Способ получения монокристаллов оксида цинка для лазеров Советский патент 1991 года по МПК C30B7/10 C30B29/16 

Изобретение относится к способам получения монокристаллов оксида цинка гидро- термальным методом и может быть использовано в оптоэлектронике при создании твердотелых лазеров, излучающих в ультрафиолетовой и фиолетовой области спектра и используемых в системах передачи информации, в вычислительной технике и на телевидении

Цель изобретения - увеличение интенсивности экситон-фононной люминесценции и повышение за счет этого мощности лазерного излучения в диапазоне длин волн 370-400 нм.

На чертеже показан г рафик для иллюстрации предлагаемого способа

Примеров серебряный вкладыш объемом 850 см3 загружают 500 г порошка оксида цинка ZnO, 615 см3 раствора КОН

(концентрация 5,15 моль/кг), содержащего гидрокс ид лития в концентрации 1,2 моль/кг. Для увеличения интенсивности экситон-фононной люминесцен- сии (ЭФЛ) в порошок оксида цинка добавляют металлический цинк в концентрации 3 мас.% (относительно шихты). На серебряной рамке во вкладыше подвешен затравочный кристалл, вырезанный из кристалла цинкита перпендикулярно оптической оси, весящий 16,44 г. Рамка с кристаллом и остальная арматура помещены во вкладыш, который герметизирован с помощью сильфона из фторопласта. Закрытый вкладыш помещают в автоклав объемом 1350 см , который заполняют 255 см дистиллированной воды. Автоклав закрывают специальным затвором, присоединяют к нему манометр и помещают в печь сопротивО

о

о©

ю ел

ления. Автоклав в печи нагревают до 270° С в зоне роста кристаллов и 320° С в зоне растворения шихты. Давление при этом составляет 50 МПа. Время ввода в режим 4 ч, продолжительность процесса 70 сут при уб- тановившемся режиме. После окончания процесса печь выключают, охлаждают вместе с автоклавом. Автоклав извлекают из печи и затем открывают, извлекают из него вкладыш. Вкладыш раскрывают, вынимают выращенный кристалл, промывают его дистиллированной водой от следов щелочного раствора, высушивают и взвешивают. Измеренная люминесценция в экситонной области спектра в монокристалле, выращенном в данных условиях, возрастает по сравнению с исходным образцом, полученным без добавления металлического цинка в шихту, в 3 раза.

П р и м е р 2. Технология выращивания соответствует режимам примера 1, но шихту вводят 2,3 мас.% металлического цинка. Усиление ЭФЛ составляет около 2.

П р и м е р 3. Технология выращивания соответствует режимам примера 1, но в шихту вводят 4 мас,% металлического цинка. Интенсивность ЭФЛ меньше, чем у исходных монокристаллов, выращенных без добавления цинка в шихту.

На графике показаны спектры фотолюминесценции при лазерном возбуждении (ЛГИ-21) и К кристаллов ZnO, полученных гидротермальным методом из необогащенной (кривая 1) и обогащенной ионами цинка среды: кривая 2-е добавкой 2,3 мае. % цинка; кривая 3-е добавкой 3 мае. % цинка; кривая 4 - с добавкой 4 мас.% цинка. При введении цинка в шихту в количестве 3 мас.% постепенно наблюдается общее гашение интенсивности люминесценции, что может быть вызвано заметным нарушением кристаллической решетки (по данным исследования экситонных спектров отражения) и образованием центров. При содержании цинка в шихте менее 3 мас.% эффект усиления ЭФЛ менее значителен, что связано с недостатком вхождения цинка в кристаллическую решетку ZnO. Существенный эффект усиления ЭФЛ имеет место при добавлении цинка в шихту в количестве 2,3-3,5 мас.%, наибольший 3 мас.%. Выбор основных технологических режимов выращивания определяется условиями получения совершенных по кристаллической структуре монокристаллов. Физика рассмотренного эффекта усиления ЭФЛ гидротермальных монокристаллов цинкита основана на замещении цинком лития, имеющегося в кристаллической решетке ZnO, и

соответственно снижением эффективности желто-оранжевой люминесценции, которая возбуждается при поглощении внутри кристалла экситонного излучения.

Предлагаемый метод усиления ЭФЛ мо0 жет быть использован для повышения квантовой эффективности лазеров, основанных на рекомбинации носителей заряда с участием экситонных состояний в гидротермальных монокристаллах оксида цинка.

5 Основным преимуществом предлагаемого метода усиления ЭФЛ в гидротермальных монокристаллах оксида цинка является простота осуществления и хорошая сходимость результатов, что открывает перспек0 тивы использования способа для увеличения эффективности ультрафиолетовых лазеров, изготовленных на основе ZnO, а также для других оптоэлектронных устройств.

5 Лазеры на основе гидротермальных монокристаллов оксида цинка, генерация в которых с использованием экситонных эффектов возможна в диапазоне волн 370- 440 нм, могут найти применение как источ0 ники возбуждения люминесценции различных объектов записи информации, например, в ЭВМ. При использовании изобретения увеличивается квантовый выход ультрафиолетового лазерного излучения

5 монокристаллов оксида цинка, улучшаются технические характеристики и расширяется область применения.

Формула изобретения 0 Способ получения монокристаллов оксида цинка для лазеров путем гидротермального выращивания кристалла из щелочного водного раствора исходного оксида цинка в присутствии минерализатора, содержащего литий на затравку при высоких температуре и давлении, отличающ и и с я тем, что, с целью увеличения интенсивности экситон-фононной люминесценции и повышения за счет этого мощности лазерного излучения в диапазоне длин волн 370-440 нм, в раствор дополни0 тельно вводят цинк в количестве 2,3-3,5 мас.% металлического цинка по отношению к исходному оксиду цинка.

З.отн.ей

100

SO

бо

Цо

20

370

380 390

ttt500600 OQ

Изобретение относится к получению монокристаллов оксида цинка гидротермальным методом и может быть использовано в оптоэлектронике при создании твердотельных лазеров, излучающих в ультрафиолетовой и фиолетовой областях спектра и используемых в системах передачи информации, в вычислительной технике и на телевидении. Обеспечивает увеличение интенсивности экситон-фононной люминесценции (ЭФЛ) и повышение за счет этого мощности лазерного излучения в диапазоне длин волн 370 - 440 нм. Способ включает гидротермальное выращивание кристалла из щелочного водного раствора исходного оксида цинка в присутствии минерализатора, содержащего литий. Дополнительно в раствор вводят цинк из расчета 2,3 - 3,5 мас.% металлического цинка по отношению к исходному оксиду цинка. Получены кристаллы с усилением ЭФЛ в области 370 - 440 нм в 2 - 3 раза. 1 ил.