Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Проблемы создания гетероструктур на основе GaN 8
1.1 Преимущества белых СД 8
1.2 Вопросы, связанные с повышением яркости в СД с люминофорами 15
1.3 Анализ спектров фотолюминесценции, электролюминесценции, электроотражения гетероструктур на основе GaN 18
1.4 Дефекты в пленках нитридов III группы 25
1.5 Оптические свойства легированных слоев GaN 31
1.6 Глубокие уровни и электронный транспорт в гетероструктурах на основе GaN 35
1.7 Внутренние и внешние поля в структурах с квантовыми ямами 39
1.8 Выводы по главе: 44
Глава 2. Оптические характеристики 46
2.1 Спектральные характеристики коэффициента пропускания 46
2.2 Экспериментальная установка для измерения спектральных характеристик 50
2.3 Коэффициент полезного действия и спектры электролюминесценции светодиодов на основе р-п-гетероструктур InGaN/AlGaN/GaN белого свечения 58
2.4 Выводы по главе 72
Глава 3. Вольт - амперные характеристики структуры на основе InGaN/AlGaN/GaN 74
3.1 Описание экспериментальной установки для измерения вольт — амперных характеристик
3.2 Вольт — амперные характеристики структуры на основе InGaN/AlGaN/GaN. Механизмы токопереноса 75
3.3 Выводы по главе 84
Глава 4. Вольт - фарадные характеристики структуры на основе InGaN/AlGaN/GaN 85
4.1 Описание экспериментальной установки для измерения вольт — фарадных характеристик 85
4.2 Вольт — фарадные характеристики структуры на основе InGaN/AlGaN/GaN (образец №2) 88
4.3 Поглощение света в структуре на основе InGaN/AlGaN/GaN (образец №2) 104
4.4 Вольт - фарадные характеристики структуры на основе InGaN/AlGaN/GaN (образец№>1)
4.5 Выводы по главе 113
Глава 5. Определение параметров рекомбинационных центров 114
5.1 Определение параметров рекомбинационных уровней по приведенной скорости 1
5.2 Определение параметров рекомбинационных уровней по зависимости dpidu
5.3 Теоретическое определение температурных зависимостей энергии активации 196
5.4 Выводы по главе 131
Заключение 132
Научная новизна полученных результатов 134
Практическая значимость полученных результатов 135
Положения, выносимые на защиту 136
Список литературы 137
Публикации 158
- Вопросы, связанные с повышением яркости в СД с люминофорами
- Экспериментальная установка для измерения спектральных характеристик
- Вольт — амперные характеристики структуры на основе InGaN/AlGaN/GaN. Механизмы токопереноса
- Вольт — фарадные характеристики структуры на основе InGaN/AlGaN/GaN (образец №2)
Введение к работе
Широкое применение белых светодиодов (СД) во многом определяется их преимуществами. СД белого свечения на основе р-п-гетероструктур InGaN/AlGaN/GaN представляют как научный, так и практический интерес, поскольку обладают рядом уникальных оптических и электрических свойств. Увеличение внутреннего квантового выхода излучения 77, эпитаксиальных структур с квантовыми ямами (КЯ) зависит от материала подложки, качества буферного слоя, состава и легирования КЯ. На внешний квантовый выход излучения т]е влияет геометрия кристалла и контактов, показатель преломления, форма фокусирующей линзы и полимерная герметизация. Tjt достигает 60%, т]е - 43% [1]. Столь высокие значения квантового выхода открывают возможность создания на основе таких СД источников белого света, способных составить конкуренцию существующим лампам накаливания, флюоресцентным и даже галогеновым лампам. Поэтому вопросы энергосбережения в светотехнике стали приоритетным направлением экономики США [2]. Преимущества СД перед используемыми источниками света достаточно хорошо описаны в литературе. Существенную роль играет долговечность, низкое энергопотребление, а также небольшие размеры. Несколько СД, объединенных в одну форму, могут заменить лампу накаливания, а цветные светодиодные полосы способны испускать интенсивный и однородный свет любого цвета. Обладая такими свойствами, как точная направленность света и возможность управления интенсивностью и цветом излучения, они применяются в архитектурном и декоративном освещении.
Основная проблема при создании ламп высокой яркости на основе СД заключается в эффективности преобразования электричества в свет. Увеличение рабочего тока с целью повысить яркость светодиодной лампы приводит к увеличению тепловыделения, и к повышению температуры активной области светодиодной структуры. Перегрев СД уменьшает квантовый выход света и ограничивает максимальную оптическую мощность, влияет на срок службы. Приборы на основе нитрида галлия являются перспективными для создания осветительных ламп благодаря большой ширине запрещенной зоны и высокой теплопроводности. Это дает возможность повышения рабочих токов, допустимой рабочей температуры и получения высокой яркости. Возникающие при этом задачи состоят в улучшении качества материала, уменьшении плотности дислокаций и точечных дефектов в GaN [3].
При переходе от экспериментальных разработок какого-либо материала к разработке конкретного электронного устройства особое внимание уделяется проблемам интегрирования отдельных элементов, получаемых на базе этого материала, в структуры, сформированные из других материалов, с отличными физическими свойствами. Это объясняется процессами межслоевой диффузии, необходимостью введения буферных слоев и рядом подобных проблем. Таким образом, оптимальным решением в унификации технологии получения стандартных структур, в которые необходимо включать несколько «сменных» элементов (слоев), является использование для «сменных» элементов одного и того же материала с минимальным, или одинаковым количеством легирующих примесей, но разными свойствами. При получении люминофоров важную роль играет минимальное количество легирующих компонент, но с изучением каждого отдельно взятого люминофора в различных спектральных областях. Решение такой задачи требует глубокого понимания процессов, определяющих спектральные характеристики материалов, зависит от правильного выбора легирующих примесей, их количественного соотношения и режимов легирования [4].
В светоизлучающих диодах белого цвета свечения используются люминофоры со структурой граната, активированные церием. По механизму возбуждения белые СД близки к люминесцентным лампам, в которых тлеющий разряд в парах ртути генерирует УФ-излучение, возбуждающее свечение в люминофоре. В газоразрядных лампах и электронно-лучевых трубках энергия возбуждения поглощается в основном матрицей люминофора, а потом передается активатору. В белых СД энергия возбуждения поглощается непосредственно ионом активатора Се в области длинноволновой полосы поглощения. Физические свойства, определяющие эффективность люминофора, при таком виде возбуждения изучены недостаточно.
Современные исследования светоизлучающих диодов направлены на увеличение мощности и квантового выхода, на увеличение световой эффективности диода и люминофора, а также на снижение стоимости готового СД [3]. За последнее десятилетие светодиоды прочно укрепились в секторе освещения. Их актуальность и необходимость позволяют утверждать, что в недалеком будущем белые светодиоды составят серьезную конкуренцию существующим источникам общего освещения, что подтверждает приведенный в работе анализ изучаемых структур.
Цель и задачи исследования
Целью данной работы является изучение механизмов, определяющих эффективность белого свечения, излучательные и безызлучательные рекомбинационные процессы, а также механизмы формирующих прямые вольт-амперные характеристики (ВАХ) светодиодов с квантовыми ямами на основе InGaN/AlGaN/GaN.
Решаемые задачи:
1. Исследование механизмов, формирующих туннельно рекомбинационные токи в структурах на основе InGaN/AlGaN/GaN.
Определение параметров рекомбинационных уровней на основе анализа зависимости приведенной скорости рекомбинации от напряжения Яц, = /((/) с учетом туннелнрования.
Экспериментальное исследование электрических и электролюминесцентных характеристик структур на основе InGaN/AlGaN/GaN. Определение параметров изучаемых структур.
Вопросы, связанные с повышением яркости в СД с люминофорами
Люминофоры — твердые и жидкие вещества, способные люминесцировать под действием различного рода возбуждений. Свечение люминофора может быть обусловлено как свойствами основного вещества, так и наличием примеси — активатора. Активатор образует в основном веществе центры свечения. Энергетический выход излучения люминофора зависит от вида возбуждения, его спектра и механизма преобразования энергии в световую. Он резко падает при повышении концентрации люминофора и активатора. В настоящее время исследуется около десятка различных люминофоров для белых СД. Соединения со структурой граната, активированные церием используются в качестве эффективных катодолюминофоров, применяют в твердотельных люминесцентных дозиметрах и люминесцентных детекторах. Для создания СД белого свечения широко применяются люминофоры на основе иттрий — алюминий - галлиевого граната.
Светоотдача белых СД ниже, чем светоотдача СД с узким спектром, поскольку в них происходит двойное преобразование энергии, часть ее теряется в люминофоре. По данным [17] светоотдача лучших белых СД составляет 25 - 30 лм/Вт. В работе [25] светоотдача ультра - эффективных белых СД, созданных на основе синих чипов с гетероструктурами типа InGaN/GaN, покрытых YAG — люминофорами, достигает 138 лм/Вт.
Исследование оптических свойств оксидов и оксосульфидов иттрия, легированных редкоземельными элементами, показывают, что Y202S: Er , Yb3+ является перспективным антистоксовым материалом. Антистоксовы люминофоры можно использовать для создания мощных, эффективных и недорогих источников видимого света на базе инфракрасных (ИК) СД. В [29] проводится исследование спектров видимой и инфракрасной люминесценции антистоксова люминофора Y2O2S: Ег3+, Yb3+, нанесенного на поверхность ИК светодиодов.
В работе [4] установлено, что очередность введения легирующих примесей CuCl и Ga позволяет варьировать значение" цветовых координат (X = 0.242 - 0.351, Y = 0.555 - 0.551) люминофора ZnS: (CuCl, Ga) и интенсивность полосы излучения с максимумом при 404 нм.
В газоразрядных люминесцентных лампах происходит преобразование УФ излучения в видимое с помощью люминофоров. Для создания эффективных УФ СД необходима разработка источников света, в которых спектры СД и возбуждаемых люминофоров согласованы. Это нужно для получения эффективного преобразования электрической энергии в видимое излучение в сине — зеленой и зелено - желтой частях спектра, где эффективность СД на основе biGaN недостаточно высока.
В [30] для создания СД видимого свечения кристаллы покрываются силикатными люминофорами. При введении в состав люминофора (Bai.4Sr0.55Euo.o5)Si04 ионов галогенидов - F или С1 - интенсивность возбуждения синим излучением возрастает до 65 — 70%. Люминофор (Sri.625Bao.3oCao.o3Euo.o45)Si04 имеет яркий желтый цвет, интенсивность которого возрастает при дополнительном введении в состав Sr — Ва — ортосиликата ионов С1 и F. Отношение максимумов интенсивности пика кристалла и пика люминофора IcAph и длинноволновый спад УФ полосы существенно влияют на координаты цветности образцов. При большей интенсивности УФ излучения координаты цветности сдвигаются в синюю область, поскольку чувствительность глаза в коротковолновой области достаточна для восприятия цвета. Если интенсивность излучения люминофора больше, то координаты сдвигаются в желтую область. Авторы [30] отмечают, что спектры излучения СД на основе InGaN/AlGaN/GaN с длинами волн излучения в ближней УФ области, согласуются со спектрами возбуждения силикатных люминофоров типа (BaSrEu)Si04 с добавками оксидов Y и Ей, а также фторидов Mg и Ва. Ультрафиолетовые СД и фотодетекторы находят широкое применение в устройствах передачи и хранения информации, медицине, системах безопасности. Световая отдача по данным [31] составляет 23 лм/Вт у УФ СД с люминофорами. В работах [32, 33] рассчитываются цветовые характеристики и индексы цветопередачи СД белого свечения.
Экспериментальная установка для измерения спектральных характеристик
Для регистрации электролюминесценции (ЭЛ) использовалась модифицированная установка СДЛ-2М. Схема экспериментальной установки приведена на рисунке 2.3. На светоизлучающий диод (1) подаётся напряжение с блока питания Б5-43 (2), ток через образец контролируется с помощью универсального вольтметра В7-46 (3). Излучение светодиода фокусируется с помощью собирающих линз (4) на щель монохроматора МДР23(5). В качестве приемника излучения использовался охлаждаемый элементами Пельтье фотоэлектронный умножитель ФЭУ-100 (6) с подключенным блоком питания (7) и регистрирующим устройством (8), роль которого выполнял компьютер. ті Рис.2.3 Экспериментальная установка для измерения спектров люминесценции. 1- образец (светодиод), 2- блок питания Б5-43, 3- универсальный вольтметр В7-46,4- система собирающих линз, 5- монохроматор МДР23,6-фотоэлекгронный умножитель ФЭУ100, 7- блок питания ФЭУ, 8- компьютер. Исследовались светодиоды Hewlett Packard синего свечения на основе твердого раствора InGaN [117].
Максимум спектра электролюминесценции наблюдается при ha m!X = 2.91 эВ (X , =426 им). Локализованные состояния формируются из-за флуктуации состава In в InGaN слое. Чистый цвет наблюдается для состава с одной квантовой ямой.
Как видно из рис. 2.4, максимум спектра электролюминесценции наблюдается при НФ =2.91 эВ (Я щщ-426 нм), который не сдвигается с ростом напряжения на образце. Это связано с тем, что исследуемая структура содержит компенсированные слои, наличие которых вызывает сильные внутренние электрические поля. Внутреннее поле компенсирует изменение внешнего поля и максимум не сдвигается.
Можно предположить, что уменьшение темпа роста интенсивности излучения образца при увеличении тока обусловлено последовательным сопротивлением компенсированного слоя. В [121] уменьшение темпа роста интенсивности связано с тем, что с ростом напряжения на образце увеличивается доля напряжения, падающего на компенсированном слое. Это приводит к ограничению инжекции носителей заряда, а следовательно, ко второму наклону на АЯХ. Носители заряда рекомбинируют с участием фононов, что снижает эффективность излучения. Таким образом, полоса излучения исследуемого образца формируется как прямыми, так и непрямыми переходами.
По коэффициенту поглощения структуры была определена ширина запрещенной зоны исследуемого материала, при этом учитывалось, что излучение образуется как прямыми, так и непрямыми переходами. Для определения Eg строилась зависимость Eg = f(u). Эта зависимость аппроксимировалась прямой, по пересечению которой с осью ординат при и = 0 определялось истинное значение Ек.
Как видно из рис. 2.10 а), ширина запрещенной зоны изменяется с ростом напряжения на структуре и составляет для прямых переходов 3,2+3,6 эВ и для непрямых переходов 3,72 эВ. Изменение ширины запрещенной зоны с ростом напряжения на образце может быть связано с изменением состава твердого раствора InGaN в ОПЗ.
В работе исследовались спектры ЭЛ структуры на основе твердого раствора InGaN в диапазоне напряжений 3,2+3,6 В (рис. 2.4), которые имеют максимум при hco =2.91эВ (X „ =426 нм). На АЯХ исследуемого образца можно выделить два участка: участок резкого роста (л = 2.93) и линейный участок (и = 0.86), это связано с изменением механизма рекомбинации. Уменьшение темпа роста интенсивности излучения с ростом тока через образец может быть связано с увеличением доли напряжения на компенсированном слое.
Вольт — амперные характеристики структуры на основе InGaN/AlGaN/GaN. Механизмы токопереноса
Как показано на рисунке 3.4, токи через структуру InGaNIAlGaNiGaN практически не зависят от температуры в диапазоне 225 201 К. Это означает, что туннелирование через слой AlGaN (с участием дефектов) определяет протекание тока через гетероструктуру AlGaNIGaN [91].
Прыжковый механизм переноса носителей заряда является доминирующим в легированных, компенсированных [138] и в аморфных полупроводниках. Зависимость 1п/ = /{т и) для СД №1 при разных напряжениях U. Линейная аппроксимация экспериментальных точек показывает наличие прыжковой проводимости (закон Мота (3.1) выполняется). Плотность состояний вблизи уровня Ферми определяется по формуле (3.2). Зависимость плотности состояний на уровне Ферми от напряжения СД №1, при 291 К. Прыжки электронов с заполненных доноров на пустые описываются квантовым туннелированием между двумя состояниями пары доноров, содержащих один электрон. Энергии электронов, находящиеся на донорах с координатами г,- и г,, имеют случайный разброс в широком интервале (энергии не совпадают Е, Е}), поэтому невозможно туннелирование электрона без участия фононов, энергия которых должна компенсировать разность электронных энергий [135].
Зависимость энергии термической активации СД №1 от напряжения прямого смещения при температуре 291 К. Энергия активации тока проходит ниже прямой (Eg -qU)/2 при напряжениях U 2.5 В (см. рис. 3.9). Это указывает на туннельный механизм токопереноса. В токопереносе участвуют носители заряда, расположенные вблизи уровня Ферми, поэтому уменьшение плотности состояний вблизи уровня Ферми g(ju) приводит к увеличению расстояния между соседними локализованными состояниями. В результате, длина прыжка носителя увеличивается, далее происходит увеличение энергии, необходимой носителю для перескока в следующее локализованное состояние. Следовательно, энергия активации повышается. На рисунках 3.6, 3.8, можно заметить связь между плотностью состояний и энергией активации. Чем больше g(jLt), тем меньше энергия активации (1ч-1.8 В), и наоборот (1.8 ч-2.4 В).
Ширина барьеров повышается с ростом температуры (см. табл. 3.1). Вероятно, с повышением температуры изменяется распределение зарядов в многослойной структуре InGaNIAlGaNIGaN. 3.3 Выводы по главе: Определен основной механизм токопереноса в исследуемых структурах - прыжковая проводимость с участием туннелирования. Зависимость энергии активации тока от напряжения на структуре согласуется с характером изменения плотности состояний вблизи уровня Ферми при росте напряжения. Определены параметры потенциальных барьеров в многослойной структуре InGaNIAlGaNIGaN. С ростом температуры наблюдается увеличение ширины барьеров. Глава 4. Вольт — фарадные характеристики структуры на основе InGaN/AlGaN/GaN
Структурная схема измерительного генератора (преобразователя емкость-частота). Основой генератора является усилитель, охваченный цепью положительной обратной связи по напряжению, в которую включен параллельный LC контур. Исследуемый полупроводниковый прибор включается параллельно LC контуру. Генерируемая генератором частота определяется величинами индуктивности и суммы емкостей Со и полупроводникового прибора. Наличие емкости С0 уменьшает зависимость генерируемой частоты от величины емкости исследуемого прибора. Тем самым ограничивается диапазон перестройки частоты в процессе измерений. Параметры контура подобраны так, что частота при отсутствии Сх составляет 1 МГц. Изменение частоты в процессе измерений при емкости образца 300 пФ составляет не более 2%. Колебательный контур и вся конструкция генератора термостатированы для уменьшения влияния изменения температуры окружающей среды. В то же время не требуется долговременная стабильность параметров колебательного контура, так как время измерения одной вольт-фарадной характеристики составляет несколько минут, а калибровка прибора производится перед каждым измерением.
Для снижения влияния усилителя на генерируемую частоту его входная цепь выполнена на полевом транзисторе. Усилитель охвачен цепью пороговой АРУ, которая поддерживает ВЧ напряжение на исследуемом приборе в диапазоне 20 — 25 мВ. К выходу усилителя подключен буферный усилитель, предназначенный для усиления сигнала до уровня, необходимого для нормальной работы электронно-счетного частотомера.
Работа установки происходит в следующей последовательности. Оператор запускает управляющую программу, которая запрашивает у него исходные данные для проведения измерений. Вводятся: начальное напряжение, конечное напряжение, шаг напряжения.
Перед началом измерений проводятся операции калибровки измерителя. По команде ПЭВМ оператор освобождает вход измерителя емкости. ПЭВМ запускает электронно-счетный частотомер 43-64 и вводит частоту fo- Затем к входу подключается эталонный конденсатор и измеряется f3. ПЭВМ рассчитывает константы измерений. Калибровка производится перед каждым измерением. После ввода исходных данных и проведения операций калибровки установка переходит в автоматический режим проведения измерений. ПЭВМ передает программно управляемому источнику питания величину напряжения на образце, ожидает некоторое время до установления выходного напряжения источника питания, запускает вольтметр В7-46 и получает от него фактическую величину установленного напряжения. Затем запускается электронно-счетный частотомер 43-64, который измеряет частоту и передает ее ПЭВМ. ПЭВМ рассчитывает емкость образца. Полученные данные - напряжение и емкость - сохраняются на жестком диске. Затем ПЭВМ задает новое значение напряжения (прибавляет шаг) и проводит новый цикл измерения. Выход из режима измерения происходит по достижению конечного напряжения. При выходе из режима измерения ПЭВМ обнуляет выходное напряжение программно управляемого источника питания.
Вольт — фарадные характеристики структуры на основе InGaN/AlGaN/GaN (образец №2)
Концентрация носителей заряда не так велика, чтобы носители могли туннелировать через барьер по всей его высоте. Ток обусловлен термическим возбуждением носителей и туннелированием их сквозь вершину барьера [132]. С ростом концентрации основных носителей в КЯ преобладает полевая эмиссия (туннелирование). Потенциальный барьер достаточно узок, и ток протекает за счет туннелирования сквозь барьер по всей его высоте. Можно заметить, что туннелирование преобладает при низких температурах (см. табл. 4.2).
В работе [84] изучается туннелирование в МОП структуре на базер+-Si. Исследуется туннелирование электронов через двойной барьер (сначала в обедненном слое в Si, затем в через Si02, с промежуточным попаданием в квантовую яму зоны проводимости Si). Анализ режима обеднения проводится б&з учета накопления электронов в квантовой яме. Для резонансного туннелирования (РТ) электронов из металла основной уровень в квантовой яме Ех должен оказаться равен или ниже энергии Ферми EF. РТ электронов из металла обусловливает возникновение пика тока в момент совпадения одного из уровней квантовой ямы, лежащих энергетически ниже уровня Ферми металла, с краем валентой зоны толщи SL Как отмечают авторы [84], накопление электронов в КЯ происходит всегда, даже если термогенерация не может обеспечить поддержания инверсного слоя и структура бездефектная (нет срыва туннелирования).
Каждый туннелирующий электрон дает вклад в двумерную плотность заряда. Возникает аналог ситуации с током, ограниченным пространственным зарядом. Принимая во внимание тот факт, что исследуемая нами структура InGaN/AlGaN/GaN является многослойной, и в квантовой яме преобладает механизм туннелирования, можем использовать аналитические выражения [84] для режима обеднения.
Важнейшей характеристикой двумерного электронного газа — является подвижность носителей заряда. В приборах полупроводниковой электроники проходная мощность находится из соотношения (4.19) [141]: Р = пеци2 (4.19), где ли//— концентрация и подвижность носителей тока, U— напряжение. Из литературы известно, что неоднократно пытались поднять верхние пределы Р технологическими средствами, за счет увеличения поверхностной концентрации 2D электронов п и подвижности //. Как показали эксперименты [141], при легировании, обеспечивающем концентрацию электронов на уровне (6- -8) 10 см", наблюдается спад зависимости //(«). Этот эффект связан с началом заполнения 2D электронами помимо основной Ет— подзоны, также и второй, возбужденной, Е подзоны размерного квантования.
На рисунке 4.7 видно, как изменяется кинетический параметр ju, характеризующий перенос 2D электронов в квантовой яме. Чем шире яма, тем выше подвижность носителей заряда. В работе [142] подвижность в структуре GaAs/AlAs/AlojGaojAs изменяется в диапазоне 20-=-40 м /Вс при концентрации (1.9- 4.3)1015 м"2. Увеличение подвижности с ростом концентрации, объясняется соответствующим увеличением энергии Ферми, и повышением параметра экранирования S. Это приводит к снижению интенсивности рассеяния электронов на примесных центрах, и росту их подвижности. При /V=8.131024 м"3 и Г=300 К вычислены подвижности в первой и второй КЯ: //, =27.31-Ю"4 см2/Вс, //2=0.129-10 см2/Вс (при 123 К //,= 0.098-КГ см2/Вс, /i2 =0.011-Ю-4см2/Вс). Подвижность //2 в узкой КЯ меньше подвижности /4 в широкой яме из—за рассеяния на шероховатостях. Принцип действия многих полупроводниковых приборов основан на туннельном взаимодействии состояний в ямах, обладающих разной проводимостью (подвижностью).
Для изучения туннельного перехода электронов между квантовыми ямами с разной подвижностью, используем модель проводимости [143]. Как отмечается в работе [143], интенсивное рассеяние на шероховатостях узкой ямы QW2 испытывают только электроны первой подзоны, а проводимость осуществляется в основном высокоподвижными носителями в широкой квантовой яме QW1. При напряжении на затворе V S=-Q.7B происходит антикроссинг (расталкивание уровней) первого и второго квантовых уровней, волновые функции этих состояний присутствуют сразу в обеих КЯ, и рассеяние на шереховатостях ямы QW2 испытывают электроны обеих подзон из обеих КЯ.
Вероятно, малая подвижность объясняется сильным взаимодействием носителей с локальными деформациями кристаллической решетки. Носитель, локализованный в какой — либо элементарной ячейке, сильно взаимодействуя с образующими её и соседние ячейки атомами, смещает их из тех положений, которые они занимают, когда носителя нет. Энергия носителя заряда в такой деформированной ячейке оказывается ниже, чем в соседних (недеформированных), и переход его в соседнюю ячейку требует затраты энергии. После перехода покинутая носителем ячейка возвращается в недеформированное состояние, а деформируется та, в которую он перешел. Следующий его переход в третью ячейку снова потребует энергии активации. Этот механизм называется прыжковым. Прыжковая проводимость возможна в легированных, компенсированных полупроводниках, и в аморфных. Компенсированные полупроводники содержат донорные и акцепторные примеси, которые создают свои энергетические уровни в запрещенной зоне полупроводника. Носители с энергиями в области псевдозапрещенной зоны переходят от состояния локализованного вблизи одной флуктуации к другой путем таких активированных перескоков. Энергии состояний вблизи разных флуктуации различны, поскольку сами флуктуации случайны по расположению и по величине. В полупроводниках с высокой подвижностью иногда при низких температурах наблюдается прыжковая проводимость (если большинство носителей заряда локализовано на примесях, они могут перескакивать с примеси на примесь).
