Способ получения монокристаллов оксида цинка для лазеров

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 9) (11) Е ИЗОБ ИСА ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР(54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ МОНОКРИСТАЛЛОВ ОКСИДА ЦИНКА ДЛЯ ЛАЗЕРОВ(57) Изобретение относится к получению монокристэллов оксида цинка гидротермальным методом и может быть использовано воптоэлектронике 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,П р и м е р 1, В серебряный вкладыш объемом 850 см загружают 500 г порошка оксида цинка 2 пО, 615 см раствора КОН ц 5 С 30 В 7/10, 29/1 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 враствор вводят цинк в количестве 2,3 - 3,5 мас, оь 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,ф (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 сопротив 166849510 30 35 40510 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.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) и Т=80 К кристаллов ЕпО, 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 (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 ЕпО, 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 ЕпО, 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 ЕпО,а также для других оптоэлектронных устройств. 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 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 ющ и й 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 дополнительно вводят цинк в количестве 2,3 - 3,5 мас,% металлического цинка по отношению к исходному оксиду цинка,1668495 1,етн.ей нм оставитель В, Безбородо А. Козориз Техред М.Моргентал Корректор Э. Лончакова Реда Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул,Гагарина, 10 аказ 2631 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж, Раущская наб., 4/5