alternativeАльтернативная энергетика и экология (ISJAEE)Alternative Energy and Ecology (ISJAEE)1608-8298Международный издательский дом научной периодики "Спейс10.15518/isjaee.2019.10-12.043-051alternative-1677Research ArticleV. КОНСТРУКЦИОННЫЕ МАТЕРИАЛЫ. 13. НаноструктурыV. КОНСТРУКЦИОННЫЕ МАТЕРИАЛЫ. 13. НаноструктурыВлияние нанокристаллов германия и селенида цинка на фотоэлектрические свойства гетероструктуры n-GaAs – p-(GaAs)0,69(Ge2)0,17(ZnSe)0,14Influence of Germanium and Zinc Selenium Nanocrystals on the Photoelectric Properties of the n-GaAs – p-(GaAs)0.69(Ge2)0.17(ZnSe)0.14 Heterostructurehttps://orcid.org/0000-0003-2943-5844ЗайнабидиновС. З.ZainabidinovS. Z.

Сиражиддин Зайнабидинович Зайнабидинов - доктор физико-математических наук, профессор кафедры физики

д.129, ул. Университетская, г. Андижан, 170100

Sirojiddin Zainabidinov - D.Sc. in Physics and Mathematics, Professor at Chair of Physics, Andijan State University, Academician of the Academy of Sciences of the Republic of Uzbekistan

129 University Str., Andijan, 170100

https://orcid.org/0000-0002-3963-708XБобоевА. Й.BoboevA. Y.

Акрамжон Юлдашбоевич Бобоев - младший научный сотрудник, Институт ядерной физики АН РУз

д.129, ул. Университетская, г. Андижан, 170100, 

д. 1, ул. Хуросон, г. Ташкент, 100214

Akramjon Boboev - Ju-nior Researcher at Institute of Nuclear Physics of Uzbekistan AS

129 University Str., Andijan, 170100, 

1 Khuroson Str., Tashkent, 100214

aboboevscp@gmail.comhttps://orcid.org/0000-0002-7243-4938УсмоновЖ. Н.UsmonovJ. N.

Жохонгир Нишонбоевич Усмонов - докторант Андижанского государственного университета

д.129, ул. Университетская, г. Андижан, 170100

Johongir Usmonov - Doc-toral Student

129 University Str., Andijan, 170100

Андижанский государственный университет им. З.М. БабураУзбекистанAndijan State University named after Z.M. BaburUzbekistanАндижанский государственный университет им. З.М. Бабура; Институт ядерной физики Академии наук Республики УзбекистанУзбекистанAndijan State University named after Z.M. Babur; Institute of Nuclear Physics, Academy Sciences of UzbekistanUzbekistan201926052019010-124351Copyright © Международный издательский дом научной периодики "Спейс, 20192019Международный издательский дом научной периодики "СпейсМеждународный издательский дом научной периодики "Спейсhttps://www.isjaee.com/jour/about/submissions#copyrightNoticehttps://www.isjaee.com/jour/article/view/1677

Определены технологические условия выращивания пленки твердого раствора (GaAs)1-x-y(Ge2)x(ZnSe)y на подложках GaAs методом жидкофазной эпитаксии из оловянного раствора-расплава. Выращенные эпитаксиальные пленки имели толщину ~ 10 мкм, n-тип проводимости с удельным сопротивлением ~ 0,1 Ом·см и концентрацию носителей тока 5,1·1017 см-3. Исследована спектральная фоточувствительность гетерострук-тур n-GaAs – p-(GaAs)0,69(Ge2)0,17(ZnSe)0,14 и обнаружены два явных пика, соответствующих нанокристаллам Ge с соединениями молекул GaAs и квантовым точкам ZnSe. Показано, что спектр фоточувствительности исследуемого твердого раствора обладает шестью гауссовыми компонентами, которые соответствуют парным атомам Gе2 и соединениям AsGe, GaGe, GeSe, AsZn, GaSe и ZnSe. Представлены пространственные конфигурации тетраэдрических связей в пределах нанокластеров, образуемых примесями Ge и ZnSe на основе элементарной ячейки GaAs. Кроме того, установлено, что нанокластеры в твердом растворе (GaAs)1-x(Ge2)x состоят из трех атомов As, двух атомов Gе и трех атомов Ga. Поскольку элементарная ячейка решетки с алмазоподобной структурой состоит из восьми атомов, линейные размеры нанокластера будут следующими: 5,6Å; 5,6Å; 5,6 Å. В нанокластере в твердом растворе (GaAs)1-x-y(Ge2)х(ZnSe)y, образованном молекулами GaAs, ZnSe и парными атомами Ge2, находятся 14 атомов: пять атомов As, два атома Gе, один атом Se, один атом Zn и пять атомов Ga, то есть атомы As и Gа связываются атомами Gе, Zn и Se, поэтому линейные размеры нанокластеров становятся: 5,6Å; 5,6Å; 10 Å. Таким образом, матричная решетка состоит из молекул GaAs и парных атомов Ge2, а молекулы ZnSe находятся в их поверхностных дефектоспособных областях. В связи с тем что молекулы селенида цинка и соединения селенида германия образуют три акцепторных уровня в валентной зоне GaAs, а параметр решетки ZnSe незначительно больше, чем параметр матричной решетки, в местах расположения ZnSe наблюдаются микроискажения решетки. Эти искажения обладают повышенным потенциалом, который способствует образованию нанокристаллов ZnSe.

The article determines the technological conditions of growing the films of solid solution (GaAs)1-x-y(Ge2)x(ZnSe)y on GaAs substrates by the method of liquid phase epitaxy from the tin melt-solution. The grown epitaxial films had the thickness of ~ 10 μm, n-type conductivity with specific resistances of ~ 0.1 Ωˑcm and the current carrier concentration of 5.1ˑ1017 cm-3. Spectral photosensitivity of n-GaAs – p-(GaAs)0.69(Ge2)0.17(ZnSe)0.14heterostructureshave been studied and two distinct peaks corresponding to Ge nanocrystals with GaAs molecule compounds and ZnSe quantum dots have been detected. It is shown that the photosensitivity spectrum of the studied solid solution has six Gaussian components which correspond to the pair atoms of Ge2 and compounds AsGe, GaGe, GeSe, AsZn, GaSe and ZnSe. The spatial configurations of tetrahedral bonds within nanoclusters formed by Ge and ZnSe impurities based on a GaAs unit cell are presented. It is also determined that the nanoclusters in the solid solution (GaAs)1-x(Ge2)x consist of three As atoms, two Ge atoms and three Ga atoms. Since the unit cell of the lattice with the diamond-like structure consists of eight atoms, the linear dimensions of the nanocluster are 5.6, 5.6, 5.6 Å. In the nanocluster in the solid solution (GaAs)1-x-y(Ge2)x(ZnSe)y formed by the GaAs molecule, ZnSe and the Ge2 pair atoms contains 14 atoms: five As atoms, two Ge atoms, one Se atom, one Zn atom, and five Ga atoms. So the As and Ga atoms are bound through the Ge, Zn, and Se atoms, and therefore the linear dimensions of the nanoclusters become 5.6; 5.6; 10 Å. Thus, the matrix lattice consists of GaAs molecules and twin Ge atoms, and ZnSe molecules are located on their surface defective regions. Since zinc selenide molecules and germanium selenide compounds form three acceptor levels in the GaAs valence band, and the ZnSe lattice parameter is slightly larger than the matrix lattice, at ZnSe locations, the lattice microdistortions are observed and they have an increased potential which promotes the formation of ZnSe nanocrystals.

галлиймышьякгерманийцинкселентвердый растворсоединениеподложкагетероструктураэпитаксияфоточувствительностьмолекулаатомнанокристаллвалентностьgalliumarseniumgermaniumzincseleniumsolid solutioncompoundsubstrateheterostructureepitaxyphotosensi-tivitymoleculeatomnanocrystalvalenceГрант № Ф2-68 Комитета по координации и развитию науки и технологии при Кабинете Министров Республики УзбекистанGrant number F2-68 of the Committee for the Coordination and Development of Science and Technology under the Cabinet of Ministers of the Republic of UzbekistanReferencesБлохин, С.А. Фотоэлектрические преобразователи AlGaAs/GaAs с массивом квантовых точек InGaAs / С.А. Блохин [и др.] // Физика и техника полупроводников. – 2009. – Т. 43. – Вып. 4. – С. 537–542.Blokhin S.A.,Sakharov A.V., Nadtochy A.M., Pauysov A.S., Maximov M.V., Ledentsov N.N., Kovsh A.R., Mikhrin S.S., Lantratov V.M., Mintairov S.A., Kaluzhniy N.A., Shvarts M.Z. AlGaAs/GaAs Photovol-taic Cells with an Array of InGaAs QDs (Fotoelektri-cheskie preobrazovateli AlGaAs/GaAs s massivom kvantovyh tochek InGaAs). Physics and Technics of Semiconductors (PhTS) (Fizika i tehnika poluprovodni-kov), 2009;43(4):537–542 (in Russ.).Мукашев, Б.Н. Исследования процессов получения кремния и разработка технологий изготовления солнечных элементов / Б.Н. Мукашев [и др.] // Физика и техника полупроводников. – 2015. – Т. 49. – Вып. 10. – С. 1421–1428.Mukashev B.N., Betekbaev A.A., Kalygulov D.A., Pavlov A.A., Skakov D.M. Investigation of processes of silicon production and technology development manufacturing of solar cells (Issledovaniya protsessov polucheniya kremniya i razrabotka tehnologii izgotovleniya solnechnyh elementov). Physics and Technics of Semiconductors (PhTS)(Fizika i tehnika poluprovodnikov), 2015;49(10):1421–1428 (in Russ.).Saidov, A.S. Peculiarities of Photosensitivity of n-(GaAs)–p-(GaAs)1–x–y(ZnSe)x(Ge2)y Structures with Quantum Dots / A.S. Saidov [et al.] // Applied Solar Energy. – 2015. – Vol. 51. – Iss. 3. – P. 206–208.Saidov A.S., Zainabidinov S.Z., Kalanov M.U., Boboev A.Y., Kutlimurotov B.R. Peculiarities of Photo-sensitivity of n(GaAs)–p(GaAs)1–x–y(ZnSe)x(Ge2)y Structures with Quantum Dots. Applied Solar Energy, 2015;51(3):206–208.Aroutiounian, V. Quantum dot solar cells / V. Aroutiounian [et al.] // Appl. Phys. – 2001. – No. 89. – P. 2268.Aroutiounian V., Petrosyan S., Khachatryan A., Touryan K. Quantum dot solar cells. Journal of Applied Physics, 2001;(89):268–2271.Ledentsov, N.N. Quantum dot heterostructures: fabrication, properties, lasers / N.N. Ledentsov [et al.] // Fiz. Tekh. Poluprovodn. – 1998. – No. 32. – P. 385.Ledentsov N.N., Ustinov V.M., Shchukin V.A., Kop’ev P.S., Alferov Zh.I., Bimberg D. Quantum dot heterostructures: fabrication, properties, lasers (Getero-struktury s kvantovymi tochkami: poluchenie, svoistva, lazery). Physics and Technics of Semiconductors (PhTS) (Fizika i tehnika poluprovodnikov),1998;32(4):385–410 (in Russ.).Saidov, A.S. Growth of solid solutions of re-placement (GaAs)0.69(Ge2)0.17(ZnSe)0.14 and (GaAs)0.76(ZnSe)0.15(Ge2)0.09 / A.S. Saidov, A.Y. Boboev // The International Symposium “New Tendencies of Developing Fundamental and Applied Physics: Problems, Achievements, Prospectives” November 10–11, 2016. – Р. 178–180.Saidov A.S., Boboev A.Y. Growth of solid solu-tions of replacement (GaAs)0.69(Ge2)0.17(ZnSe)0.14 and (GaAs)0.76(ZnSe)0.15(Ge2)0.09. The International Symposium “New Tendencies of Developing Fundamental and Applied Physics: Problems, Achievements, Prospectives” November 10–11, 2016; pp. 178–180.Zainabidinov, A.S. Growth, Structure, and Properties of GaAs-Based (GaAs)1-x-y(Ge2)x(ZnSe)y Epitaxial Films / A.S. Zainabidinov [et al.] // Semiconductors. – 2016. – Vol. 50. – No. 1. – P. 59–65.Zainabidinov S.Z., Saidov A.S., Leiderman A.Yu., Kalanov M.U., Usmonovand Sh.N., Boboev A.Yu. Growth, Structure, and Properties of GaAs-Based (GaAs)1-x-y(Ge2)x(ZnSe)y Epitaxial Films. Semiconductors, 2016;50(1):59–65.Саидов, А.С. Жидкостная эпитаксия компенсированных слоев арсенида галлия и твердых растворов на его основе / А.С. Саидов, М.С. Саидов, Э.А. Кошчанов. – Ташкент: Издательство «Фан», 1986. – С. 127.Saidov A.S., Saidov M.S., Koshchanov E.A. Liquid-Phase Epitaxy of Compensated Layers of Gallium Arsenide and Solid Solutions on Its Base (Zhidkostnaya epitaksiya kompensirovannyh sloev arsenida-galliya i tverdyh rastvorov na ego osnove). Fan, Tashkent, 1986; p. 127 (in Russ.).Хлудков, С.С. Диффузия примесей в арсениде галлия, диффузионные структуры и приборы / С.С. Хлудков // Вестник Томского государственного университета общенаучный периодический журнал. –2005. – № 285. – С. 84–94.Khludkov S.S. Diffusion of impurities in gallium arsenide, diffusion structures and devices (Diffuziya primesei v arsenidagalliya, diffuzionnye struktury i pribory). Bulletin of Tomsk State University (Vestnik Tomskogo gosudarstvennogo universiteta), 2005;(285):84–94 (in Russ.).Журавлев, К.С. Исследование комплексообразования в эпитаксиальном сильно легированном p-GaAs :Ge методом фотолюминесценции / К.С. Журавлев [и др.] // ФТП. – 1990. – Т. 24. – Вып. 9. – С. 1645–1649.Zhuravlev K.S., Chikichev S.I., Shtaske R., Ya-kusheva N.A. Investigation of complexation in epitaxial heavily doped p-GaAs:Ge by photoluminescence method (Issledovanie kompleksoobrazovaniya v epitaksial'nom sil'no legirovannom p-GaAs:Ge metodom fotolyuminest-sentsii). Physics and Technics of Semiconductors (PhTS)(Fizika i tehnika poluprovodnikov), 1990;24(9):1645–1649 (in Russ.).Zainabidinov, S. Structural characteristics of n-GaAs – p-(GaAs)1–x–y(Ge2)x(ZnSe)y heterostructures / S. Zainabidinov, M. Kalanov, A. Boboev // Международная конференция «Фундаментальные и прикладные вопросы физики», 13–14 июня 2017 г. – С. 107–110.Zainabidinov S., Kalanov M., Boboev A. Structural characteristics of n-GaAs – p-(GaAs)1–x–y(Ge2)x(ZnSe)y heterostructures. International Conference “Fundamental and Applied Problems of Physics” (Mezhdunarodnaya konferentsiya “Fundamental'nye i prikladnye voprosy fiziki”), June 13–14, 2017; pp. 107–110 (in Russ.).Бобоев, А.Й. Электрические и фотоэлектрические свойства эпитаксиальных пленок (GaAs)1-x-y(Ge2)x(ZnSe)y / А.Й. Бобоев [и др.] // УФЖ. – 2015. – Вып. 17. – № 4. – С. 218–224.Boboev A.Yu., Zainabidinov S.Z., Saidov A.S., Kalanov M.U. Electrical and Photoelectric Properties of Epitaxial films (GaAs)1-x-y(Ge2)x(ZnSe)y (Elektricheskie i fotoelektricheskie svoistva epitaksial'nyh plenok (GaAs)1-x-y(Ge2)x(ZnSe)y). Uzbek Journal of Physics (UJPh), 2015;17(4):218–224 (in Russ.).Aleshkin, Ya.Direct band Ge and Ge/InGaAs quantum wells in GaAs/ Ya. Aleshkin, A.A. Dubinov // J. Appl. Phys. – 2011. – Vol. 109. – No. 123. – P. 107.Aleshkin Ya., Dubinov A.A. Direct band Ge and Ge/InGaAs quantum wells in GaAs. Journal of Applied Physics (J. Appl. Phys.), 2011;109(12):107.Полушина, И.К. Электрические и люминесцентные свойства монокристаллов GaAs--AIIBIVCV2/ И.К. Полушина, В.Ю. Рудь, Ю.В. Рудь // ФТП. – 1999. – Т. 33. – Вып. 6. – С. 697–700.Polushina I.K., Rud’ V.Yu., Rud’ Yu.V. Elec-trical and photoluminescence properties of GaAs–AIIBIVCV2 single crystals (Elektricheskie i lyuminest-sentnye svoistva monokristallov GaAs–AIIBIVCV2). Physics and Technics of Semiconductors (PhTS)(Fizika i tehnika poluprovodnikov), 1999;33(6):897–700 (in Russ.).Блецкан, Д.И. Влияние отклонения от стехиометрии и легирования на спектры фотопроводимости слоистых кристаллов GeSe / Д.И. Блецкан, Й.Й. Мадяр, В.Н. Кабаций //ФТП. – 2006. – Т. 40. –Вып. 2. – С. 142–147.Bletskan D.I., Madyar J.J., KabaciyV.N. Influence of the deviation from stoichiometry and the doping of GeSe layered crystals on their photoconductivity spectra (Vliyanie otkloneniya ot stehiometrii i legirova-niya na spektry fotoprovodimosti sloistyh kristallov GeSe). Physics and Technics of Semiconductors (PhTS)(Fizika i tehnika poluprovodnikov), 2006;40(2):142–147 (in Russ.).Саидов, А.С. Выращивание пленок твердого раствора (GaAs)1-x(ZnSe)x и исследование их структурных и некоторых фотоэлектрических свойств / А.С. Саидов [и др.] // ФТТ. – 2011. – Т. 53. – Вып. 10. – С. 1910–1919.Saidov A.S., Saidov M.S., Usmonov Sh.N., Leiderman A.Yu., Kalanov M.U., Gaimnazarov K.G., Kurmantaev A.N. Growth of (GaAs)1x(ZnSe)x solid solution films and investigation of their structural and some photoelectric properties (Vyrashсhivanie plenok tverdogo rastvora (GaAs)1−x(ZnSe)x i issledovanie ih strukturnyh i nekotoryh fotoelektricheskih svoistv). Physics of the Solid State (PhSS)(Fizika tverdogo tela), 2011;53(10):1910–1919 (in Russ.).Супрун, С.П. Эпитаксия ZnSe на GaAs при использовании в качестве источника соединения ZnSe / С.П. Супрун, В.Н. Шерстякова // ФТП. – 2009. – Т. 43. – Вып. 11. – С. 1570–1575.Suprun S.P., Sherstyakova V.N., FedosenkoE.V. Epitaxy of ZnSe on GaAs from ZnSe compound source (Epitaksiya ZnSe na GaAs pri ispol'zovanii v kachestve istochnika soedineniya ZnSe). Physics and Technics of Semiconductors (PhTS)(Fizika i tehnika poluprovodnikov), 2009;43(11):1526–1531 (in Russ.).Ткаченко, И.В. Механизм дефектоутворення та люминесценции у бездомишкових и легированих теллуром кристаллах селениду цинку / И.В. Ткаченко // Дис. канд. физ.-мат. наук, 2005. – 136 с.Tkachenko I.V. Mechanism of the Defecting of Luminescence in homeless and Tellurium-doped Crystals of Zinc Selenium (Mehanizm defektoutvo-rennya lyuminestsentsii ta bezdomishkovih i legirovanih tellurom kristallah selenidu tsinku). Dis. Ph.D., 2005:136 (in Ukr.).Зайнабидинов, С.З. Высокоразрешающие рентгенодифракционное исследования пленок твердых растворов (GaAs)1-x-y(Ge2)x(ZnSe)y/ С.З. Зайнабидинов // ДАНРУз. – 2015. – No. 3. – С. 18–21.Zaynabidinov S.Z., Saidov A.S., Kalanov M.U., Boboev A.Y. High-resolution X-ray diffraction studies of (GaAs)1-x-y(Ge2)x(ZnSe)y solid solution films (Vysokorazreshayushhie rentgeno-difraktsionnye issledovaniya plenok tverdyh rastvorov (GaAs)1-x-y(Ge2)x(ZnSe)y). Reports of the AS RUz (RASRUz)(DAN RUz), 2015;(3):18–21 (in Russ.).Случанская, И.А. Основы материаловедения и технологии полупроводников / И.А. Случанская. – М.: Мир, 2002. – С. 380.Sluchansky I.A. Fundamentals of materials science and semiconductor technology (Osnovy mate-rialovedeniya i tehnologii poluprovodnikov). Mos-cow: Mir Publ., 2002; p. 380 (in Russ.).Саидов, М.С. Твердые растворы многокомпонентных полупроводниковых соединений с нано-дефектами и примесные вольтаические эффекты в фотоэлементах/ М.С. Саидов // Гелиотехника. – 2006. – No. 4. – С. 48–54.Saidov M.S. Solid solutions of multicomponent semiconductor compounds with nano-defects and impurity voltaic effects in photovoltaic cells (Tverdye rastvory mnogokomponentnyh poluprovodnikovyh soedinenii s nano-defektami i primesnye vol'taicheskie effekty v fotoelementah). Geliotekhnika (Geliotehnika), 2006;(4):48–54 (in Russ.).

The authors declare that there are no conflicts of interest present.