Метаморфные гетероструктуры InSb/InAs/In(Ga,Al)As на подложках GaAs для оптоэлектроники среднего инфракрасного диапазона 2.0–4.5 мкм

Цель работы заключалась в разработке технологии роста методом молекулярно-пучковой эпитаксии на подложках GaAs(001) и конструкции низкодефектных (не более 107 см-2) метаморфных двойных гетероструктур InAlAs/InGaAs с квантоворазмерной W-образной активной областью InSb/InAs/InGaAs, обладающих высокой эффективностью люминесценции, для источников излучения среднего инфракрасного диапазона (2.0–4.5 мкм), а также комплексное исследование их структурных, электронных и люминесцентных свойств. Развита технология молекулярно-пучковой эпитаксии, позволяющая создавать на подложках GaAs(001) метаморфные буферные слои InxAl1-xAs (xmax ≥ 0.75) с корневым профилем изменения состава, а также гетероструктуры InSb/InAs/In(Ga,Al)As на его основе, характеризующиеся малой шероховатостью поверхности и низкой плотностью протяжённых дефектов (не более 107 см-2) в активной области. Исследованы процессы релаксации упругих механических напряжений в метаморфных гетероструктурах InSb/InAs/In(Ga,Al)As/GaAs(001) в зависимости от конструкции метаморфного буферного слоя, состава виртуальной подложки и дизайна активной области. Проведена оптимизация конструкции метаморфных гетероструктур, позволившая достичь баланса упругих напряжений и избежать их релаксации в активной области структур. Исследованы электронные и люминесцентные свойства оптимизированных метаморфных гетероструктур InSb/InAs/In(Ga,Al)As/GaAs(001) в зависимости от их конструкции, условий роста и структурных свойств. Методом молекулярно-пучковой эпитаксии получены метаморфные гетероструктуры InSb/InAs/In(Ga,Al)As/GaAs(001), демонстрирующие фотолюминесценцию и электролюминесценцию в среднем инфракрасном диапазоне 2.0–4.5 мкм со значением внутренней квантовой эффективности ~5% при комнатной температуре. Разработаны и реализованы методом молекулярно-пучковой эпитаксии светодиодные и лазерные гетероструктуры InSb/InAs/In(Ga,Al)As/GaAs(001), излучающие в среднем инфракрасном диапазоне (2.0–4.5 мкм).