Структурные и фотоэлектрические свойства гетероструктуры n-GaAs--p-(ZnSe)_1-x-y(Ge₂)_x(GaAs_1-δBi_δ)_y c различными нановключениями

Аннотация

Представлены результаты экспериментальных исследований структурных и фотоэлектрических свойств полученной методом жидкофазной эпитаксии гетероструктуры n-GaAs--p-(ZnSe)_1-x-y(Ge₂)_x(GaAs_1-δBi_δ)_y с различными нановключениями. На основе рентгеновского микрозондового и структурного анализа определен профиль распределения компонентов ZnSe, Ge₂ и GaAs_1-δBi_δ в эпитаксиальном слое с постепенным изменением состава по глубине. Установлено формирование нанокристаллов Ge₂ и GaAs_1-δBi_δ, обусловливающих уникальные фотоэлектрические свойства исследуемой гетероструктуры. Определены механизмы переноса заряда в зависимости от направления тока, выявлен критерий преобладания дрейфового механизма переноса заряда над диффузионным. Фоточувствительность изучаемой гетероструктуры характеризуется тремя основными пиками при энергии фотонов 1,61; 1,97; 2,63 эВ. Результаты анализа спектров показали, что средний пик с максимальной интенсивностью имеет сложную структуру, что позволило идентифицировать дополнительный четвертый пик в энергетическом диапазоне 2,1...2,3 эВ. Установленные пики соответствуют энергетическим спектрам нанокристаллов германия, образованных на границах субкристаллитов пленки, и Ge₂ и GaAs_1-δBi_δ, сформированным в приповерхностной области эпитаксиального слоя

Работа выполнена при поддержке Министерства инновационного развития Республики Узбекистан (грант № FZ-2921542100)

Просьба ссылаться на эту статью следующим образом:

Зайнабидинов С.З., Бобоев А.Й., Солиев И.М. и др. Структурные и фотоэлектрические свойства гетероструктуры c различными нановключениями. Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. Естественные науки, 2026, № 2 (125), с. 41--61. EDN: TGCWMA

Литература

[1] Блохин С.А., Сахаров А.В., Надточий А.М. и др. Фотоэлектрические преобразователи AlGaAs/GaAs с массивом квантовых точек InGaAs. Физика и техника полупроводников, 2009, т. 43, № 4, с. 537--542. EDN: RCPXNT

[2] Андреев В.М., Хвостиков В.П., Ларионов В.Р. и др. Высокоэффективные концентраторные (2500 солнц) AlGaAs/GaAs-солнечные элементы. Физика и техника полупроводников, 1999, т. 33, № 9, с. 1070--1072. EDN: RGPOBL

[3] Henry C.H. Limiting efficiencies of ideal single and multiple energy gap terrestrial solar cells. J. Appl. Phys., 1980, vol. 51, no. 8, art. 4494. DOI: https://doi.org/10.1063/1.328272

[4] King R.R., Law D.C., Edmondson K.M., et al. Metamorphic concentrator solar cells with over 40 % conversion efficiency. Proc. ICSC-4, 2007, pp. 5--8.

[5] Yamaguchi M., Dimroth F., Geisz J.F., et al. Multi-junction solar cells paving the way for super high-efficiency. J. Appl. Phys., 2021, vol. 129, art. 240901. DOI: https://doi.org/10.1063/5.0048653

[6] Lin G., Bi J., Song M., et al. III-V Multi-junction solar cells. In: Optoelectronics. Advanced Materials and Devices. IntechOpen, 2013, pp. 446--450. DOI: https://doi.org/10.5772/50965

[7] Lu K. Comparison and evaluation of different types of solar cells. Appl. Comput. Eng., 2023, vol. 23, pp. 263--270. DOI: https://doi.org/10.54254/2755-2721/23/20230664

[8] Anup B., Bishweshwar P., Gunendra P.O., et al. Novel materials in perovskite solar cells: efficiency, stability, and future perspectives. Nanomaterials, 2023, vol. 13, iss. 11, art. 1724. DOI: https://doi.org/10.3390/nano13111724

[9] Крылов П.Н., Закирова Р.М., Кобзиев В.Ф. и др. Структура и оптические свойства слоистых нанокомпозитов ZnSe/SiO₂. ЖТФ, 2016, т. 86, № 7, c. 69--73. EDN: XAXMUV

[10] Medvid A., Onufrijevs P., Jarimaviciute-Gudaitiene R., et al. Formation mechanisms of nano and microcones by laser radiation on surfaces of Si, Ge, and SiGe crystals. Nanoscale Res. Lett., 2013, vol. 8, no. 1, art. 264. DOI: https://doi.org/10.1186/1556-276X-8-264

[11] Зайнабидинов С.З., Утамурадова Ш.Б., Бобоев А.Й. Структурные особенности твердого раcтвора (ZnSe)_1-x-y(Ge₂)_x(GaAs_1-δBi_δ)_y c различными нановключениями. Поверхность. Рентгеновские, синхротронные и нейтронные исследования, 2022, № 12, с. 48--52. DOI: https://doi.org/10.31857/S1028096022120342

[12] Саидов А.С., Лейдерман А.Ю., Усмонов Ш.Н. и др. Особенности вольт-амперной характеристики гетероструктуры n-GaP--p-(InSb)_1-x(Sn₂)_x. Письма в ЖТФ, 2020, т. 46, № 22, c. 23--28. DOI: https://doi.org/10.21883/PJTF.2020.22.50303.18257

[13] Мирсагатов Ш.А., Лейдерман А.Ю., Атабоев О.К. Механизм переноса заряда в инжекционных фотодиодах на основе структуры In--n+CdS--nCdS_xTe_1-x--pZn_xCd_1-xTe--Mo. Физика твердого тела, 2013, т. 55, № 8, с. 1524--1535.

[14] Адирович Э.И., Карагеоргий-Алкалаев П.М., Лейдерман А.Ю. Токи двойной инжекции в полупроводниках. М., Сов. радио, 1978.

[15] Зайнабидинов С., Саидов А., Бобоев А. и др. Особенности свойств поверхности твердого раствора полупроводника (GaAs)_1-x-у(Ge₂)_x(ZnSe)_y с квантовыми точками ZnSe. Поверхность. Рентгеновские, синхротронные и нейтронные исследования, 2021, т. 15, № 1, с. 107--112. DOI: https://doi.org/10.31857/S1028096021010167

[16] Alfimova D.L., Lunin L.S., Lunina M.L. Growth and properties of Ga_yIn_1-yPzAs_1-x-zBi_x solid solutions on GaP substrates. Inorg. Mater., 2014, vol. 50, no. 2, pp. 113--119. DOI: https://doi.org/10.1134/S0020168514020010

[17] Priyanka V, Balbir S.P., Nagesh T. Synthesis and investigation of topological behaviour and structural modification in Se--Te--Ge--Bi nanostructured alloys. Appl. Surf. Sci. Adv., 2022, vol. 8, art. 100220. DOI: https://doi.org/10.1016/j.apsadv.2022.100220

[18] Зайнабидинов С.З., Саидов А.С., Бобоев А.Й. и др. Структура, морфология и фотоэлектрические свойства гетероструктуры n-GaAs--p-(GaAs)_1-x(Ge₂)_х. Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. Естественные науки, 2022, № 1 (100), с. 72--87. DOI: https://doi.org/10.18698/1812-3368-2022-1-72-87

[19] Saidov A.S., Usmonov Sh.N., Amonov K.A., et al. Photothermovoltaic effect in p-Si--n-(Si₂)_1-x-y(Ge₂)_x(ZnSe)_y structure. Appl. Sol. Energy, 2019, vol. 55, no. 5, pp. 265--268. DOI: https://doi.org/10.3103/S0003701X19050116

[20] Yu L., Li D., Zhao S., et al. First principles study on electronic structure and optical properties of ternary GaAs:Bi alloy. Materials, 2012, vol. 5, no. 12, pp. 2486--2497. DOI: https://doi.org/10.3390/ma5122486

[21] Li D.C., Yang M., Zhao S.Z., et al. First principles study of Bismuth alloying effects in GaAs saturable absorber. Opt. Express, 2012, vol. 20, iss. 10, pp. 11574--11580. DOI: https://doi.org/10.1364/OE.20.011574

[22] Володин В.А., Горохов Е.Б., Ефремов М.Д. и др. Фотолюминесценция структур с нанокристаллами германия, сформированных в матрице арсенида галлия. Письма в ЖЭТФ, 2003, т. 77, № 8, с. 485--488.

[23] Супрун С.П., Шерстякова В.Н., Федосенко Е.В. Эпитаксия ZnSe на GaAs при использовании в качестве источника соединения ZnSe. Физика и техника полупроводников, 2009, т. 43, с. 1570--1575. EDN: RCQAHH

[24] Zainabidinov S.Z., Boboev A.Y., Karimov I.N., et al. Structure and electrophysical properties of a solid solution (GaAs_1-δBi_δ)_1-x-y(Ge₂)_x(ZnSe)_y. Sci. Bull. Phys. Math. Res., 2022, vol. 4, no. 1, pp. 15--21.