MATERIAŁY ELEKTRONICZNE ELECTRONIC MATERIALS ... - ITME

Określenie koncentracji współczynnika segregacji aktywnych jonów ziem...
Rys. 9. Stała sieci granatu Y 2,97-y
Nd 0,03
Lu y
Al 5-z
Ga z
O 12
w funkcji parametrów składu y i z.
Fig. 9. Lattice constant of Y 2.97-y
Nd 0.03
Lu y
Al 5-z
Ga z
O 12
garnet
as a function of the y and z composition parameters.
Rys. 10. Dyfraktogram dopasowanej sieciowo struktury
Y 2,97-y
Nd 0,03
Lu y
Al 5-z
Ga z
O 12
/YAG.
Fig. 10. X-ray diffraction pattern of the lattice matched
Y 2.97-y
Nd 0.03
Lu y
Al 5-z
Ga z
O 12
/YAG structure.
jonów Yb 3+ powoduje zmniejszenie stałej sieci. Ze
zmierzonej odległości kątowej pików dyfrakcyjnych
Δθ 444
= θ S
- θ F
-27" wynikało, że stała sieci
podłoża YAG jest większa od stałej sieci warstwy
i Δa = 3,1 x 10 -3 Å (Δa/a S
= 2,64 x 10 -4 ). Trzykrotne
zwiększenie koncentracji tlenków Nd 2
O 3
i Yb 2
O 3
w składzie wyjściowym nieznacznie przesunęło
względem siebie piki pochodzące od podłoża i warstwy
dając w efekcie Δθ 444
= -41" (Δa/a S
= 4,03 x 10 -4 )
i niedopasowanie sieciowe Δa = 4,8 x 10 -3 Å.
Wyznaczone dla struktur Pr, Yb: YAG/YAG
odległości kątowe pików Δθ 444
, względne niedopasowanie
Δa ┴ /a S
oraz Δa ┴ zestawiono w Tabeli 3.
W celu otrzymania warstw falowodowych Pr, Yb: YAG
(Δn ≥ 0,01) skład 4 (Tab. 3) wzbogacono o tlenek
galowy Ga 2
O 3
(R 2
= 2,9), co prowadziło do
Nr R 1
R 2
R 5
∆θ [ " ] ∆a ┴ /a x 10 -4 ∆a ┴ x 10 -3 [Å]
Y 3,0-x-y-t
Nd x
Lu y
Yb t
Al 5-z
Ga z
O 12
1 4,0 2,887 2,93 - 27 2,65 3,1
2 3,37 2,887 1,705 - 41 4,03 4,8
Y 3-x-y
Pr x
Yb y
Al 5
O 12
3 4,82 - 10,91 - 67 6,46 7,8
4 4,41 - 5,21 - 201 9,82 11,8
Y 3-x-y-t
Pr x
Yb y
Lu t
Al 5-z
Ga z
O 12
5 (t = 0) 4,41 2,9 5,21 403 -19,7 -23,6
6 4,0 2,9 3,17 32 -3,16 -3,8
Tab 3. Wyniki pomiarów XRD struktur epitaksjalnych YAG zawierających
jony Yb 3+ , Pr 3+ , Nd 3+ i Lu 3+ .
Tab. 3. The results of XRD measurements of the YAG epitaxial structures
containing Yb 3+ , Pr 3+ , Nd 3+ and Lu 3+ ions.
oczekiwanego zwiększenia stałej sieci warstwy.
Sumaryczny wpływ jonów Pr 3 i Ga 3+ spowodował
znaczne niedopasowanie stałych sieci warstwy
i podłoża, jakie w efekcie prowadziło do wzrostu
określanego jako faceting growth (Rys. 7). Dodanie
tlenku lutetowego (skład 6) umożliwiło wzrost monokrystalicznej
warstwy Y 3-x-y-t
Pr x
Yb y
Lu t
Al 5-z
Ga z
O 12
.
Różnica stałych sieci dla struktury falowodowej
Y 3-x-y-t
Pr x
Yb y
Lu t
Al 5-z
Ga z
O 12
/YAG zmalała do wartości
Δa = ≈ -3,8 x 10 -3 Å.
Przedstawione w Tab. 2. koncentracje jonów
neodymu, prazeodymu i galu obliczono dla niedopasowania
sieciowego w kierunku prostopadłym do
granicy rozdziału warstwa - podłoże Δa ┴ bez przeliczania
różnicy stałych sieci Δa = a S
– a F
do stanu
bez naprężeń [20 - 21].
Oszacowana z pomiarów XRD
wartość współczynnika segregacji jonów
Nd 3+ k ┴ mieści się w przedziale
Nd
0,16 – 0,18, czyli jest zbliżona do
przyjmowanej przy monokrystalizacji
Nd:YAG metodą Czochralskiego wartości
oraz wartości k Nd
= 0,15 przedstawionej
w pracy [8]. Wyznaczona
z pomiarów dyfraktometrycznych
wartość współczynnika segregacji
k ┴ Nd
, która posłużyła do obliczenia
kolejnych składów wyjściowych
do epitaksji warstw zawierających
jony neodymu obarczona jest kilku
procentowym błędem wynikającym
z nie przeliczenia wartości Δa ┴
do stanu bez naprężeń, ponieważ
Δa ┴ > Δa [21]. Wartość współczynnika
k ┴ należy przyjąć jako wiel-
Nd
42 MATERIAŁY ELEKTRONICZNE (Electronic Materials), T. 40, Nr 4/2012