[发明专利]磷化锗锌的多晶合成与单晶生长的方法

说明书

技术领域

本发明涉及磷化锗锌晶体的合成与生长的方法。

背景技术

磷化锗锌，化学式为ZnGeP₂，它的单晶是一种性能优越的中远红外波段非线性光学晶体：非线性系数高，d₃₆达到75pm/V；透光波段宽：0.7-13μm，在很宽的波长范围内都能够实现相位匹配，CO₂激光器、Nd:YAG(Nd:Y₃Al₅O₁₂)激光器、Ti宝石(Ti:Al₂O₃)激光器、Ho:Tm:LYF(Ho:Tm:YLiF₄)激光器等可以作为泵浦源；热导率高，热透镜效应低，不易造成晶体和光学元件的损伤；光损伤阈值高。

由于磷化锗锌单晶具有优异的性能，利用它作为光参量振荡、光参量放大、二次谐波、四次谐波等的非线性介质材料，可以在中、远红外波段的频率转换方面，尤其是对激光功率要求较高的领域，获得广阔的应用前景，如红外光谱、红外医疗器械、药物检测、红外光刻、大气中有害物质的监测、远距离化学传感、红外激光定向干扰、夜视仪等。

磷化锗锌单晶是由磷化锗锌多晶定向生长形成的晶体，磷化锗锌多晶的合成可以采用单温区合成方法，但是该方法合成速率低、每次合成量小，而且由于磷蒸气压高，合成过程中易发生爆炸；磷化锗锌单晶生长可以采用水平温梯法，该方法生长晶体横截面为半圆形，晶体尺寸小，且加工器件时，存在材料浪费。磷化锗锌单晶的生长中一般存在磷化锌等物相，其密度低于磷化锗锌，所以水平生长也不利于排除这些杂质。

发明内容

本发明为了解决目前磷化锗锌多晶的合成方法存在合成速率低的问题，磷化锗锌单晶的生长方法存在不易排出杂质的问题，而提供磷化锗锌的多晶合成的方法与单晶生长的方法。

本发明的磷化锗锌的多晶合成的方法按如下步骤进行：一、选用纯度为99.999％以上的锌、锗、磷按摩尔比为1∶1∶2～2.005的比例定量，将反应物放入合成舟内，将合成舟置于石英管中抽真空密封，再将石英管放入水平合成炉中，使放置磷的合成舟位于水平合成炉的低温区，放置锌和锗的合成舟位于水平合成炉的高温区；二、升温使低温区温度为400～600℃，高温区温度为900～1080℃，保温3小时以上，再降温至室温；即得到磷化锗锌多晶料。

本发明的磷化锗锌单晶采用原核生长的方法，原核生长磷化锗锌单晶的方法按如下步骤进行：一、选用纯度为99.999％以上的锌、锗、磷按摩尔比为1∶1∶2～2.005的比例定量，将反应物放入合成舟内，将合成舟置于石英管中抽真空密封，再将石英管放入水平合成炉中，使放置磷的合成舟位于水平合成炉的低温区，放置锌和锗的合成舟位于水平合成炉的高温区；二、升温使低温区温度为400～600℃，高温区温度为900～1080℃，保温3小时以上，再降温至室温，即得到磷化锗锌多晶料；三、将步骤二得到的磷化锗锌多晶料放入坩埚中，将坩埚置于石英管中抽真空密封，将密封的石英管放入坩埚下降单晶炉中，以坩埚最下端的水平切线为基准线，基准线以上的温度高于1026℃，基准线以下的温度低于1026℃，保温至坩埚内物料全部融化后，再以每小时小于8mm的速度下降坩埚，直至物料全部结晶，坩埚停止下降，再以每小时1～20℃的降温速度降温至900℃后，以每小时10～50℃的降温速度降温至600℃，最后以每小时20～100℃的降温速度降温至400℃，单晶炉断电，降至室温；即得到磷化锗锌单晶。