КРИСТАЛЛОГРАФИЯ, 2004, том 49, № 2, с. 266-267
ФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА КРИСТАЛЛОВ
УДК 535.323:535.5:535.44
ОПТИЧЕСКИЕ И ЭЛЕКТРООПТИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА МОНОКРИСТАЛЛОВ ZnMgSe1
© 2004 г. В. М. Пузиков, Ю. А. Загоруйко, О. А. Федоренко, Н. О. Коваленко
Институт монокристаллов НАН Украины, Харьков E-mail: zagoruiko@isc.kharkov.com Поступила в редакцию 03.03.2003 г.
Исследованы оптические и электрооптические свойства крупногабаритных (диаметром 20, длиной ~70 мм) монокристаллов твердых растворов полупроводников Znx _ xMgxSe (x ~ 0.5), выращенных вертикальным методом Бриджмена. Установлено, что у монокристаллов ZnMgSe с концентрацией Mg, достигающей 25 ат.%, модуль разности электрооптических коэффициентов |r13 - r331 на длине волны 0.63 мкм составляет (1.1 ± 0.22) х 10-12 м/B, что по порядку величины сопоставимо с такими классическими для соединений AnBVI гексагональными материалами, как CdS и CdSe. Проведенные исследования показали, что монокристаллы твердых растворов ZnMgSe являются перспективным материалом для изготовления электрооптических модуляторов, А/4- и А/2-волновых пластин, многофункциональных оптических элементов, способных работать с высокоинтенсивным излучением CO- и С02-лазеров.
ВВЕДЕНИЕ
В [1-3] были получены кристаллы твердого раствора замещения ¿и1 _хМ§х8е (0.03 < х < 0.55), изучена их структура и измерены параметры кристаллической решетки, изучены закономерности изменения их механических, фотоэлектрических и диэлектрических свойств в зависимости от концентрации М§. Введение М§ приводит к изменению структуры кристаллов 2пБе _ вначале к увеличению концентрации гексагональной фазы, а затем к переходу в гексагональную структуру вюртцита. При х > 0.14 выращенные кристаллы 2и1 _ хМ§хБе имели гексагональную структуру вюртцита.
До последнего времени оптические свойства кристаллов 2и1 _ хМ§хБе были изучены частично и лишь при малых концентрациях М§ (0.03 < х < 0.18). Твердый раствор 2и1 _ хМ§хБе прозрачен в видимом, ближнем и среднем ИК-диапазоне и имеет низкий коэффициент поглощения на длине волны 10.6 мкм [1], а при концентрациях х > 0.14 является одноосным кристаллом, что делает его перспективным материалом для оптики ИК-диа-пазона. Поэтому исследования оптических свойств _ хМ§хБе при высоких концентрациях М§ (х ~ 0.5) являются актуальными. В данной работе исследованы оптические и электрооптические свойства кристаллов _ хМ§хБе, измерены показатели преломления и модуль разности электрооптических коэффициентов.
МЕТОДИКА ЭКСПЕРИМЕНТА
Измерение показателей преломления проводили на образце 2п052М§0488е, изготовленном в виде треугольной призмы с преломляющим углом 40°. Оптическая ось кристалла была параллельна малому ребру призмы. Так как такой кристалл является одноосным, то падающее излучение разлагается на две составляющие: обыкновенную и необыкновенную волны с показателями преломления п0 и пе соответственно. Как известно, критический угол падения (угол, при котором наступает полное внутреннее отражение) связан с показателем преломления следующим выражением:
6кр = агс8т (1/п),
где 6кр _ критический угол падения, п _ показатель преломления. Постепенно увеличивая угол падения и фиксируя его в момент полного внутреннего отражения, можно вычислить показатель преломления по формуле
n =
l( cos A sin акриТ+ 1)
• 2 л
sin A
2
+ sin а
крит'
1 Работа была представлена на Национальной конференции
по росту кристаллов (НКРК-2002, Москва).
где п _ показатель преломления, А _ преломляющий угол призмы, акрит _ критический угол падения излучения на призму.
Дисперсию показателей преломления п0 и пе измеряли в видимом диапазоне, а также на длинах волн 1.064 и 10.6 мкм. Измерение модуля разности электрооптических коэффициентов |г13 _ г331 проводили на образце, имеющем форму призмы. Основание призмы _ прямоугольная трапеция с углом при большем основании 45°. Оптическая
ОПТИЧЕСКИЕ И ЭЛЕКТРООПТИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА МОНОКРИСТАЛЛОВ 267
ось кристалла была параллельна малому ребру призмы.
Как известно, для вюртцита (класс симметрии 6тт) тензор электрооптических коэффициентов имеет следующий вид:
0 0 r13
0 0 r 23
0 0 r33
0 r42 0
Г51 0 0
0 0 0
причем г13 = г23, г51 = г42 [4]. Тогда уравнение оптической индикатриссы запишется в виде: («1 + Г1зЕз)х2 + (а + Т1зЕз)у2 + (аз + ^^г2 + + 2г51Е2уг + 2г51Е1хг = 1. Эффективность электрооптических модуляторов на основе материалов с данным классом симметрии характеризуется величиной |г13 - г331. Для расчета модуля разности электрооптических коэффициентов |г13 - г331 использовалась методика, примененная для кристаллов СёБ [5]. Внешнее электрическое поле прикладывали вдоль оптической оси, а излучение пропускали перпендикулярно ей. При этом справедлива формула
|г13 - г33| = (п0 + пе )5фХ^/ (п20 п2е п VI),
где V - приложенное к кристаллу напряжение, X -длина волны излучения, падающего на кристалл, с1 - расстояние между электродами, 5ф - дополнительная разность фаз, которую приобретают обыкновенный и необыкновенный лучи при прохождении через кристалл длиной I при приложении к нему внешнего электрического поля.
РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ
Результаты измерений обыкновенного и необыкновенного показателей преломления кристалла 2по.52М§0.488е представлены на графике (рисунок). Там же приведены для сравнения дисперсионные зависимости для СёБ, СёБе [6]. Результаты измерений показали, что данный твердый раствор является положительным одноосным кристаллом. Анализ кривых (рисунок) показывает, что значение обыкновенного и необыкновенного показателей преломления п0, пе для 7п052М§0488е меньше, чем в СёБ, СёБе, а Ап больше, чем в СёБ, и сравнимо со значением для СёБе.
Измерен модуль разности электрооптических коэффициентов |г13 - г331 для кристалла 2п063М§0378е на длине волны 0.633 мкм. Установлено, что среднее значение величины |г13 - г331 со-
Дисперсионные зависимости коэффициентов преломления no и ne для кристаллов Zn0 s2Mg0 4gSe, CdS и CdSe; 1 - no ZnMgSe, 2 - ne ZnMgSe, 3 - CdS (no), 4 - CdS (ne), 5 - CdS (no), 6 - CdS (ne).
ставляет 1.1 ± 0.22 пм/В, что меньше значения этой величины для CdS (3.6 пм/В).
ВЫВОДЫ
Исследованы оптические и электрооптические свойства твердых растворов Zn1 - xMgxSe при x ~ 0.5. Определены значения обыкновенного и необыкновенного показателей преломления no и ne в видимом, ближнем (À = 1.064 мкм) и среднем (À = 10.6 мкм) ИК-диапазонах. Сравнение с классическими анизотропными материалами из группы AnBVI показывает, что анизотропия оптических свойств (разность между no и ne) у Zn1 - xMgxSe выше, чем у CdS, и сравнима с CdSe, а сами показатели преломления меньше. Благодаря наличию существенного двулучепреломления и прозрачности в ближнем и среднем ИК- диапазонах этот материал можно использовать для изготовления управляющих элементов оптики ИК-диапазона. Модуль разности электрооптических коэффициентов |r13 - r331 для монокристаллов Zn063Mg037Se равен 1.1 ± 0.22 пм/В.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Кулаков М.П., Фадеев A.B. // Неорган. материалы. 1986. Т. 22. № 3. С. 392.
2. Zagoruiko YuA, Fedorenko O.A., Kovalenko N.O. et al. // SPIE. 1999. V. 3794. P. 96.
3. Zagoruiko Yu.A., Fedorenko O.A., Kovalenko N.O. et al. //Semicond. Phys., Quantum Optoelectron. 2000. V. 3. № 2. P. 165.
4. Шаскольская МП. Кристаллография: Учебник для втузов. М.: Выс. шк.,1976. 391 с.
5. Gainon DJ.//J. Opt. Soc. Am. 1964. V. 54. № 2. P. 270.
6. Проспект фирмы "Cleveland Crystals". 1999.
КРИСТАЛЛОГРАФИЯ том 49 < 2 2004
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.