vestnik Экологический вестник научных центров Черноморского экономического сотрудничества Ecological Bulletin of Research Centers of the Black Sea Economic Cooperation 1729-5459 Кубанский государственный университет RU 1068 10.31429/vestnik-21-3-84-89 Научная статья Original article Физика Physics Выращивание гетероструктур GaInAsSb/GaSb с массивом нанокластеров InSb для фотоэлектрических преобразователей в спектральном диапазоне 800 ≤ λ ≤ 6800 нм Growing GaInAsSb/GaSb heterostructures with an array of InSb nanoclusters for photovoltaic converters in the spectral range 800 ≤ λ ≤ 6800 nm https://orcid.org/0000-0002-9900-3767 Лунина М.Л. Лунина Марина Леонидовна Lunina Marina Leonidovna marluna14@mail.ru

PhD, Associate Professor of the Department of Physics and Photonics of the Platov South-Russian State Polytechnic University (NPI); Leading Researcher of the Laboratory of Physics and Technology of Semiconductor Nanoheterostructures for Microwave Electronics and Photonics of the Federal Research Center Southern Scientific Center of the Russian Academy of Sciences

канд. физ.-мат. наук, доцент кафедры физики и фотоники Южно-Российского государственного политехнического университета; ведущий научный сотрудник лаборатории физики и технологии полупроводниковых наногетероструктур для СВЧ-электроники и фотоники Южного научного центра РАН

 https://orcid.org/0000-0002-5534-9694 Лунин Л.С. Лунин Леонид Сергеевич Lunin Leonid Sergeevich lunin_ls@mail.ru

Doctor of Physical and Mathematical Sciences, Professor of the Department of Physics and Photonics of the Platov South-Russian State Polytechnic University (NPI)

д-р физ.-мат. наук, профессор кафедры физики и фотоники Южно-Российского государственного политехнического университета

 https://orcid.org/0000-0002-0548-9517 Донская А.В. Донская Алина Валентиновна Donskaya Alina Valentinovna alina_donskaya.8@mail.ru

postgraduate student, assistant of the Department of Physics and Photonics of the Platov South-Russian State Polytechnic University (NPI)

аспирант Института фундаментального инженерного образования, ассистент кафедры физики и фотоники Южно-Российского государственного политехнического университета (НПИ) им. М.И. Платова

 Федеральный исследовательский центр Южный научный центр Российской академии наук, Ростов-на-Дону; Южно-Российский Государственный Политехнический Университет (НПИ) им. М.И. ПлатоваFederal Research Center Southern Scientific Center of the Russian Academy of Sciences, Rostov-on-Don; Platov South-Russian State Polytechnic University (NPI), Novocherkassk Южно-Российский государственный политехнический университет (НПИ) им. М.И. Платова, НовочеркасскPlatov South-Russian State Polytechnic University (NPI), Novocherkassk Южно-Российский государственный политехнический университет имени М.И. Платова, НовочеркасскPlatov South-Russian State Polytechnic University (NPI), Novocherkassk 24 09 2024 21 3 84 89 20 07 2024 20 08 2024 24 09 2024 Copyright (c) 2024 Лунина М.Л., Лунин Л.С., Донская А.В. 2024 Лунина М.Л., Лунин Л.С., Донская А.В. Это произведение доступно по лицензии Creative Commons «Attribution» («Атрибуция») 4.0 Всемирная.

The work describes the process of producing cascade thermophotovoltaic (TPV) converters based on a GaInAsSb solid solution grown on a gallium antimonide substrate. A feature of this solid solution is a wide range of immiscibility, which limits their composition and, as a consequence, the range of wavelengths accepted by TPV converters. However, it is possible to expand the stability region of the GaInAsSb solid solution, as well as increase the efficiency of photoconversion due to the absorption of long-wavelength micron photons λ >2.48 μm, by growing ordered InSb nanoclusters on the surface of the sample. As a result of the study, it was noticed that the surface morphology depends on the deposition time of the InSb growth material. The height of nanoclusters is influenced by the crystallization time, the temperature of the growth process and the temperature gradient. Thus, the height of nanoclusters increases linearly with crystallization time and temperature gradient, and increases exponentially with increasing temperature. Thus, the optimal deposition time is 8 minutes. In addition, the photoluminescence spectrum of the Ga0.90In0.10As0.15Sb0.85/GaSb heterostructure was obtained. It shows two peaks caused by radiative recombination in the GaInAsSb layer and InSb nanoclusters. The spectral dependence of the photosensitivity of the heterosystem shows that the wavelength range is in the range 800–6800 nm.

Методом зонной перекристаллизации градиентом температуры (ЗПГТ) выращены массивы нанокластеров InSb на поверхности твердых растворов GaInAsSb, изопериодных с подложкой GaSb. Исследована эволюция морфологии нанокластеров InSb на поверхности GaInAsSb в зависимости от температуры и ее градиента, а также от времени кристаллизации. Установлено, что наибольшая плотность в массиве нанокластеров InSb с размерами 45–60 нм. Спектры фотолюминесценции имеют сложную структуру, а излучательная рекомбинация осуществляется через основные состояния в нанокластерах InSb. Измерение спектров фоточувствительности показали расширение спектрального диапазона в сторону длинных волн по сравнению с GaInAsSb/GaSb (с 4200 до 6800 нм).

 zone recrystallization nanoclusters heterostructures photoluminescence spectral sensitivity зонная перекристаллизация нанокластеры гетероструктуры фотолюминесценция спектральная чувствительность The work was carried out within the framework of state assignments of the Federal Research Center of the Southern Scientific Center of the Russian Academy of Sciences no. 122020100254-3, Federal Research Center of the Southern Scientific Center of the Russian Academy of Sciences no. 122020100326-7, as well as within the framework of the initiative research work of the Platov Polytechnical University (NPI) no. PZ-392. Работа выполнена в рамках государственных заданий ФИЦ ЮНЦ РАН №122020100254-3, ФИЦ ЮНЦ РАН №122020100326-7, а также в рамках инициативной НИР ЮРГПУ(НПИ) №ПЗ-392. Timothy, J.C., An overview of thermophotovoltaic generation electricity. Solar Energy Materials & Solar Cells, 2001, vol. 66, pp. 443–452. DOI: 10.1016/S0927-0248(00)00206-3 Andreev, V.M., Khvostikov, V.P., Larionov, V.R., Rumyantsev, V.D., Sorokina, S.V., Shvarts, M.Z., Vasil'ev, V.I., Vlasov, A.S., Tandem GaSb/InGaAsSb thermophotovoltaic cells. Conf. Record of the IEEE Photovoltaic Specialists Conference. Proc. of the 1997 IEEE 26th Photovoltaic Specialists Conference, 1997, pp. 935–938. Mauk, M.G., Shellenbarger, Z.A., Cox, J.A., Sulima, O., Bett, A.W., Mueller, R.L., Sims, P., McNeely, J.B., DiNetta, L.C., Liquid-phase epitaxy of low-bandgap III-V antimonides for thermophotovoltaic devices. Journal of Crystal Growth, 2000, vol. 211, no. 1–4, pp. 189–193. DOI: 10.1016/S0022-0248(99)00796-4 Левин, Р.В., Власов, А.С., Зотова, Н.В., Матвеев, Б.А., Пушный, Б.П., Андреев, В.М., Свойства эпитаксиальных слоев антимонида галлия, полученных методом газофазной эпитаксии из металлорганических соединений. Физика и техника полупроводников, 2006, т. 40, № 12, c. 1427–1431. Danilina, E.M., Paschenko, A.S., Estimation of thermodynamic stability of isoperiodic epitaxial structures with GaInSbAs and GaInAsP solid solution. Journal of Physics Conference Series, 2021, vol. 2086, no. 1, p. 012004. DOI: 10.1088/1742-6596/2086/1/012004 Tien, D.N., Kim, J.O., Lee, S.J., Growth of InGaAsSb/GaSb compound for infrared optoelectronic devices. Condensed Matter and Interphases, 2022, vol. 24, no. 2, pp. 250–255.DOI: 10.17308/kcmf.2022.24/9265 Лунина, М.Л., Алфимова, Д.Л., Лунин, Л.С., Пащенко, А.С., Чеботарев, С.Н., Тонкослойные гетероструктуры GaInSbAsPBi/GaSb, полученные из жидкой фазы в поле температурного градиента. Кристаллография, 2017, т. 62, № 1, с. 137–142. DOI: 10.7868/S0023476117010040 Liu, L., Liu, Yg., Zhang, Xm., Liu, B., Zhang, X., Low phase noise and quasi-tunable millimeter-wave generator using a passively InAs/InP mode-locked quantum dot laser. Optoelectronics Letters, 2020, vol. 16, no. 6, pp. 441–445. DOI: 10.1007/s11801-020-0016-z Bimberg, D., Grundmann, M., Ledentsov, N.N., Quantum dot heterostructures. England, John Wiley & Sons, 1999.