Способ получения монокристаллов оксида цинка для лазеров

 

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.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (5ц5 С 30 В 7/10, 29/16

ГОСУДАРСТВ ЕННЫИ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21} 4688069/26 (22) 28.02.89 (46) 07.08.91. Бюл. М 29 (71) Институт кристаллографии им, А, В.Шубникова (72) И,П.Кузьмина, В.А.Никитенко, С.Г.Стоюхин и О,A.Лазаревская (53) 621.315.592 (088,8) (56) Кузьмина И.П„Никитенко В.A. Окись цинка. Получение и оптические свойства.

М.: Наука, 1984, с,20 — 30. (54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ МОНОКРИСТАЛЛОВ ОКСИДА ЦИНКА ДЛЯ ЛАЗЕРОВ (57) Изобретение относится к получению монокристаллов оксида цинка гидротермальным методом и может быть использовано в оптоэлектронике при создании твердотельИзобретение относится к способам получения монокристаллов оксида цинка гидротермальным 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 график для иллюстрации предлагаемого способа, Пример 1. В серебряный вкладыш объемом 850 см загружают 500 г порошка оксида цинка ZnO, 615 см раствора КОН (и> ъ, Ы. ао 1 668495 А 1 ных 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 в количестве 2,3 — 3,5 мас.,ь металлического цинка к исходному оксиду цинка. Получены кристаллы с усилением

ЭФЛ в области 370 — 440 нм в 2 — 3 раза. 1 ил. (концентрация 5,15 моль/кг), содержащего гидроксид лития в концентрации

1,2 моль/кг. Для увеличения интенсивности экситон-фононной люминесценсии (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 вклаздыш помещают в автоклав объемом

1350 см, который заполняют 255 см дистиллированной воды, Автоклав закрывают специальным затвором, присоединяют к нему манометр и помещают в печь сопротив1668495

10 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 установившемся 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.

Пример 2. Технология выращивания соответствует режимам примера 1, но шихту вводят 2,3 мас.% металлического цинка.

Усиление ЭФЛ составляет около 2.

Пример 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 Т=80 К кристаллов ZnO, полученных гидротермальным методом из необогащенной (кривая 1) и обогащенной ионами цинка среды; кривая 2 — с добавкой 2,3 мас.% цинка; кривая 3 — с добавкой 3 мас,% 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 (no 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 Zn0. 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 Zn0, и соответственно снижением эффективности желто-оранжевой люминесценции, которая возбуждается при поглощении внутри кристалла экситонного излучения.

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

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

Лазеры на основе гидротермальных монокристаллов оксида цинка, генерация в которых с использованием экситонных эффектов возможна в диапазоне волн 370440 нм, могут найти применение как источники возбуждения люминесценции различных объектов записи информации, например, в ЭВМ. При использовании изобретения увеличивается квантовый выход ультрафиолетового лазерного излучения монокристаллов оксида цинка, улучшаются технические характеристики и расширяется область применения, Формула изобретения

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, о т л и ч а юшийся 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 дополнительно вводят цинк в количестве 2,3 — 3,5 мас, металлического цинка по отношению к исходному оксиду цинка.

1668495

J,oòí.9

1ОО

3о

5оо 6оо уоо

Л,нм

Составитель В. Безбородова

Техред M.Ìîðãåíòàë Корректор Э. Лончакова

Редактор А. Козориз

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул,Гагарина, 101

Заказ 2631 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5