіз і співставлення виконаних нами теоретичних розрахунків з отриманими експериментальними результатами.

Наукова новизна дисертації обумовлена рядом важливих наукових результатів, які вперше отримано в результаті комплексних досліджень ІЧ - випромінювачів на основі напівпровідникових сполук А³В⁵.

1. Проведено феноменологічний розрахунок характеристичних температур перегріву напівпровідникових ІЧ - випромінювачів з потенціальними бар'єрами при імпульсних режимах експлуатації, який дозволив встановити взаємозв'язок теплових параметрів із внутрішніми параметрами випромінювачів і параметрами робочого струму (тривалість t_і та шпаруватість Q імпульсів струму).

2. Виявлено наявність істотного струмового перегріву області генерації випромінювання ІЧ - випромінювачів на основі вузькозонних сполук GaInAsSb, GaInAs та з'ясовано, що в залежності від температури перегріву АО, основними механізмами релаксації надлишкової теплової енергії є електрон-електронна або електрон-фононна взаємодії.

3. Встановлено взаємозв'язок теплових і рекомбінаційних процесів в ІЧ -випромінювачах на основі GaInAsSb, GaInAs та визначена залежність інтенсивності безвипромінювальних рекомбінаційних процесів (в тому числі, оже-рекомбінації) від величини інжекційно-термічного перегріву області генерації випромінювання.

4. З'ясовано зв'язок температури перегріву активної області випромінюючої Ga_xIn_1-xAs/InAs структури з її молярним складом. Показано, що в залежності від молярного складу Ga_xIn_1-xAs домінуючий вплив на теплові процеси визначають або процеси безвипромінювальної ОР, або рекомбінація Шоклі-Холла-Ріда.

5. Визначено залежність температури перегріву активної n- Ga_0.79In_0.21As_0.19Sb_0.81 області ІЧ - випромінювачів від величини потенціальних бар'єрів на гетерограницях. Виявлено посилення перегріву АО випромінювачів на основі подвійних гетероструктур N-GaSb / N-GaAlAsSb / n-GaInAsSb / -GaAlAsSb у порівнянні з одиночними гетероструктурами N-GaSb / n-GaInAsSb / -GaAlAsSb, зумовлене більшим значенням величини потенціальних бар'єрів, а також більшою ймовірністю інтерфейсних оже - процесів на гетерограницях.

6. Встановлено вплив дислокацій невідповідності в гетероструктурах InAsSbР/InAs на квантову ефективність ІЧ-випромінювачів. Показано, що при густині дислокацій невідповідності більшій від ~ (5 - 8) 10⁶ см^-2 (параметр неузгодженості ґраток ₀ 0.5 %), спостерігається суттєве падіння інтенсивності випромінювання.

7. Виявлено наявність аномальної деградації основних функціональних параметрів ІЧ-випромінювачів на основі GaInAs/InAs в процесі довгострокової експлуатації, причиною якої є конкуренція двох каналів лінійної рекомбінації (через стабільні та нестабільні центри) при слабкій ефективності каналу оже-рекомбінації. Показано, що у випадку превалювання процесів оже - рекомбінації над рекомбінацією Шоклі-Холла-Ріда спостерігається нормальна деградація параметрів ІЧ-випромінювачів.

Практичне значення отриманих результатів полягає в наступному:

1. Розроблені й апробовані розрахунково-експериментальні методики визначення теплових параметрів напівпровідникових випромінювачів з потенціальними бар'єрами, які дозволяють виробити шляхи їхньої конструкторсько-технологічної оптимізації.

2. Сформульовані рекомендації щодо вибору робочих режимів експлуатації напівпровідникових лазерних гетеродіодів в зв'язку з експериментально виявленим та детально дослідженим струмовим перегрівом активної області ІЧ-випромінювачів.

3. Продемонстровано можливість керування ймовірністю безвипромінювальних процесів рекомбінації в ІЧ-випромінювачах на основі вузькозонних сполук шляхом підбору сталих гратки шарів структури, а також висоти гетеробар'єру.

4. Розроблені та виготовлені високостабільні ІЧ - випромінювачі на основі ненапружених гетероструктур типу InAsSbР/InAs.

Достовірність і обґрунтованість наукових положень, результатів і висновків забезпечена використанням комплексу апробованих сучасних методик і методів вимірювання; підтверджується багаторазовим повторенням експериментів з подальшою статистичною обробкою результатів, хорошим узгодженням результатів експериментів з теоретичними розрахунками, збігом значень одних і тих же параметрів, отриманих з різних фізичних експериментів; широкою апробацією роботи в наукових засобах інформації.

Особистий внесок здобувача. Дисертант у співдружності із співавторами наукових робіт брала активну участь у постановці задачі та виборі методів досліджень. Здобувачем особисто проведено експериментальні дослідження теплових 1, 3, 5, 6, 8, 11, 13, 16, 18, оптичних 2, 4, 6, 9 - 12, 15 та електрофізичних 4, 6, 7, 14, 19 властивостей приладових структур ІЧ- випромінювачів на основі багатокомпонентних сполук А³В⁵; виконана математична обробка отриманих результатів 1, 3 - 9; здійснено фізико-математичне моделювання процесів інжекційно-термічної еволюції функціональних параметрів ІЧ-випромінювачів 7, 17, 20. Інтерпретація і теоретичний аналіз отриманих результатів були проведені спільно з науковим керівником. Всі наукові положення, що виносяться на захист, висновки і рекомендації сформульовані автором особисто.

Апробація результатів дисертації. Основні наукові результати дисертації доповідалися й обговорювалися на наступних науково-технічних конференціях і семінарах: I Всеросійській конференції з фізики напівпровідників, (Росія, Н.-Новгород, 1993), IV Internanional conference “Thin Solid Films” (Ukraine, Кherson, 1995), Internanional Workshop on Advanced Technologies of Multicomponent Solid Films and Structures, (Ukraine, Uzgorod, 1996), European Materials Research Society, Spring Meeting (France, Strasbourg, 1998), International conference “Optical diagnostics of materials and devices for opto-, micro- and quantum electronics” (Ukraine, Kiev, 1999, 2003), II Українській науковій конференції з фізики напівпровідників (Україна, Чернівці, 2004), IV, V, VI, VII, X Міжнародних конференціях з фізики і технології тонких плівок, (Україна, Івано-Франківськ, 1993, 1995, 1997, 1999, 2005 р.р.).

Публікації. Основні результати дисертаційної роботи відображені в 20 наукових роботах, в тому числі в 10 статтях, опублікованих в фахових журналах і збірниках, та в 10 тезах наукових конференцій.

Структура й обсяг дисертації. Дисертація складається з вступу, шести розділів, висновків і списку використаних джерел, що містить 209 найменувань. Повний обсяг дисертації становить 193 сторінки, включаючи 38 рисунків.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У вступі обґрунтовано актуальність теми дисертації, вибір об'єктів і методів досліджень, викладено мету, сформульовані задачі досліджень, викладено наукову новизну та практичне значення отриманих результатів, вказано на зв'язок роботи з науковими програмами інституту, наведено відомості про особистий внесок автора, апробацію результатів досліджень та кількість публікацій за матеріалами дисертації, а також структуру і обсяг роботи.

У першому розділі дисертації приведено аналіз стану проблеми з найбільш актуальних для дисертаційної роботи питань рекомбінаційних та інжекційно-термічних процесів в напівпровідникових випромінювачах. Зокрема розглянуто вплив температури на внутрішні генераційно-рекомбінаційні процеси в ІЧ-випромінювачах. Обговорено літературні дані про особливості теплових процесів в напівпровідникових випромінювачах при імпульсних режимах живлення. Проаналізовано вплив безвипромінювальних процесів оже-рекомбінації на основні характеристики напівпровідникових джерел випромінювання. Розглянуті відомості про моделі деградації основних фізичних параметрів напівпровідникових ІЧ-випромінювачів. Наведено огляд фізико-технологічних властивостей основних напівпровідникових сполук А³В⁵, які використовуються для створення випромінювачів ІЧ-діапазону.

У другому розділі дисертації описані розроблені нами експериментальні методи та розрахунково-експериментальні методики визначення теплових, електрофізичних і люмінесцентних параметрів напівпровідникових випромінювачів. Кількісно визначені теплові параметри напівпровідникових джерел випромінювання. Основним тепловим параметром є температура перегріву активної області випромінювачів (Т), під якою розуміється перевищення температури області, у якій генерується випромінювання, над температурою навколишнього середовища Т = Т_АО - Т_НС. Вимірювання температури перегріву активної області ІЧ-випромінювачів здійснювалось за допомогою аналізу залежності між Т та теплочутливим параметром. При електролюмінісцентному методі вимірювання температури перегріву активної області в якості теплочутливого параметру використовувалась довжина хвилі в максимумі смуги випромінювання _max, тоді як при електрофізичному методі аналізувалось падіння напруги на р-n-переході під впливом струму, що викликає перегрів активної області джерела випромінювання. Описано розроблені та практично реалізовані установки для вимірювання інтегральних, спектральних і кінетичних характеристик напівпровідникових джерел випромінювання. Проаналізовані джерела похибок вимірювань для методик, які реалізовано в експериментальних установках. Приведена оцінка похибок від неінформаційних і дестабілізуючих факторів при дослідженні спектральних характеристик напівпровідникових ІЧ- випромінювачів.

В третьому розділі дисертації проведено теоретичний аналіз основних закономірностей теплових процесів у напівпровідникових випромінювачах при імпульсних режимах живлення. Аналіз виконано для багатоелементної теплової моделі, яка побудована на основі методу еквівалентних електричних аналогій. Елементами моделі є декілька з'єднаних послідовно теплових опорів R_Ті та теплоємностей С_Ті, що описують проходження тепла від активної області випромінювача до навколишнього середовища через багатошарову напівпровідникову структуру. Теплові процеси розглядалися при істотному впливі t_і і Q імпульсів струму. На основі проведеного розрахунку встановлено зв'язок максимальної T_max і мінімальної T_min температур перегріву АО випромінювача при живленні імпульсним електричним струмом I з тією температурою T_стац, що мала б місце при використанні постійного струму такої ж амплітуди. Виявлено, що характеристичні температури перегріву активної області напівпровідникових випромінювачів при імпульсному збудженні залежать не тільки від параметрів робочого струму I, t_і і Q, але і від внутрішніх параметрів структури, зокрема від теплової сталої часу _i. Теплові сталі часу (_i = RC) введено на підставі електричного аналога теплових процесів. Показано, що під час імпульсного режиму живлення кожній _i відповідає своя складова R_Ті.

Отримано хороше узгодження теоретичних розрахунків та експериментальних даних залежності T_max = f(Q, t_і) для випромінювачів на основі сполуки GaAlAs. Експериментальна залежність T_max = f(Q, t_і) пояснена в рамках моделі, що складається з двох ланцюжків теплової еквівалентної схеми, в припущенні варіації внесків компонент температури зі швидкою ₁ і більш повільною ₂ тепловою сталою часу в загальну амплітуду T_max. Визначено, що з ростом інтервалів часу між імпульсами збільшується внесок у T_max компоненти зі сталою ₂ і зменшується внесок компоненти зі сталою ₁. Отримані результати свідчать про те, що для правильного вибору режимів роботи напівпровідникових випромінювачів оцінку теплових параметрів треба виконувати з урахуванням впливу на них параметрів імпульсного струму. Ігнорування цього фактору може привести до суттєвих похибок в роботі оптоелектронних пристроїв з використанням напівпровідникових випромінювачів.

Четвертий розділ присвячено дослідженню інжекційно-термічних процесів в ІЧ - випромінювачах на основі напівпровідникових вузькозонних сполук GaInAs, InAsSbР, GaInAsSb різного молярного складу, а також з'ясуванню механізмів релаксації надлишкової теплової енергії, що збільшується при зростанні електричного струму. Аналіз теплових процесів здійснювався за допомогою вивчення струмової залежності Т випромінювачів, ват-амперних характеристик (ВтАХ), а також дослідження залежності часу життя неосновних носіїв заряду від рівня збудження.

Експериментальні дані, отримані незалежними методами, виявили наявність сильного струмового перегріву АО випромінювачів, який веде до зміни їх експлуатаційних характеристик. Вплив струмового перегріву АО при імпульсному режимі живлення був значно меншим, ніж при стаціонарному. Паралельний аналіз залежностей Т = f (I) і Р = f (I, Т) показав, що струмовий перегрів АО випромінювачів при зростанні густини інжекційного струму j викликає значне зниження вихідної потужності Р випромінювання. Виявлено, що в діапазоні густини струмів 2-30 А/см ² відношення Р_від = Р/Р₀ (Р₀ - потужність випромінювання при I = 20 мА) для випромінювачів на основі GaInAs/InAs змінювалось майже вдвічі сильніше, ніж у випромінювачах на основі InAsSbР/InAs. Отже, при використанні випромінювачів на основі GaInAs/InAs в аналітичному приладобудуванні потрібна їх термостабілізація.

Дослідження Т = f (I) виявили залежність величини струмового перегріву як від матеріалу АО, так і від його молярного складу. Встановлено, що серед випромінювачів на основі Ga_xIn_1-xAs (x = 0.026; 0.04; 0.09; 0.12; 0.17; 0.22) мінімальне значення Т мають сполуки Ga_xIn_1-xAs з x = 0.09, а максимальне - сполуки з х = 0.026 (Т = 109 К при j = 30 А/см²). Відмінність в значеннях обумовлена зміною як механізму розсіювання надлишкової теплової енергії, так і механізмів рекомбінації в даних структурах (див. розділ 5).

Вплив на теплові процеси величини потенціальних бар'єрів на гетерограницях встановлено за результатами аналізу залежностей Т = f (I) і Р = f (I) для ІЧ-випромінювачів на основі одиночних гетероструктур (ГС) типу N-GaSb / n-GaInAsSb / -GaAlAsSb і подвійних ГС типу N-GaSb / N-GaAlAsSb / n-GaInAsSb / -GaAlAsSb з активною n - Ga_0.79In_0.21As_0.19Sb_0.81 областю. Визначено, що в подвійних ГС, які мають більші у порівнянні з одиночними ГС розриви енергетичних зон на гетерограниці, перегрів АО більший у всьому діапазоні робочих струмів, рис. 1. Максимальна Т для подвійних ГС при струмі 120 мА (j 40 А/см²) склала величину 63 К, тоді як для одиночних ГС її величина була 52 К. Посилення інжекційно-термічного перегріву в подвійних ГС приводить до зростання порогового струму лазерних діодів та зриву генерації в неперервному режимі живлення при кімнатній температурі.

Експериментальні дослідження залежності часу життя неосновних носіїв заряду _еф від рівня збудження і теоретичні розрахунки показали, що основними механізмами релаксації надлишкової теплової енергії, яка виникає внаслідок струмового розігріву, у досліджуваних ІЧ-випромінювачах є електрон-електронна або електрон-фононна взаємодії. В випромінювачах на основі n - GaInAsSb при малих струмах I < 30 мА (j 10 А/см²) перегрів активної області здійснюється за рахунок розігріву електронного газу гарячими електронами внаслідок, в основному, швидкої електрон-електронної взаємодії. Імпульс розігрітих електронів менше за імпульс теплових фононів і розігрівом кристалічної ґратки в цьому режимі можна знехтувати. При підвищенні струму гарячі електрони взаємодіють із усією фононною системою напівпровідника, що веде до нагрівання кристалічної ґратки до Т_г = f(I). Основним механізмом розігріву при I > 30 мА треба вважати джоулів нагрів гратки. Тобто, підвищення струму веде до зміни характеру взаємодії електронної та фононної систем.

Паралельно з електрофізичними дослідженнями вивчався вплив структурних недосконалостей епітаксійних матеріалів на ефективність процесів випромінювальної рекомбінації. Як відомо, розсіювання носіїв заряду на недосконалостях кристалічної ґратки спричиняє порушення теплової рівноваги в напівпровідникових системах, що відображається на вихідних параметрах випромінювачів. Встановлено, що в гетероструктурах InAsSbР/InAs найбільшу випромінювальну здатність мають структури з густиною похилих дислокацій ~ 5 10³ см^-2, яка відповідає параметру неузгодженості ґраток на гетерограниці ₀ = (0 - 0,15) %. Концентрація дислокацій не впливає на випромінювальну здатність, тому, що середня відстань між дислокаціями перевищує дифузійну довжину неосновних носіїв заряду в активній InAsSbР області. При ₀ 0.5 % густина дислокацій склала величину ~ (5 - 8) 10⁶ см^-2 і ефективність таких структур була значно меншою.

Дослідження профілю розподілу концентрації домішки, що домінує в області гетеропереходу в N-GaSb / n-Ga_0.90In_0.10As_0.09Sb_0.91 / P-Ga_0.66Al_0.34As_0.02Sb_0.98 виявило неспівпадіння границь р-п- переходу і металургійної Р⁺ - п- гетерограниці, рис. 2 (вст. а). Зсув р - п-переходу в глибину АО від Р⁺- п -гетерограниці на відстань 0.8 мкм і поява p⁺-GaAlAsSb / р-GaInAsSb гетеропереходу обумовлені значною величиною коефіцієнта дифузії акцепторної домішки (Ge) в порівнянні з донорною (Те), що сприяє дифузії Ge з високолегованої Р⁺-області в активну область. Аналіз результатів показав, що профіль N(x) в нашому випадку є розподілом дірок в р - матеріалі гетероструктури. Особливістю розподілу дірок є його немонотонний характер: розташовані поруч максимум і мінімум концентрації домішки, що викликано розривом валентної зони на Р⁺-р гетерограниці. Визначено значення розриву валентної зони, яке склало Е_v = 56 ± 13 меВ.

У п'ятому розділі дисертації викладено експериментально-теоретичні дослідження процесів безвипромінювальної оже-рекомбінації в ІЧ - випромінювачах на основі вузькозонних напівпровідників А³В⁵, а також встановлено взаємозв'язок теплових і рекомбінаційних процесів в них. Проведено якісний аналіз загальних закономірностей та характерних особливостей процесів міжзонної ОР типу СНСС (рекомбінація електрона і дірки з передачею звільненої енергії іншому електрону в зоні провідності) та CHНS (процес рекомбінації за участю електрона і двох дірок, одна з яких переходить в спін-орбітально відщеплену валентну зону) в напівпровідникових сполуках GaInAs, InAsSbР, GaInAsSb та гетероструктурах на їх основі.

Для одержання інформації про процеси ОР використовувалися непрямі методи дослідження. Аналізувався час життя нерівноважних носіїв заряду як функція рівня збудження, температури і концентрації основних носіїв заряду. Виявлено, що в випромінювачах з активною n - Ga_0.79In_0.21As_0.19Sb_0.81 областю зростання струму супроводжується зміною рекомбінаційних процесів в АО. При зростанні струму понад 50 мА (j >18 А/см²) спостерігалось різке падіння _еф. Характер залежності набував вигляду _еф ~ I ^-2/3, що свідчить про включення в процеси рекомбінації об'ємних оже - процесів СНСС - типу. Цей факт підтверджує поведінка ВтАХ досліджуваних структур, де також спостерігалась зміна механізмів рекомбінації. При малих струмах величина нахилу ВтАХ була ~ 1.31.5, що трохи нижче значення, властивого випромінювальній міжзонній рекомбінації ~ 2. З ростом струму в ході ВтАХ виявлено перехід до нахилу ~ 2, що вказує на участь у процесах рекомбінації безвипромінювальних оже - процесів в об'ємі активної області.

Теоретичний аналіз температур-них залежностей випромінювального _ВИПР та часів безвипромінювальної оже - рекомбінації (_CHCC і _CHHS) виконаний для ІЧ-випромінювачів на основі n - Ga_0.79In_0.21As_0.19Sb_0.81, показав, що в температурному діапазоні Т = 200 - 450 К внеском ОР типу CHНS в процеси рекомбінації можна знехтувати, рис. 3. При температурах нижче кімнатної розраховане _CHCC значно перевищує _ВИПР і домінуючими в процесах рекомбінації є випромінювальні процеси. З ростом температури величина _CHCC різко (квадратично) знижується і при Т > 360 К значення _CHCC стає істотно менше _ВИПР. Процеси оже-рекомбінації CHCC-типу починають превалювати над випромінювальними процесами. Отримані результати підтверджують експериментально встановлене зниження квантового виходу ІЧ-випромінювачів при підвищенні температури перегріву АО за рахунок зростання вірогідності оже - процесів.

Дослідження залежності _еф від концентрації основних носіїв заряду р₀, що виконані для гетероструктур р-InGaAs/InAs і р-InAsSbР/InAs, визначили вплив ступеня легування на ймовірність участі процесів ОР в рекомбінаційних процесах. Виявлено, що в InGaAs/InAs з р₀ > 9 10¹⁶ см ^-3 основний внесок у процеси рекомбінації дають оже-процеси. Про це свідчить близькість теоретичної _CHHS = f () та експериментальної _еф = f () залежностей. В структурах InAsSbР/InAs (р₀ < 3 10¹⁶ см-³) коефіцієнт нахилу залежності _еф = f () склав величину 0,5. Така ситуація свідчить про те, що характер залежності для гетероструктур з таким рівнем легування визначається конкуренцією між випромінювальною рекомбінацією (_випр = 1/Вp₀) та безвипромінювальною рекомбінацією Шоклі-Холла-Ріда (_ШР f (p₀)). В даному випадку домінуючими є процеси випромінювальної рекомбінації. Таким чином встановлено, що оптимальним рівнем легування, з точки зору випромінювальної здатності ІЧ - випромінювачів, є р₀ 10¹⁶ см-³, коли ймовірність прояву оже-рекомбінації мала.

Аналіз температур перегріву АО, отриманих для випромінювачів з активною р-Ga_xIn_1-xAs областю різного молярного складу (див. розділ 4), дозволив встановити взаємозв'язок теплових і рекомбінаційних процесів. Основною причиною перегріву р-Ga_xIn_1-xAs є оже - процеси CHHS типу. Сприятливими для їх прояву є умови, коли енергія спін-орбітального розщеплення валентної зони менша або дорівнює ширині забороненої зони Е_g. Імовірність ОР найбільша в сполуках Ga_xIn_1-xAs з х ? 0, що підтверджує експериментально отримане максимальне значення Т таких структур. Зростання долі GaAs в сполуках Ga_xIn_1-xAs викликає порушення резонансу E_g ? , що сприяє зниженню ефективності ОР, і, як наслідок, супроводжується зменшенням Т структур у діапазоні молярних сполук з x = 0 - 0.09. Визначено, що мінімальну Т мають сполуки Ga_xIn_1-xAs з х = 0.09, рис. 4. Подальше збільшення частки GaAs у сполуках Ga_xIn_1-xAs сприяє погіршенню якості матеріалів через неузгодженість постійних ґраток InAs і GaAs (~ 6.9 %). Порушення регулярності кристалічної ґратки сприяє росту густини похилих дислокацій, які формують енергетичні рівні в забороненій зоні матеріалу. Дислокації служать джерелом ефективного стабільного каналу безвипромінювальної рекомбінації. Вони забезпечують збільшення температури перегріву АО в тому діапазоні сполук (x > 0.09), де імовірність CHHS оже процесів падає, рис. 5.

Аналіз експериментальних залежностей Т = f(I) і _еф = f(I) випромінювачів на основі n-Ga_0.79In_0.21As_0.19Sb_0.81 дозволив встановити взаємозв'язок між процесами ОР і тепловими процесами. При I > 50 мА (j > 18 А/см²) перегрів АО сприяє посиленню впливу безвипромінювальної ОР. В свою чергу, релаксація енергії оже - електронів здійснюється на рівноважних електронах в АО, що призводить до додаткового розігріву електронного газу. Це обумовлено тим, що гетеробар'єр між активною та емітерною областями (0,74 еВ) суттєво перебільшує енергію оже - електрону, а тому ймовірність виходу високоенергетичних електронів із потенціальної ями мала. В подвійних ГС в процесі оже-рекомбінації електрони не покидають активну область, тобто концентрація рекомбінуючих носіїв заряду залишається постійною. В одиночних ГС високоенергетична частина носіїв заряду внаслідок пружного відбиття від гетерограниці активна область-емітер може перейти в контактну область, що приведе до зменшення загальної кількість рекомбінуючих носіїв заряду. Внаслідок того, що в подвійних ГС величина розривів зони провідності більша, ніж в одиночних ГС, сильніше проявляються інтерфейсні оже - процеси, які вносять свій внесок в розігрів АО. Це пояснює більше значення Т в подвійних ГС, ніж в одиночних ГС, в усьому діапазоні струмів. На підставі отриманих експериментальних даних проведена оцінка Т, пов'язаної з процесами ОР. Для одиночних ГС величина температури перегріву АО, обумовленої ОР, склала 8 К, тоді як для подвійних ГС її значення було порядку 10 К.

Шостий розділ дисертації присвячений питанням вивчення фізичних механізмів і кінетики інжекційно-термічної деградації функціональних параметрів напівпровідникових випромінювачів ІЧ-діапазону в процесі тривалої експлуатації. Досліджувалась партія ІЧ-випромінювачів на основі Ga_xIn_1-xAs/InAs (0.02х0.25) при температурах 298 та 323 К. Тривалість випробувань t складала 2000 год. Оцінка ступеня деградації ґрунтувалася на результатах вимірювань ВАХ, Р, _еф та спектрів електролюмінісценції. При дослідженні залежності P(t) 60% випромінювачів мала аномальний характер деградації: в інтервалі t = 0 - 400 год потужність їх випромінювання збільшувалася в 1.5 - 2.0 рази відносно свого початкового значення P₀. Протягом наступного терміну випробувань (t > 400 год) інтенсивність випромінювання поступово зменшувалась, рис. 6 (криві 2,3). Аномальна деградація з імовірністю понад 80% спостерігалась в ІЧ-випромінювачах з концентрацією основних носіїв заряду р₀ 110¹⁷ см^-3; зі складом х > 0.09; з великою початковою густиною похилих дислокацій. В інших випадках деградація мала нормальний характер - поступове зменшення Р з часом, рис. 6 (крива 1). Підвищення I і Т випробувань сприяло зростанню швидкості деградації випромінювачів і зменшенню відношення P(t)/P₀ у максимумі.

Аналіз кінетики деградації Р проводився на основі статистичного дослідження залежності _еф = f(t) в активній р- In_1-xGa_xAs області ІЧ-випромінювачів. Порівняння експериментальних результатів з теоретичними розрахунками показали, що основний внесок в залежність _еф = f(t) дають процеси оже - рекомбінації CHHS-типу (_CHHS), а також процеси рекомбінації Шоклі-Холла-Ріда через глибокі рівні (_S). У випадку рекомбінації по механізму Шоклі-Холла-Ріда передбачалась наявність стабільних та нестабільних центрів безвипромінювальної рекомбінації (ЦБР).

Встановлено, що нормальна деградація Р має місце, коли в процесах рекомбінації превалюють оже-процеси (_CHHSS). Крім того, рекомбінація по механізму Шоклі-Холла-Ріда через стабільні центри домінує над такою ж рекомбінацією через нестабільні центри. Інжекційно - термічна деградація ІЧ - випромінювачів у процесі експлуатації веде до генерації глибоких ЦБР, що і служить причиною повільної деградації Р в цілому. В випадку домінування процесів рекомбінації Шоклі-Холла-Ріда при слабкій ефективності оже-процесів (_{S CHHS}) має місце аномальна деградація P. На першому етапі аномальної деградації концентрація нестабільних ЦБР значно перевищує концентрацію стабільних ЦБР і _еф визначається групою нестабільних ЦБР. Інжекційно - термічні процеси сприяють їх руйнуванню, що супроводжується ростом Р. Після руйнування складові частини нестабільних ЦБР дифундують зі стоків в інші області випромінювача та об'єднуються там в нові більш стабільні, але менше рекомбінаційно ефективні центри. Через певний час роботи випромінювачів з процесів рекомбінації виключаються нестабільні ЦБР і, на фоні посиленого за рахунок цього каналу ОР, спостерігається посилення ефективності рекомбінації через стабільні ЦБР, концентрація яких зросла. Це сприяє переходу через максимум і послідуючому поступовому зниженню Р. Механізми розпаду нестабільних і утворення більш стабільних ЦБР взаємозалежні. Аналіз експериментальних результатів, отриманих для випромінювача з аномальним характером деградації, показав якісну кореляцію залежностей Р (t), _еф / ₀ = f(t), і сумарного рекомбінаційного фактору центрів безвипромінювальної рекомбінації NС (t), (крива 3). Рекомбінаційний фактор NС, характеризує ймовірність рекомбінації через той чи інший канал рекомбінації і визначається концентрацією N та коефіцієнтами захвату носіїв заряду С відповідним центром рекомбінації.

З урахуванням того, що на протязі всього терміну досліджень концентрація основних носіїв заряду в АО випромінювачів лишалась сталою при зростанні _еф(t), можна зробити висновок, що в процесі довгострокової експлуатації аномальна деградація параметрів ІЧ-випромінювачів на основі In_1-xGa_xAs/InAs здійснюється за рахунок включення та поступового підсилення нерекомбінаційних механізмів деградації.

ВИСНОВКИ

1. На основі проведеного феноменологічного розрахунку температур струмового перегріву напівпровідникових випромінювачів при імпульсних режимах живлення встановлено взаємозв'язок характеристичних температур перегріву випромінювачів при імпульсному живленні з параметрами струму (тривалість та шпаруватість імпульсів струму) і внутрішніми фізичними параметрами випромінювачів, що необхідно враховувати при виборі робочих режимів напівпровідникових ІЧ-випромінювачів.

2. Виявлено наявність істотного струмового перегріву активної області ІЧ-випромінювачів на основі вузькозонних напівпровідникових сполук GaInAs, InAsSbР, GaInAsSb і встановлено зв'язок температури перегріву активної області з погіршенням експлуатаційних характеристик ІЧ-випромінювачів.

3. Визначена залежність струмового перегріву активної області ІЧ-випромінювачів на основі Ga_xIn_1-xAs від молярного складу напівпровідникової сполуки, яка обумовлена зміною як механізму розсіювання надлишкової теплової енергії, так і механізму рекомбінації в даних структурах. Встановлено, що мінімальну Т мають структури з х 0,9. В сполуках з х 0,9 перегрів посилюється за рахунок великої ймовірності безвипромінювальних процесів ОР, а при х > 0,9 - внаслідок погіршення якості структури (неузгодженість постійних ґраток InAs і GaAs складає ~ 6.9 %).

4. Проаналізовано механізми релаксації надлишкової теплової енергії гарячих електронів в ІЧ-випромінювачах та виявлено, що основними з них є електрон-електронна або електрон-фононна взаємодії. Показано, що в випромінювачах на основі n - GaInAsSb при I 30 мА (j 10 А/см²) перегрів активної області здійснюється за рахунок розігріву електронного газу гарячими електронами внаслідок швидкої електрон-електронної взаємодії, а при підвищенні струму гарячі електрони взаємодіють із усією фононною системою напівпровідника, що веде до нагрівання кристалічної ґратки до Т_г = f(I).

5. Встановлено взаємозв'язок теплових і рекомбінаційних процесів у напівпровідникових випромінювачах ІЧ - діапазону: зростання струмового перегріву АО веде до посилення ролі безвипромінювальних процесів ОР в рекомбінаційних процесах, що в свою чергу сприяє підвищенню температури перегріву АО.

6. Виявлено вплив на теплові процеси величини потенціальних бар'єрів на гетерограницях випромінюючих ГС. Встановлено посилення струмового перегріву активної області в подвійних ГС типу N - GaSb / N - GaAlAsSb / n- GaInAsSb / - GaAlAsSb у порівнянні з одиночними ГС типу N-GaSb / n-GaInAsSb /-GaAlAsSb викликане більшою величиною потенціальних бар'єрів, що поряд з об'ємними оже - процесами збільшує ймовірність інтерфейсних оже- процесів на гетерограницях. Кількісно визначено, що для одиночних ГС величина Т дорівнює 52 К (j 40 А/см²), тоді як для подвійних ГС її значення порядку 63 К. Внесок у перегрів активної області, обумовлений процесами оже-рекомбінації, склав для одиночних ГС 8 К, а для подвійних ГС 10 К.

7. Визначено вплив дислокацій невідповідності в гетероструктурах InAsSbР/InAs на квантову ефективність ІЧ-випромінювачів. Показано, що при густині дислокацій менше 5 10³ см^-2 (параметр неузгодженості ґраток ₀ = (0 - 0.15) %) їх вплив на квантову ефективність випромінювачів незначний, тоді як густина дислокацій невідповідності ~ (5 - 8) 10⁶ см^-2 ( ₀ = 0.5 %) обумовлює суттєве падіння інтенсивності випромінювання.