Разработка физико-химических основ процессов получения материалов на основе соединений A2B6, в том числе легированных, для фотоники и квантовой электроники

С целью решения фундаментальной проблемы создания компактных и эффективных перестраиваемых лазеров диапазона 2-5 мкм разработаны методики получения лазерных сред на основе халькогенидов цинка, легированных ионами переходных металлов и электрически активными примесями, с использованием различных вариантов высокотемпературной обработки (отжиг и горячее изостатическое прессование (HIP-обработка)) и твердофазного сращивания (ТФС). Впервые показаны перспективы использования, в качестве источников легирования оптически и электрически активными примесями объемных кристаллов ZnSe, многокомпонентных пленок, полученных по технологии спрей пиролиза (СП). На активных элементах (АЭ) ZnSe:Cr2+ и ZnSe:Fe2+, легированных из пленок сульфидов хрома (железа) и кадмия в процессе HIP-обработки, получена лазерная генерация при накачке Tm:YAP лазером и импульсным электроразрядным HF лазером, соответственно. Отмечена высокая скорость диффузии ионов Cr2+ и Fe2+ в поликристаллическом селениде цинка при его легировании из сульфидных пленок различного состава. Разработана методика создания лазерных элементов на основе ZnSe:Cr2+ с заданным трехмерным профилем распределения ионов хрома. Показаны перспективы предложенной методики для создания лазерных сред на основе ZnSe:Cr2+ с инверсным профилем распределения оптически активной примеси. Установлена зависимость эффективности генерации ZnSe:Cr2+-лазера от содержания активного иона и формы профиля его распределения. Проведено сравнительное исследование генерационных характеристик ZnS:Cr2+-лазера на поликристаллических активных элементах со сложными профилями легирования при накачке излучением YAP:Tm3+ лазера с модулированной добротностью на длине волны 1.94 мкм. Впервые методом ТФС с последующей HIP-обработкой получены элементы ZnS:Cr2+ с внутренним слоем легирования и высокой эффективностью генерации по поглощенной мощности. Разработана методика получения анизотропных монокристаллов ZnS:Cr2+ вюрцитной модификации высокого оптического качества. Показаны перспективы их использования в качестве активных элементов лазеров и внутрирезонаторных интерференционно-поляризационных фильтров (ИПФ) брюстеровского типа. Получена лазерная генерация в импульсно-периодическом режиме на длине волны около 2.45 мкм с эффективностью по поглощенной мощности 78% и осуществлена плавная механическая перестройка длины волны генерируемого излучения в диапазоне 2.34-2.52 мкм с практически горизонтальной перестроечной кривой. Изучено влияние условий выращивания CdTe, HgTe и CdHgTe MOCVD-IMP методом на подложках GaAs кристаллографических ориентаций (100), (111)В и (310) на скорость роста, кристаллическое совершенство, морфологию поверхности и концентрацию ростовых дефектов (хиллоков) слоев. Установлено, что основное влияние на количество хиллоков на поверхности слоев оказывает гетерограница буферный слой CdTe –подложка GaAs. При этом важную роль играют кристаллографическая ориентация и качество подготовки подложки, условия ее отжига перед ростом и условия осаждения CdTe. При осаждении буферного слоя заметное значение имеет температура роста и соотношение прекурсоров II/VI в газовой фазе. Наилучшие результаты получены при использовании в качестве источника теллура его соединения - метилаллилтеллура. Показано, что оптимизация этих параметров позволяет получать гладкие слои с концентрацией хиллоков не более 150 см-2.