Спосіб виготовлення структур аіг:nd/aiг:cr4+ та ггг:nd/ггг:cr4+ для активних середовищ мікрочіпових лазерів з пасивно-модульованою добротністю

Спосіб виготовлення структур АІГ Nd/АІГ Сг4+ та ГГГ Nd/rrrCr 4 + для активних середовищ мікрочіпових лазерів з пасивно-модульованою добротністю методом рідинно-фазної епітаксії, що включає занурення підкладки з алюмо-ітрієвого гранату, легованого іонами неодиму (АІГ Nd), або галій-гадолінієвого гранату, легованого іонами чин-розплав суміші гранатоутворюючих оксидів Y2O3, АЬОз або СагОз, Gd2O3, ВІДПОВІДНО, та оксиду легуючої домішки СГ2О3 і розчинника PbO, B2O3, наплавлених в платиновому тиглі на повітрі при нормальному тиску в певних співвідношеннях, і вирощування плівок при заданих режимах, який відрізняється тим, що в склад суміші додають МдО, концентрація якого визначає величину коефіцієнта поглинання на ДОВЖИНІ ХВИЛІ Я, = 1,064 мкм а(1,064), а вміст ОКСИДІВ В суміші наважують ВІДПОВІДНО ДО МОЛЬНИХ співвідношень, при цьому вміст оксиду хрому перевищує стехіометричне значення (СГ2О3/АІ2О3, СггОзАЗагОзИО2), а температуру вирощування задають в діапазоні 1000-1200°С, температуру переохолодження 10-30°С, швидкість обертання підкладки ю 59061 модулятора використовується плівка насичуваного 4+ поглинача, наприклад, АІГ Сг яка наноситься на монокристалічне генеруюче середовище, наприклад, АІГ Nd , яка може бути отримана за допомогою, наприклад, методу рідинно-фазної епітаксії при температурах вищих за 1000°С (Charter I , Ferrand В, Pelenc D, Wyon C Laser cavity passively switched by a saturable absorber and laser incorporating said cavity // US Patent, №5502737, 1996) Проте, не описується спосіб виготовлення епітаксійних структур, який дозволяє одержувати плівки насичуваного поглинача методом рідиннофазної епітаксії з необхідною для пасивної модуляції концентрацією чотирьохвалентних ІОНІВ хро4+ му Сг в тетраедричних позиціях кристалічної гратки гранату Найбільш близьким до запропонованого винаходу є спосіб вирощування епітаксійних плівок алюмо-ітрієвого гранату, легованого іонами неодиму (АІГ Nd), на підкладках алюмо-ітрієвого гранату (АІГ) методом рідинно-фазної епітаксії, що включає занурення підкладки з алюмо-ітрієвого гранату (АІГ) в пересичений розчин-розплав суміші гранатоутворюючих оксидів Y2O3, АЬОз та оксиду легуючої домішки ІЧсЬОз і розчинника РЬО, В2О3, наплавлених в платиновому тиглі на повітрі при нормальному тиску в певних співвідношеннях і вирощуванні плівок при заданих режимах (температура, швидкість обертання, час) (Chambaz В, Charter І , Ferrand В , Pelenc D Optically pumped laser mimcavity, its production process and laser using said cavity// US Patent, 5309471, 1994) Цей спосіб забезпечує входження ізовалентної домішки Nd 3+ в стійкому трьохвалентному стані з концентрацією до 10ат%, проте, в цьому способі не згадується про можливість легування неїзовалентною домішкою, наприклад Сг4+ та и стабілізацію в чотирьохвалентному стані в тетраедричних позиціях кристалічної ґратки АІГ, що саме необхідно для реалізації режиму насичуваного поглинання пасивного модулятора В основу винаходу поставлено завдання розробити спосіб нарощування на монокристалічних підкладках активного генеруючого середовища на основі оксидних сполук, легованих іонами Nd 3+ a саме алюмо-ітрієвого гранату (АІГ Nd) та галійгадолінієвого гранату (ГІГ Nd), епітаксійного монокристалічного шару насичуваного поглинача аналогічного підкладці складу, легованого іонами Сг4+ (АІГ Сг4+ та ГГГ Сг + , ВІДПОВІДНО), методом рідиннофазної епітаксії шляхом вибору ВІДПОВІДНОГО складу шихти ростового розплаву та температури росту, що дало б можливість отримувати епітаксійні плівки насичуваного поглинача АІГ Сг4+ та ГГГ Сг4+ з необхідними для роботи мікрочіпового лазера в режимі пасивно-модульованої добротності концентрацією ІОНІВ в чотирьохвалентному стані (Сг4+) в тетраедричному оточенні, які забезпечують коефіцієнт поглинання на довжині хвилі X = 1,064 мкм а(1,064) > 20 см" 1 та товщиною Поставлене завдання вирішується тим, що в способі епітаксійного нарощування шару насичуваного поглинача АІГ Сг4+ або ГГГ Сг4+ методом рідинно-фазної епітаксії, що включає занурення підкладки алюмо-ітрієвого гранату, легованого іонами неодиму (AIT Nd), або галій-гадолінієвого гранату, легованого іонами неодиму (ГГГ Nd), ВІДПОВІДНО, в пересичений розчин-розплав суміші гранатоутворюючих оксидів Y2O3, АЬОз, або Gd2O3, СагОз, ВІДПОВІДНО, та оксиду легуючої домішки СГ2О3 і розчинника РЬО, В2О3, наплавлених в платиновому тиглі на повітрі при нормальному тиску в певних співвідношеннях, і вирощуванні плівок при заданих режимах, згідно винаходу, в склад суміші додають МдО, концентрація якого визначає величину коефіцієнту поглинання на дол = 1 0 6 4 м к м 1 064 вжині хвилі > «. а вміст оксидів в суміші наважують ВІДПОВІДНО ДО МОЛЬНИХ співвідношень (коефіцієнти Бленка-Нільсена), при цьому вміст оксиду хрому перевищує стехіометричне значення (Сг2Оз/АІ2Оз, Сг2ОзЛЗа2Оз>10 2 ), а температуру вирощування задають в діапазоні 10001200°С, температуру переохолодження 10-30°С, швидкість обертання підкладки 20 см" розплав додатково перемішувався на протязі 1год • в залежності від спеціальною платиновою мішалкою Після заверконцентрації оксиду магнію в шихті, товщину плішення процесу гомогенізації температура знижувок до 200мкм Такі параметри є достатніми для валася із швидкістю и і и и Г 0 Д до температури використання плівок АІГ Сг4+ та ГГГ Сг4+ в якості росту і в розплав занурювалася підкладка, закріппасивних модуляторів добротності мікрочіпових лена в спеціальному платиновому тримачі Протя1 064 лазерів Величина коефіцієнту поглинання ' гом всього часу росту підкладка здійснювала ререгулювалася вмістом оксиду магнію МдО в розверсивне обертання Точність підтримання плаві температури складала ±0,1 °С Після закінчення Приклад конкретного виконання процесу росту тримач з підкладкою швидко підіДля росту епітаксіиних плівок АІГ Сг4+ та 4+ ймався вище рівня розплаву, а швидкість оберГГГ Сг на підкладках генеруючого серодовища тання підвищувалася до ~ оо / хв ] реверсом АІГ Nd та ГГГ Nd, ВІДПОВІДНО, використовували 0,5с для усунення з поверхні плівки залишків розавтоматизовану установку "Gamet-З" фірми LPAI плаву Параметри отриманих плівок наведено в (Франція) Діаметр підкладок AIT Nd (концентрація Табл 1 ІОНІВ Nd + ~1ат%) та ГГГ Nd (концентрація ІОНІВ Nd3+~1,5aT%) складав 25-32мм та 20-25мм, ВІДПОВІДНО Шихта для росту епітаксіиних плівок АІГ Сг4+ розчинник вибирався з підвищеним вмістом бору, тобто для коефіцієнта R3 вибрано значення R3=11,0 Для епітаксіиних плівок АІГ Civ та 4+ ГГГ Сг температура росту складає 1000-1200°С, температура переохолодження 10-30°С, швидкість обертання підкладки до ЮОоб /хв і період реверса 5-20с, що забезпечує швидкість росту епітаксійного шару 0,4-2,5мкм/хв Приведені технологічні режими є оптимальними і забезпечують ріст епітак4+ 4+ сіиних плівок АІГ Сг та ГГГ Сг з концентрацією 4+ ІОНІВ хрому в чотирьохвалентному стані (Сг ) в 18 3 тетраедричному оточенні більше 10 см , коефіцієнт поглинання на довжині хвилі Таблиця 1 Параметри епітаксіиних плівок АІГ Сг та ГГГ Сг Епітаксійна плівка У3АІ5О12СГ(АІГСГ) Gd 3 Ga 5 0i 2 Cr 4 + (rrrCr 4 + ) Діаметр ПЛІВКИ, MM 32 24 Товщина плі- Коефіцієнт поглинання (А= 1,064 мкм) вки, мкм 75 3 40 33,7 40 Товщина епітаксіиних плівок визначалась ваговим методом Спектральні залежності коефіцієнтів поглинання плівок АІГ Сг4+ та ГГГ Сг4+ приведені на малюнку і визначалися виходячи із спектрів пропускання підкладки та структури Концентрація ІОНІВ Сг4+ в тетраедричній позиції (Ncr4+) оцінювалась за величиною коефіцієнту поглинання епітакСІЙНОІ ПЛІВКИ 1 '064 у ВІДПОВІДНОСТІ З ВІДОМИМ СПІВ NuCrr44 + (cM" 3 ) = 2-Ю 1 7 -а 1 0 6 4 (см- 1 ) I>UD4 відношенням Як видно з Табл 1, параметри отриманих епітаксіиних плівок цілком задовольнять умови для створення мікрочіпових лазерів з пасивною модуляцією добротності Концентрація С Г [tetr] CM 81О 10 81О 10 Дослідженнями було встановлено, що при температурах росту