Выращивание монокристаллов и исследование оптических свойств тройного полупроводникового соединения CuAlSe2 тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.10 ВАК РФ

ИНСТИТУТ ФИЗИКИ ТВЕРДОГО ТЕЛА И ПОЛУПРОВОДНИКОВ Д ^ АКАДЕМИИ НАУК РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ

УДК 621.315.592

ГРУЦО Сергей Алексеевич

Выращивание монокристаллов и исследование оптических свойств тройного полупроводникового соединения СшМБег

01.04.10 - физика полупроводников и диэлектриков

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

Минск, 1996

Работа выполнена в лаборатории физики высоких давлений Инстшута физики твердого тела и полупроводников АН Беларуси.

Научный руководитель:

кандидат физико-математических наук

старшин научный сотрудник Маковецкая Л. А.

Официальные оппоненты:

доктор физико-математических наук, профессор Новиков А.П.

кандидат физико-математических наук, старший тучный сотрудник Мурин Л.И.

Оппонирующая организация: Институт физики АН Беларуси

Защита диссертации состоится 28 июня 1996 г. в 14.00 часов на заседании Совета по защите диссертаций Д01.06.01 Института физики твердого тела и полупроводников АН Беларуси (220072, г.Минск, ул.П.Бровки, 17).

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Инстшута физики твердого тела и полупроводников АНБ.

Автореферат разослан "_"_1996 года

Ученый секретарь

Совета по защите диссертаций

доктор физ.-мат. наук

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы диссертации. С развитием физики и техники полупроводников усиливается интерес к новым полупроводниковым материалам, применение которых в технике позволяет создавать, используя их уникальные свойства, новые типы полупроводниковых приборов и устройств. К числу таких материалов относятся тройные полупроводниковые соединения типа А1В111С1'12. Эти соединения являются двулучепреломляющими и оптически активными кристаллами. У некоторых из них, в том числе и у соединения СиА13е2, дисперсионные кривые показателей преломления пересекаются на некоторой длине волны в, так называемой, изотропной точке (ИТ). На основе таких оптически активных кристаллов с ИТ могут быть изготовлены узкополосные оптические светофильтры. Такой фильтр, работающий на длине волны ИТ, называют гиротропным изоиндексным фильтром. В кристаллах СиАЛЭез длина волны ИТ и, следовательно, полоса пропускания фильтра изготовленного на их основе находятся вблизи длины волны излучения второй гармоники (532 нм) широко используемого неодимо-вого лазера на иттрий-алюминиевом гранате.

Гиротропный изоиндексный фильтр на основе тройного полупроводникового соединения СиА13е2 ко времени начала выполнения данной работы не был реализован, «то -»очано с отсутствием технологии получения объемных оптически однородных монокристаллов. По этой же причине соединение СиА13ег является одним из наименее изученных соединений типа А1В1ПС,,12. Так, например, в литературе отсутствовали данные о величине оптической активности и дисперсии двулучепреломления СиА13е2, не бьши изучены механизмы зависимости положения края собственного поглощения СиА13е2 от температуры и химического состава кристалла.

Связь работы с крупными научными программами. Работа выполнялась в Институте физики твердого тела и полупроводников АНБ согласно заданиям по постановлению СМ СССР № 328 от 05.10.85, а также по планам НИР входивших в республиканскую комплексную программу фундаментальных исследований в области естественных наук "Кристалл 1" и "Кристалл 2".

Цель и задачи исследования. Целью исследования являлось создание на основе тройного полупроводникового соединения СиА13е2 гиротропного изоиндексного фильтра на длину волны второй гармоники излучения неодимового лазера.

Для достижения поставленной цели решались задачи разработки технологии выращивания из расплава объемных монокристаллов СиА13е2, исследования их оптических свойств, изготовления на их основе фильтра, определения его характеристик и способов подстройки центра полосы пропускания этого фильтра к длине волны 532 нм - второй гармонике излучения Ые3* НАГ лазера.

Научная новизна полученных результатов. Впервые разработаны технологические условия, позволяющие выращивать из расплава объемные монокристаллы тройного полупроводникового соединения СиА13е2 диаметром до 18 мм и длиной до 35 мм. На основе измерений дисперсионных зависимостей показателей преломления необыкновенного и обыкновенного лучей впервые определено положение изотропной точки (ИТ) и дисперсия двулучепреломления в её окрестности для выращенных из расплава монокристаллов СиА13е2 стехиометриче-ского состава при комнатной температуре. Проведены исследования оптической активности СиА13е2, определена величина и угловая зависимость удельного вращения плоскости поляризации, рассчитано значение единственного ненулевого компонента тензора гирации на длине волны ИТ. Установлена зависимость положения ИТ кристаллов СиА13е2 от содержания селена в кристалле и от температуры. На основе исследований края собственного поглощения СиА13е2 показано, что смещение ИТ в коротковолновую сторону при уменьшении содержания селена в кристалле обусловлено увеличением ширины запрещенной зоны. На основе измерений дисперсионных зависимостей показателей преломления показано, что температурная зависимость положения ИТ в области комнатных температур является следствием температурной зависимости ширины запрещенной зоны кристалла.

Практическая значимость полученных результатов. Впервые создан на основе монокристаллов СиА13е2 узкополосный гиротропный изоиндексный светофильтр с широкой угловой аппертурой на длину волны 532 нм. Создана ростовая установка обеспечивающая технологические условия выращивания монокристаллов из расплава в темпе-

ратурном градиенте на фронте кристаллизации до 100 °С/см при перегреве расплава относительно температуры кристаллизации менее чем на 100 °С.

.Основные положения выносимые на защиту.

1. Технологические условия выращивания монокристаллов CuAlSe2 из расплава методом вертикальной направленной кристаллизации позволяющие получать оптически однородные монокристаллы пригодные для изготовления на их основе гиротропного изоиндексного фильтра.

2. Результаты исследования дисперсионных зависимостей показателей преломления и оптической активности в кристаллах CuAlSe2. Определение значений дисперсии двулучепреломления и удельного вращения плоскости поляризации вблизи ИТ, что позволило рассчитать полуширину полосы пропускания гиротропного изоиндексного фильтра на основе CuAlSe2.

3. Установление зависимости положения изотропной точки кристаллов CuAlSe2 от температуры и содержания селена в кристалле, что позволяет совмещать центр полосы пропускания фильтра с длиной волны 532 нм - второй гармоникой излучения Ne3+ ИАГ лазера.

Апробация результатов диссертации . Материалы диссертационной работы докладывались и обсуждались на III Всесоюзной конференции "Материаловедение халькогенидных полупроводников" (Черновцы, 1991), VIII Всесоюзной конференции по росту кристаллов (Харьков, 1990), Научно-технической конференции "Перспективные материалы твердотельной электроники. Твердотельные преобразователи в автоматике и робототехнике" (Минск, 1990), V и VI научных конференциях молодых ученых (Ужгород, 1990, 1991).

Опубликованность результатов. Основные результаты диссертации опубликованы в 2 статьях, 7 сборниках тезисов докладов, 4 отчетах о НИР, защищены 4 авторскими свидетельствами.

В статьях, написанных в соавторстве, автору диссертации принадлежат результаты и выводы изложенные в диссертационной работе, а также приведенные в автореферате.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, выводов. Работа изложена на 74 страницах, содержит 24 рисунка, 4 таблицы. Список использованных источников содержит 56 наименований.

КРАТКОЕ .СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении содержится оценка перспективности применения в полупроводниковой технике тройных полупроводниковых соединений типа А1В111С712, обладающих уникальным набором физических свойств, показаны преимущества гиротропного изоиндексного фильтра по сравнению с фильтрами других типов, обоснована необходимость проведения работы по созданию такого фильтра на основе монокристаллов СиА1Эег.

В общей характеристике работы обосновывается актуальность темы диссертации, формулируются цели и задачи работы, научная новизна и практическая значимость исследований, основные защищаемые положения, приводятся сведения об апробации, опубликованности результатов, структуре и объеме работы, а также о личном вкладе автора и соответствии важнейшим темам НИР.

В первой главе проанализированы литературные данные по кристаллической и зонной структуре СиА13е2, выращиванию монокристаллов, оптическим и электрофизическим свойствам этого соединения, а также описан принцип действия гиротропного изоиндексного фильтра.

Тройное полупроводниковое соединение СиА1Бе2 является представителем соединений типа А1В111СУ12 кристаллизующихся в структуре халькопирита. Наличие в этих соединениях 2-х сортов катионов А и В приводит к тетрагональному искажению элементарной ячейки, вследствие которого в кристаллах этих соединений проявляется одновременно оптическая активность и двулучепреломление, причем в некоторых из них, в том числе и в СиА13е2, дисперсионные кривые показателей преломления пересекаются в т.н. изотропной точке (ИТ) . Уникальное сочетание оптических- свойств таких кристаллов позволяет изготовить на их основе узкополосные светофильтры с пропусканием на длине волны ИТ. Такой гиротропный изоиндексный фильтр представляет собой монокристаллическую пластину, вырезанную так, чтобы оптическая ось кристалла лежала в ее плоскости и помещенную между двумя скрещенными поляризаторами. Проходя через фильтр, свет с длиной волны ИТ поворачивает, за счет оптической активности, свою плоскость поляризации на 90° и пропускается вторым поляризатором, а для света с другой длиной волны действие оп-

тической активности подавляется ненулевым двулучепреломлением и он не проходит через фильтр. Для кристаллов СиА13е2 ИТ находится вблизи длины волны излучения второй гармоники неодимового лазера (532 нм), поэтому фильтр на основе СиА13е2 можно использовать для выделения этой лазерной линии.

Из анализа литературных данных следует, что основным методом выращивания монокристаллов СиА13е2 является метод химических газотранспортных реакций. Кристаллы выращенные этим методом представляют собой иглы или тонкие пластинки с одной зеркальной гранью (112) лежащей под углом к оптической оси и, поэтому, не пригодны для изготовления гиротропного изоиндексного фильтра. При выращивании монокристаллов СиА13е2 из расплава получали только поликристаллические слитки с монокристаллическими блоками размером несколько миллиметров. Вследствие отсутствия технологии выращивания объемных монокристаллов соединения СиА13е2 его физические свойства изучены недостаточно и гиротропный изоиндексный фильтр на его основе не реализован.

Во второй главе описана технология выращивания из расплава объемных монокристаллов СиА13е2 методом вертикальной направленной кристаллизации.

Предварительный синтез соединения СиА13е2 проводился двух-температурным или однотемпературным методом. Двухтемпературный метод позволяет получать большие слитки СиА13е2 стехиометриче-ского состава и высокой чистоты, но полученный по этому методу поликристаллический СиА13е2 надо перегружать в тигель для выращивания монокристаллов, что приводит к его загрязнению и усложнению технологического процесса. Для того, чтобы синтезированное соединение можно было без перегрузки помещать в установку для выращивания монокристаллов использовался однотемпературный метод , предварительного синтеза. Стехиометрические навески компонентов общей массой до 20 грамм загружались в тигли из пиролитического нитрида бора. Тигли использовались цилиндрические с коническим дном и цилиндрическим хвостовиком. Перед загрузкой тигли прокаливали в вакууме при Т=1100 "С, затем обрабатывали "царской водкой" и промывали дистиллированной водой. Тигли помещали в заранее протравленную ампулу из кварцевого стекла. Снизу к ампуле привари-

вали держатель из кварцевого стержня для присоединения к вибратору. Предварительный синтез проводили в вертикальной однозонной печи сопротивления. Откачанную до 1х10"5 мм рт.ст. и запаянную ампулу с тиглем помещали в печь, которую нагревали в течение 6-7 часов до температуры 1200 °С. Затем следовала двухчасовая выдержка при этой температуре с вибрацией ампулы, после чего вибратор отключали и проводилось охлаждение расплава со скоростью 10 °С/мин. до температуры 950 °С. По достижении этой температуры питание печи выключалось и дальнейшее охлаждение реакционной ампулы происходило со скоростью остывания печи.

Рентгено-структурный анализ синтезированного соединения показал, что оно обладает кристаллической структурой халькопирита, разрешение высокоугловых линий свидетельствует о его гомогенности, а результаты химического анализа подтвердили его стехио-метричность. Дифференциально-термический анализ полученного соединения показал, что расплав СиА13е2 склонен к значительному переохлаждению достигающему 50 °С. Поэтому для выращивания из расплава монокристаллов СиА13е2 была создана трехзонная ростовая установка позволяющая, за счет минимизации тепловых потерь на нижней границе высокотемпературной зоны, получать температурный градиент до 100 °С/см при температуре плавления СиА13е2 - 1064 °С, одновременно не допуская перегрева ростовой ампулы до температуры 1200 °С при которой начинается размягчение кварцевого стекла.

При выращивании монокристаллов ампула с предварительно синтезированным СиА13е2 помещалась в верхнюю зону ростовой установки. После установки заданного температурного поля ампула выдерживалась в течение суток для гомогенизации расплава и опускалась в нижнюю зону со скоростью не более 0,3 мм/час. Поскольку расплав соединения СиА13е2 склонен к переохлаждению, то при осуществлении направленной кристаллизации кроме использования большого температурного градиента на фронте кристаллизации проводилось и формирование монокристаллической затравки. Для этого после кристаллизации в хвостовике тигля первой порции расплава высотой 3-5 мм опускание ампулы приостанавливали и проводился рекристаллизацион-ный отжиг в течение 48 часов. После этого ампула опускалась с

прежней скоростью в нижнюю зону установки где при температуре 900 °С проводился гомогенизирующий отжиг выращенного монокристалла в течение 10 суток. После окончания гомогенизирующего отжига температура уменьшается до. 700 °С со скоростью 5 °С/час и далее до комнатной температуры в выключсппий печи. Это необходимо для снятия термических напряжений котсрыо могут привести к растрескиванию монокристалла. По описанному способу были выращены монокристаллы CuAlSe2 диаметром 18 мм и длиной до 35 мм. Величины постоянных решетки CuAlSe2 определенные по отражениям кристаллографических плоскостей (200) и (008) монокристаллов составили а = 5,6044±0,0003 А, с = 10,9790+0,0006 Ä.

В третьей главе представлены результаты исследований оптических свойств монокристаллов CuAlSe2. Поскольку работа гиротропно-го изоиндексного фильтра основана на одновременном действии дву-лучепреломления и оптической активности, именно эти свойства и исследовались в первую очередь.

Для определения показателей преломления обыкновенного п0 и необыкновенного ле лучей и дисперсии двулучепреломления CuAiSe? в окрестности ИТ использовался метоп наименьшего отклонения. Призма вырезанная из ориентированного монокристалла CuAlSe2 так, чтобы кристаллическая плоскость (100) совпадала с биссектрисой преломляющего угла призмы, а оптическая ось кристалла с гранью преломляющего угла устанавливалась на гониометре и освещалась монохроматическим светом. Преломленный луч, наблюдаемый через выходную трубу гониометра состоял из двух линий, соответствующих обыкновенному и необыкновенному лучам, и измерялся с точностью 10 угловых секунд усреднением нескольких независимых измерений. Это соответствует абсолютной погрешности ±0,0003 для значения показателей преломления. Определенная из полученных данных длина волны ИТ Хит=532,5 нм. Значение показателя преломления в ИТ пит= 2,735, а величина дисперсии двулучепреломления a=dAn/dX=2, OxlO"4 нм в окрестности ИТ. Для определения дисперсии двулучепреломления CuAlSe2 в более широком Интерполе длин волн (0,5-ь2 мкм) использовался метод интерференции поляризованных лучей на плоскопараллельных монокристаллических пластинках. Ход дисперсии двулучепре-

ломления характерен для соединений типа А1В111С''1г: резкое возрастание на краю фундаментального поглощения и практически постоянная величина в области прозрачности, что свидетельствует об отсутствии локальных полос поглощения в данной области.

При исследовании оптической активности СиА13е2 образцы, вырезанные из ориентированных монокристаллов, в виде плоскопараллельных пластинок толщиной <3 помещались между 2-мя поляризаторами, так чтобы плоскость поляризации прошедшего через входной поляризатор света совпадала с оптической осью кристалла. Величина удельного вращения плоскости поляризации р определялась по углу а доворота выходного поляризатора до получения максимального сигнала: р = а/с/. Измерения проводились при комнатной температуре на длине волны ИТ. Для пластинки вырезанной так, чтобы ее плоскость совпадала с кристаллографической плоскостью (100) величина удельного вращения плоскости поляризации р = 110 град/мм. Рассчитанное по данным измерений удельного вращения плоскости поляризации значение, на длине волны ИТ, единственной ненулевой компоненты тензора гирации £ц = 0.78-10"3.

Кроме этого в работе проводились измерения коэффициентов поглощения монокристаллов СиА13ег в области частот предшествующей началу собственного поглощения и вблизи ИТ с целью исследования влияния изменения ширины запрещенной зоны кристалла на длину волны ИТ и, следовательно, центра полосы пропускания фильтра. Образцы представляли собой плоскопараллельные пластинки толщиной 0,82 мм вырезанные в плоскости (100). Такая пластинка представляет собой элемент гиротропного изоиндексного фильтра, то есть поворачивает на 90° плоскость поляризации света с длиной волны ИТ. Поэтому на спектральных зависимостях коэффициента поглощения а одновременно регистрируется край собственного поглощения и положение ИТ. Анализ полученных данных показывает, что часть кривой, соответствующая началу собственного поглощения, описывается зависимостью вида а=А (Ьу-Ед) иг/Ь\, характерной для прямых разрешенных переходов. В то же время, часть кривой, соответствующая области предшествующей началу собственного поглощения, описывается выражением вида а=Сехр( (Ед-Иу)/Е0), т.н. правило Урбаха. Такой вид

спектральной зависимости коэффициента поглощения характерен для неупорядоченных, в том числе и сильнолегированных полупроводников, где вследствие большой концентрации дефектов последние образуют примесные зоны сливающиеся с разрешенными зонами энергий, образуя хвост плотности состояний в запрещенной зоне.

В четвертой главе представлены результаты определения характеристик гиротропного изоиндексного фильтра, изготовленного на основе выращенных нами монокристаллов СиА13е2.

Спектральная зависимость пропускания Т гиротропного изоиндексного фильтра определяется выражением:

зт рс!

№

т=- -Г5--(1)

В ИТ, где Дл=0 пропускание Т=э1п2ра?, то есть, будет максимально при толщине кристалла удовлетворяющей условию рс/= (N+1/2) я, где N - целое, N=0,1,2,... . Это условие определяет толщину кристалла для использования в гиротропном изоиндексном фильтре. Как следует из (1), пропускание Т составит половину от максимального когда яДп/рА.=0, 8. Тогда полуширина полосы пропускания:

ДА. = 1,6 = 0,8^1 . (2)

ла ас!

Если в эту формулу подставить экспериментально определенные нами значения р и а, то полуширина полосы пропускания ДА. =

=2,6 нм. Определенная из спектра пропускания фильтра, изготовленного из вырезанной в плоскости (100) монокристаллической пластинки толщиной с(=ря/2=0,82 мм, полуширина ДА. = 2,7 нм, что хорошо согласуется с вычисленным значением. Пропускание такой пластинки на длине волны ИТ равно 0,61 и, таким образом, с учетом пропускания поляризаторов, пропускание гиротропного изоиндексного фильтра на СиА13е2 равно 0,3. Контрастность фильтра, определенная как от-

ношение пропускания в пике к пропусканию на расстоянии пяти полуширин от него, равна 80.

Как следует из (2), полуширина полосы пропускания обратно пропорциональна толщине кристалла 6, дисперсии двулучепреломления а и прямо пропорциональна величине удельного вращения плоскости поляризации р. Поэтому, для уменьшения полуширины полосы пропускания фильтра, можно использовать монокристаллические пластинки большей толщины и(или) вырезать их в кристаллографических плоскостях отличных от плоскости (100) для которой значение р максимально. Так, для фильтра изготовленного из вырезанной в"плоскости (100) пластинки толщиной с/=5рл/2=4,1 мм ДЯ=0,7 нм, а для фильтра с пластинкой вырезанной в плоскости (210) толщиной с?=рп/2=1, 9 мм ДХ=1,6 нм.

Длина волны ИТ кристаллов СиА13е2 и, следовательно, центра полосы пропускания фильтра, изготовленного на их основе, находится вблизи длины волны излучения второй гармоники неодимового лазера, которая равна 532 нм. Поэтому такой фильтр может быть использован для выделения этой лазерной линии. Однако для этого необходимо точно совместить центр полосы пропускания фильтра с этой длиной волны, что можно сделать изменяя рабочую температуру и химический состав кристалла.

Температурная зависимость длины волны центра полосы пропускания фильтра на СиА13е2 определялась из измерений спектра пропускания при разных температурах. В исследованном интервале температур -60 + +120 °С, центр полосы пропускания смещается линейно с увеличением температуры в сторону больших длин волн с коэффициентом 7, 2*10"2 нм/К.

Изменение длины волны центра полосы пропускания гиротропного изоиндексного фильтра является следствием изменения спектрального положения ИТ кристалла. ИТ представляет собой точку пересечения дисперсионных кривых показателей преломления, поэтому изменение её спектрального положения может происходить как вследствие параллельного сдвига этих дисперсионных кривых при изменении ширины запрещенной зоны кристалла, так и вследствие сдвига дисперсионных кривых друг относительно друга при изменении величины расщепления

кривых друг относительно друга при изменении величины расщепления потолка валентной зоны кристаллическим полем, либо вследствие изменения силы осциллятора одного из переходов. Как следует из проведенных, методом наименьшего отклонения, измерений дисперсионных кривых показателей преломления кристаллов СиА13е2 при разных температурах, длинноволновой сдвиг ИТ при повышении температуры является следствием уменьшения ширины запрещенной зоны.

Аналогичной зависимости длины волны ИТ от ширины запрещенной зоны можно ожидать и при изменении химического состава кристалла. При выращивании из расплава монокристаллов СиА13е2 в ростовую ампулу добавлялся избыточный Бе, для предотвращения возможной диссоциации расплава; длина волны ИТ таких кристаллов составляла 538-54 0 нм. Исследования края собственного поглощения в выращенных нами монокристаллах показали наличие хвостов плотности состояний в запрещенной зоне, вследствие большой концентрации дефектов . Наличие в ростовой ампуле избыточного Бе может привести к увеличению в кристалле концентрации междоузельных атомов Бе или вакансий Си и А1 и, тем самым, появлению хвостов плотности состояний уменьшающих оптическую ширину запрещенной зоны. Проведенные на рентгеновском анализаторе "Шсгоэсап" измерения содержания Эе и параллельные измерения длины волны ИТ в кристаллах СиА13е2 показали, что увеличение содержания Бе соответствует увеличению длины волны ИТ. Нами были выращены, без добавления избыточного Бе, кристаллы составов СиА13е2, СиАХЗех.эе и СиА13е1(эс, длина волны ИТ которых была равна 532,5, 529,2 и 526,7 нм соответственно. Исследования края собственного поглощения этих кристаллов показали, что уменьшение длины волны ИТ при уменьшении количества Зе в кристалле происходит вследствие увеличения ширины запрещенной зоны. Таким образом, изменяя содержание селена в кристалле СиА13е2 и рабочую температуру фильтра изготовленного на его основе, можно точно совместить центр полосы пропускания этого фильтра с длиной волны 532 нм - второй гармоникой излучения Ые3+ ИАГ лазера.

ВЫВОДЫ

1. Впервые разработана технология выращивания монокристаллов СиА13е2 из расплава позволяющая получать оптически однородные монокристаллы диаметром до 18 мм и длиной до 35 мм пригодные для изготовления на их основе гиротропного изоиндексного фильтра.

2. Разработана и изготовлена технологическая установка для выращивания, методом вертикальной направленной кристаллизации, монокристаллов в температурном градиенте на фронте кристаллизации до 100 °С/см при перегреве расплава относительно температуры кристаллизации менее чем на 100 °С.

3. На основе «ччерений дисперсионных зависимостей показателей преломления необыкновенного и обыкновенного лучей впервые определено положение изотропной точки (ИГ) и дисперсия двулучепреломле-ния в её окрестности для выращенных из расплава монокристаллов СиА13е2 стехиометрического состава при комнатной температуре.

4. Определена величина и угловая зависимость удельного вращения плоскости поляризации монокристаллов СиА13е2 на длине волны ИТ и рассчитано значение ненулевого компонента тензора гирации. По данным измерений дисперсии двулучепреломления и оптической активности рассчитана полуширина полосы пропускания гиротропного изоиндексного фильтра на основе монокристаллов СиА13е2.

5. Установлена зависимость положения ИТ кристаллов СиА13е2 от температуры и содержания селена в кристалле. На основе исследований края собственного поглощения СиА13е2 показано, что смещение ИТ в коротковолновую сторону при уменьшении содержания селена в кристалле обусловлено увеличением ширины запрещенной зоны. На основе измерений дисперсионных зависимостей показателей преломления показано, что температурная зависимость положения ИТ в области комнатных температур является следствием температурной зависимости ширины запрещенной зоны кристалла.

6. На основе монокристаллов СиА13е2 впервые изготовлен гиро-тропный изоиндексный светофильтр, определены его характеристики и способы подстройки центра полосы пропускания к длине волны излучения второй гармоники неодимового лазера путем изменения химического состава кристалла и рабочей температуры фильтра.

Основные результаты опубликованы в следующих работах:

1. А.с. 949973 СССР МКИ С 30 В 11/06 Способ получения тройных халвкогенидов меди / Б'.В.Корзун, С.А.Груцо, JI.А.Маковецкая и др. (СССР) - 1982.

2. А.с. 1332886 МКИ С 30 В 11/00 Устройство для выращивания кристаллов методом вертикальной направленной кристаллизации / Н.Н.Белевич, С.А.Груцо, Л.А.Маковецкая (СССР) - 1985.

3. А.с. 1322716 МКИ С 30 В 11/00 Способ получения монокристаллов соединения CuAlSe2 / И.В.Боднарь, Ю.Г.Гринь, С.А.Груцо, Маковецкая Л.А. и др. (СССР) - 1985.

4. Груцо С.А., Липницкий В.И. Дисперсия показателей преломления и оптическая активность кристаллов CuAlSe2 // Сб. тезисов докладов V науч.конф. молодых ученых, Ужгород, 1990. - с. 130.

5. Груцо С.А., Маковецкая Л.А. Зависимость длины волны пропускания светофильтров на основе CuAlSe2 от температуры и стехио-метрического состава кристаллов // Сб.тезисов докладов III всесо-юзн. конф. '"Материаловедение халькогенидных полупроводников", Черновцы, 1991. - Том 2. - с. 126.

6. Маковецкая Л.А., Корзун Б.В., Груцо С.А. и др. Управляемый светом перестраиваемый оптический фильтр. // Весц1 АН БССР сер.физ.-мат. навук - 1991. - N 3. - с. 50-52.

7. Хазитарханов Ю.А., Груцо С.А., Сусликов Л.М., Маковецкая Л. А. Двулучепреломление и гиротропия монокристаллов СиА13е2 // ЖПС - 1992. - Том 56, N 1. - с. 81-85.

8. А.с. 1739776 СССР МКИ С 30 В 11/00 Рабочая среда для нелинейно-оптических устройств / С.А.Груцо, Ю.Г.Гринь, Н.И.Желудев, Маковецкая Л.А. и др. (СССР) - 1992.

9. Grutso S.A., Makovetskaya L.A. Optical properties of CuAlSe2 crystals for gyrotropic isoindex filter // Abstracts of the 9th Int.Conf. Ternary and Multinary Compounds, Yokohama, Japan, 1993. - P. 125.

10. Grutso S.A. Composition dependence of absorption edge of CuAlSe2 crystals and center wavelength of filter made on its base // Book of Abstracts 10th Int. Conf. Ternary and Multinary Compounds, Stuttgart, Germany, 1995. - P. P0136.

РЕЗЮМЕ

Груцо Сергей Алексеевич "Выращивание монокристаллов и исследование оптических свойств тройного полупроводникового соединения СиА13е2"

Ключевые слова: СиА13е2, метод Бриджмена, двулучепреломление, изотропная точка, оптическая активность, край собственного поглощения, гиротропный изоиндексный фильтр.

Цель работы заключалась в разработке технологии выращивания из расплава объемных монокристаллов СиА13е2, исследовании их оптических свойств, создании на их основе гиротропного изоиндексно-го фильтра, определении его характеристик и способов подстройки центра полосы пропускания этого фильтра к длине волны 532 нм -второй гармонике излучения неодимового лазера.

В результате проведенных исследований разработана технология выращивания монокристаллов СиА13е2 из расплава, позволяющая получать оптически однородные объемные монокристаллы. На основе исследования двулучепреломления и оптической активности впервые определены положение изотропной точки (ИТ), величины удельного вращения плоскости поляризации и дисперсии двулучепреломления в её окрестности для кристаллов СиА13е2 стехиометрического состава при комнатной температуре и рассчитана полуширина полосы пропускания гиротропного изоиндексного фильтра. Установлена зависимость положения ИТ кристаллов СиА13е2 от температуры и содержания селена в кристалле.

На основе выращенных монокристаллов СиА13е2 впервые изготовлен гиротропный изоиндексный светофильтр и определены его параметры: длина волны центра полосы пропускания - 532,5 нм; полуширина полосы пропускания - 2,7 нм; коэффициент пропускания -0,3; контрастность - 80 для кристаллов СиА13е2 стехиометрического состава при комнатной температуре. Определены способы подстройки центра полосы пропускания фильтра к длине волны излучения второй гармоники неодимового лазера.

Р Э 3 ю м э

Груца Сяргей Аляксеев1ч "Вырошчванне монакрышталяу 1 даследа-ванне аптычных уласц1васцей трайнога пауправадниковага злучэння СиА13е2"

Ютючавыя словы: СиА13е2, метад Брьщжмэна, двупраменепралам-ленне, хзатролная кропка, аптычная актыунасць, край фундаменталь-нага паглынз::::л, гхратропны 1зад.ндэксны ф1льтр.

Мэта работы заключалася ^ распрацо^цы тэхналогИ вырошчвання з расплава аб'емных монакрышталяу СиА13ег, даследаванн1 1х аптыч-ных уласш.васцей, стварэнн! на хх аснове гхратропнага 1за1ндэкс-нага ф!льтра вызначэнн1 яго характарыстык 1 спосабаУ падстройк1 цэнтра паласы прапускання гэтага фз.льтра да даужынх хвал! 532 нм - другой гармонике выпраменьвання неадымавага лазера.

У вын1ку праведзеных даследаванняУ распрацавана тэхналог1я вырошчвання монакрышталяу СиА13е2 з расплава, якая дазваляе ат-рымл1ваць аптычна аднародныя аб'емныя монакрыштал!. На аснове даследавання двупраменепраламлення 1 аптычнай актыунасцх упершыню вызначаны становлшча 1затропнай кропкх (1К), велхчынх удзельнага вярчэння плоскасц! палярызацьи. 1 дысперсИ двупраменепраламлення У яе наваколл1 для крышталяУ СиА13е2 стзххаметрычнага састава пры хатняй тэмпературы а разлхчана па^шьтрыня паласы прапускання гхратропнага 1за1ндэкснага ф1льтра. Установлена залежнасць стано-в1шча 1К крышталяу- СиА13е2 ад тэмпературы а Утрымання Эе.

На аснове вырашчанных монакрышталяу СиАХЭег упершыню створаны г1ратропны 1за1ндэксны ф1льтр I вызначаны яго параметры: да^жыня хвал1 цэнтра паласы прапускання - 532,5 нм; паУшырыня паласы прапускання - 2,7 нм; каэфхцыент прапускання - 0,3; кантраснасць -80 для крышталяУ СиА13е2 стзххаметрычнага састава пры хатняй тэмпературы. Вызначаны спосабы падстройк1 цэнтра паласы прапускання ф1льтра да да;ужынх хвал1 выпраменьвання другой гармонхкх неадыма-вага лазера.

SUMMARY

Grutso Sergey Alekseevich "Single crystals growth and research of optical properties of ternary semiconducting compound CuAlSe2"

Key words: CuAlSe2, Bridgeman method, birefringence, isotropic point, optical activity, fundamental absorption edge, gy-rotropic isoindex filter.

The aim of work was to develop the technology of bulk single crystal s CuAlSe2 growth from the melt, to research their optical properties, to create on their basis the gyrotropic isoindex filter, to definite its characteristics and ways of tuning of this filter passband centre to a wavelength of the second harmonic radiation of the YAG laser (532 nm).

In result of conducted researches techno! r>gy of melt growth of optically perfect CuAlSe2 single crystals is developed. On the basis of birefringence and optical activity researches are for the first time determined a wavelength of an isotropic point (IP) , size of specific rotatory power and birefringence dispersion at IP vicinity for stoichiometric CuAlSe2 crystals at room temperature and half-width of the gyrotropic isoindex filter passband is designed. Dependence of CuAlSe2 crystals IP position from temperature and Se contents in crystals is established.

On the basis of grown crystals CuAlSe2 is for the first time made gyrotropic isoindex filter and its parameters are determined: wavelength of a passband centre - 532,5 nm; half-width of a passband - 2,7 nm; transmission - 0,3; contrast - 80 for crystals CuAlSe2 at room temperature. Ways of tuning of the filter passband centre to a wavelength of the second harmonic radiation of the YAG laser are determined.

ГРУЦО Сергей Алексеевич

Выращивание монокристаллов и исследование оптических свойств тройного полупроводникового соединения СшШег

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

01.04.10 - физика полупроводников и диэлектриков

Подписано к печати . Формат 60x90 1/6. Бумага типографская.

Объем Тираж 100 экз. Заказ . Бесплатно.