The photoluminescence of ZnSe bulk single crystals excited by femtosecond pulse

This paper reports on the photol spectra of ZnSe single crystal with trace chlorine excited by the femtosecond laser pulse. Three emission bands, including second-harmonic-generation, two-photon-excited peak and a broad band at 500-700nm, were detected. The thermal strain induced by femtosecond pulse strongly influences the photoluminescence of ZnSe crystal. The corresponding strain ~ in ZnSe crystal is estimated to be about 8.8× 10^-3 at room temperature. The zinc-vacancy, as the main point defect induced by femtosecond pulse, is successfully used to interpret the broad emission at 500-700nm. The research shows that self-activated luminescence possesses the recombination mechanism of donor-vacancy pair, and it is also influenced by a few selenium defects and the temperature. The rapid decrease in photol intensity of two-photon-excited fluorescence and second-harmonic generation emission at lower temperature is attributed to the fact that more point defects result in the thermal activation of the two-photo-absorption energy converting to the stronger recombination emission of chlorine-zinc vacancy in 500-700nm. The experimental results indicate that the femtosecond exciting photoluminescence shows a completely different emission mechanism to that of He-Cd exciting luminescence in ZnSe single crystal. The femtosecond laser exhibits a higher sensitive to the impurity in crystal materials, which can be recommended as an efficient way to estimate the trace impurity in high quality crystals.

大口径ZnSe晶体单点金刚石车削工艺技术研究

表面质量是衡量大口径ZnSe晶体能否用于红外成像和激光光学系统中最重要评价参数之一。大口径ZnSe晶体通常采用单点金刚石车削的加工方式。这种方式表面容易产生白点、云雾状缺陷,严重影响红外和激光光学系统质量。ZnSe晶体的表面质量与主轴转速、进给速度、切削深度、刀具半径等多个加工工艺参数影响因素密切相关。采用Taguchi法设计加工实验,对各个工艺参数进行深入研究,得到优化加工工艺参数组合,最终得到大口径ZnSe晶体的加工工艺技术方案。

HPVB法Fe^(2+):ZnSe激光晶体生长及激光输出特性

本文采用纯度为99.999%的颗粒状ZnSe为基质材料,纯度为99.998%的FeSe粉末为掺杂物,通过HPVB法生长了Fe^(2+):ZnSe晶体,晶体尺寸达Φ50.8 mm×120 mm。采用电感耦合等离子发射光谱仪测试了Fe^(2+):ZnSe晶体样品中铁离子掺杂浓度为3.048×10^(18)cm^(-3)。采用粉末XRD衍射仪测试了Fe^(2+):ZnSe晶体样品的X-射线衍射谱,其衍射谱与基质ZnSe样品衍射谱匹配度达92%。采用UV/VIS/NIR分光光度计和傅里叶红外光谱仪测试了Fe^(2+):ZnSe晶体样品的透过谱图,透过谱在波长3.0μm处出现了明显的Fe^(2+)离子吸收峰。采用2.94μm Er:YAG激光器为泵浦源抽运尺寸为10 mm×10 mm×4 mm的Fe^(2+):ZnSe晶体样品,重复频率为100 Hz时,激光能量输出达12 mJ,输出波长调谐范围3.95~4.15μm。

ZnSe单晶的生长

ZnSe是一种优良的发光材料 ,它具有直接跃迁型能带结构 ,禁带度为 2 .7eV ;宽的透光范围 ( 0 .5 2 0 μm) ;较高的发光效率 ;低的吸收系数 ,近年来一直是研究蓝绿光的热门材料。自从1 991年Hasse等人在GaAs衬底上外延ZnSe制成世界上第一只蓝绿光半导体激光器后 ,各国纷纷开展深入研究。目前 ,已经得到在室温下连续工作 40 0h的激光器。但是由于GaAs和ZnSe热膨胀系数和晶格常数的差异引起的缺陷 ,严重影响器件的寿命 ,为了克服这个问题 ,现正研究在ZnSe衬底上进行同质外延生长。这就需要大块的优质单晶 ,因此 ,我们对ZnSe单晶的生长展开了研究。我们采用物理气相输运法 (PVT)和化学气相输运法 (CVT)生长 ,均得到ZnSe单晶。CVT法采用I2 作输运剂 ,生长温度 85 0℃左右 ,温度梯度 2℃ ,晶体由于I2 进入晶相显桔黄色 ,生长面为 ( 1 0 0 )和 ( 1 1 1 )。PVT法生长温度在 1 0 5 0℃左右 ,温度梯度为 2℃ ,晶体只有 ( 1 1 0 )面自然显露 ,由于Zn含量的不同而呈现不同的颜色 ,我们研究了Zn/Se比例对晶体质量及性能的影响。用 30 %NaOH溶液对晶体 ( 1 1 1 )晶片进行腐蚀 ,蚀坑密度低于 2× 1 0 4/cm2 ;采用高分辨X射线衍射仪对 ( 1 0 0 )晶片进行了一系列测试。结果表明我们生长的单晶具有良好的结晶性质 ,无孪?

Fe^(2+)∶ZnSe激光晶体光学吸收及激光输出性能

采用热扩散掺杂技术制备了Fe2+∶ZnSe晶体,测试晶体样品中铁离子浓度达1.27×1018cm-3。分析了Fe2+∶ZnSe晶体光谱的光学吸收特性,在室温条件下,采用2.90μm激光器泵浦Fe2+∶ZnSe晶体,获得了中心波长4.45μm,平均功率67 mW的中红外激光输出。

高质量ZnSe单晶的研究

本文报道了以Ｉ２作输运剂，用化学气相沉积法生长ＺｎＳｅ单晶的实验结果，其生长条件为升华温度８５０～９００℃，生长管内温差１５～２０℃，温度梯度小于２℃／ｃｍ，并采用了特殊形状的生长管来控制原料的输运及生长速度。经过３０天左右的生长，得到了长３０ｍｍ，直径１５ｍｍ的桔黄色ＺｎＳｅ单晶。观察了晶体的表观形态和生长习性，并用Ｘ射线衍射技术测定了晶格常数为０．５６６７６ｎｍ，双晶衍射半峰宽为１７ｓ。用光学显微镜观察了晶体缺陷，腐蚀坑密度为（４～６）×１０４／ｃｍ２。对单晶的完整性和均匀性做了测试，并对晶体中的杂质进行了分析。实验结果表明，这种生长技术可以用来生长基底质量ＺｎＳｅ单晶。

ZnSe单晶生长及性能研究

采用物理气相输运法对ZnSe(4N)多晶原料在850℃±10℃进行提纯,再用高压坩埚下降法在1530℃、氩气保护气氛下生长出高质量ZnSe单晶体。研究了提纯过程温度的选择以及氧含量和压力对于晶体生长的影响。对生长出的单晶体进行均匀性测试表明ZnSe单晶完整性和均匀性良好。对ZnSe单晶进行光学性能测试分析表明ZnSe单晶的折射率高,吸收系数低,红外透过率大于70%。

室温脉冲Fe^(2+):ZnSe中红外激光特性研究

处于3~5μm波段的激光源在遥感、环境保护、医疗、通信和红外对抗等民用和军用领域都有广阔的应用前景。Fe^(2+):ZnSe晶体由于在材料特性和光学特性等方面都具有明显优势,是3~5μm波段极具潜力的激光介质之一。在室温条件下利用自制非链式脉冲HF激光器作为泵浦光源,对晶体直径为10 mm,厚度1 mm,Fe^(2+)离子掺杂浓度为3×1019/cm3的Fe^(2+):ZnSe晶体进行了研究,获得了中心波长4 295 nm、最大输出能量78.8 mJ的中红外激光输出。输出激光能量相对于晶体吸收泵浦能量的转换效率为27.7%,斜率效率达28.8%。采用小角度(3°)斜入射的方案很好地解决了Fe^(2+):ZnSe激光器谐振腔镜镀膜问题。

ZnSe红外窗口材料的性能及其制备

ZnSe是一种优秀的红外窗口材料,得到广泛的关注。在本文叙述了ZnSe红外窗口材料的光学特性和力学特性,以及详细地描述ZnSe体单晶熔体法、气相法、溶液法和固相再结晶制备技术及其影响因素。

ZnSe晶体的气相法制备和性能研究

采用化学气相输运法,以单质Zn和Se为原料生长ZnSe晶体。比较了加碘(Zn-Se-I2)和未加碘(Zn-Se)两种情况下产物的特征,借助XRD和SEM检测仪器对所生长的ZnSe晶体的结构、形貌和成分进行了分析。结果表明,加入碘后生长的ZnSe晶体为橙黄色,具有较好的结晶性能,晶格常数为5.668nm,Zn与Se的化学成分比为1∶1,没有其它杂质峰;未加碘的产物为多孔状陶瓷,说明加碘可以明显提高ZnSe的结晶性能,解决了一致升华范围较窄的限制条件,避免了ZnSe生长动力学的限制,因此可以获得理想化学计量比的ZnSe晶体。

ZnSe晶体加工工艺研究

制备了ZnSe晶体 ,对其生长和加工工艺进行了研究 ,提出了一些合理的解决办法。测试结果表明 。

ZnSe晶体气相生长输运剂Zn(NH_4)_3Cl_5的热分解行为及动力学

发展了一种新的ZnSe晶体气相生长输运剂Zn(NH4 ) 3Cl5;用非等温TG DTG技术 ,在 5 0、10 0、15 0和 2 0 0℃ /min 4个不同线性升温条件下 ,研究了其热行为和热分解过程的非等温动力学。结果表明 ,分解过程分 2步完成 ,讨论了与ZnSe晶体生长实验有关的第 1步分解过程。第 1步分解机理为随机成核与生长 ,机理函数为Avrami Erofeev方程 ,f(α) ={ 12 ( 1-α) [-ln ( 1-α) ]-1} ,G(α) =[-ln ( 1-α) ]2 。表观活化能E =16 2 94kJ/mol,指前因子A =10 11 75s-1,动力学方程为 dαdt =10 11.75{ 12 ( 1-α) [-ln ( 1-α) ]-1}exp( - 195 98.3T )。研究表明 ,Zn(NH4 ) 3Cl5具有良好的热稳定性 ,是一种适合气相生长ZnSe晶体的输运剂 ;报道了应用此输运剂生长出ZnSe体单晶的最新结果。

Fe^(2+):ZnSe晶体制备及光学吸收

本文采用热扩散掺杂技术制备了Fe2+∶ZnSe晶体,获得尺寸达20 mm×2.0 mm的晶体样品。光谱测试分析结果显示,晶体样品在3.0μm附近具有显著的Fe2+∶ZnSe晶体的特征吸收,相对吸收强度达85%;通过ICP-AES测试该晶体样品中铁离子为4.5×1017cm-3;分析了影响掺杂铁离子浓度的主要因素。

Cu掺杂ZnSe光电性质的第一性原理计算

为研究Cu掺杂对ZnSe晶体的光电性能的影响,采用第一性原理的平面波赝势方法和广义梯度近似,研究了闪锌矿ZnSe掺杂Cu前后的电子结构和光学性质.比较了掺杂前后的电子能带结构、总态密度、分态密度、吸收光谱和介电函数.研究结果表明：ZnSe本体为直接带隙半导体.掺杂Cu后,ZnSe晶体表现出明显的金属性.本征吸收区明显向低能端移动,约位于0.9-6.0eV.吸收系数明显降低33%.在低能端产生了新的价电峰,可以吸收较低能量的光子.

ZnSe单晶的气相生长及光学性质

用改进的化学气相输运技术(CVT),以Zn(NH4)3Cl5为新的气相输运剂,直接从单质Zn和Se一步在封密管中生长了ZnSe单晶,升华温度1001～1020℃,管内温差<4℃。经过两周生长,得到8mm×7mm×0.8mm的绿色ZnSe晶体。XRD表明晶体表面为(111)面;受气固界面形貌影响,双晶衍射半高峰宽为50s;PL谱由DPA和SA两个发光峰组成;并研究了晶体片的吸收光谱、荧光光谱、反射光谱和红外透过等光学性质。

室温350~850nm ZnSe晶体生长及阴极荧光光谱图谱分析

室温下利用阴极荧光光谱技术对ZnSe晶体进行了350~850 nm的无损全光阴极荧光图谱检测,分析了晶体内部缺陷及夹杂情况,室温下测得ZnSe晶体在400~550 nm的阴极荧光光谱,阴极荧光光谱测得462 nm处的ZnSe本征发光峰。缺陷处测得462 nm的本征发光峰和453 nm的缺陷发光峰,结合能谱分析,ZnSe晶体表面缺陷处的Zn:Se比约为6:4。阴极荧光图谱中缺陷处发光峰主要来自Zn夹杂缺陷发光。

ZnSe单晶气相生长输运剂Zn(NH_4)_2Cl_4的制备工艺研究

为了获得高质量的ZnSe单晶气相生长输运剂Zn(NH4)2Cl4,采用3种工艺因素和4个水平的16组正交试验设计方法对Zn(NH4)2Cl4输运剂的工艺过程进行了设计和分析研究.通过观察不同工艺下的结晶形貌,进行了物相和热重分析.研究结果表明:最合理的工艺因素为ZnCl2和NH4Cl的摩尔比为1∶1,烘干温度为130℃,结晶条件为室温静置.Zn(NH4)2Cl4的热分解过程分为3步完成,产物是ZnCl2.

ZnSe及ZnSe:N的光致发光

本文报导了我们用常压MOCVD法生长的ZnSe单晶膜的光致发光特性。在77K的光致发光光谱中,ZnSe的激子发射峰位于4450,其半高宽为12.6mev。在探索ZnSe反型的过程中,我们在生长过程中掺入氮杂质,获得了氮替代硒的浅受主,其离化能为91mev。

中红外Fe^(2+):ZnSe激光器研究进展

发光谱位于3~5μm大气窗口处的中红外激光在医疗、工业加工、大气遥感、空间通讯、红外对抗等领域具有广泛的应用前景。以过渡金属(TM)掺杂Ⅱ~Ⅵ族硫化物晶体作为增益介质的激光器件可实现中红外激光输出,其中Fe^(2+):ZnSe激光器具有转换效率高、中红外波段可调谐范围宽、结构紧凑等优点,是中红外波段实现高功率、高能量、短脉冲的最有效途径之一。随着近些年材料技术的发展,Fe^(2+):ZnSe激光器发展迅速,逐渐成为热点之一。本文综述了以Fe^(2+):ZnSe激光器为代表的TM^(2+):Ⅱ~Ⅵ族激光器的发展历程,介绍并分析了Fe^(2+):ZnSe增益介质的制备方法,讨论了影响Fe^(2+):ZnSe激光器性能的泵浦源及因素,综合评述了Fe^(2+):ZnSe激光器的输出特性,总结了Fe^(2+):ZnSe激光器在室温和超短脉冲方向上的最新进展,并展望了Fe^(2+):ZnSe激光器后续可能的发展方向。

单质直接气相生长ZnSe单晶

本文直接以高纯Zn、Se单质为原料，加入少量碘单质作为反应输运剂，用化学气相输运（CVT）的方法一步成功的生长出了ZnSe单晶。采用XRD、EDS、紫外可见分光光度计和光致发光（PL）技术研究了生长的ZnSe晶体的结构、成份以及光学特性。结果表明，生长的ZnSe单晶具有较好结晶性能，成份接近理想的化学计量比，在500—2000nm范围内透过率达到65％～70％，在1．9—2．5eV范围内存在与Zn空位和杂质能级相关的发光带。由Zn和Se单质在输运剂I2的辅助下一步直接生长ZnSe单晶是可行的。