镓酸钆晶体及其生长方法技术

一种镓酸钆晶体及其生长方法，属于光电子材料技术领域。现有钆镓石榴石晶体属于立方晶系，一方面对称程度高，不易掺杂，用作激光元件发光效率低；另一方面光学上各向同性，不能用作偏振元件。现有钆镓石榴石晶体生长温度高，熔体中的Ｇａ２Ｏ３挥发较大，组分偏析大，结构缺陷多，结构不完整，晶体质量受到影响。本发明专利技术之镓酸钆晶体分子式为ＧｄＧａＯ３，具有畸变的钙钛矿结构，属于正交晶系。其生长方法特征是按照Ｇｄ２Ｏ３∶Ｇａ２Ｏ３＝１∶１．０１～１．０２摩尔比过量加入Ｇａ２Ｏ３，生长温度为１６７５～１６８５℃。所生长的镓酸钆晶体可以作为激光基质材料，也可以用作偏振材料。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种，镓酸钆晶体分子式GdGaO3，简式GGP，属于光电子材料

技术介绍
与本专利技术最接近的现有技术是钆镓石榴石及其生长方法。钆镓石榴石分子式 Gd3Ga5O12，简式GGG。GGG晶体属于立方晶系，光学上各向同性。GGG晶体结构中Gd的原子 半径较大，并与其他稀土元素原子半径相近，容易掺入Nd3+、H03+、Tm3+、Er3+等稀土激活离子， 取代Gd3+的格位，属于同态取代，构效关系清楚，用作激光晶体，稀土激活离子的激光上能 级没有明显的发光淬灭；另外，分凝系数高，有利于稀土激活离子的掺入，提高了泵浦效率， 更适用于大功率激光器。采用提拉法生长GGG晶体，原料烧结温度1300°C，晶体生长温度 1750°C ；相均勻性宽，生长速度快；容易平界面生长，不存在杂质集中核心和应力集中核心， 整个截面能够得到有效利用，从而能够制作大尺寸光学元件，如激光元件。
技术实现思路
GGG晶体属于立方晶系，一方面对称程度高，不易掺杂，用作激光元件发光效率低； 另一方面光学上各向同性，不能用作偏振元件。由于生长温度高，熔体中的Ga2O3挥发较大， 组分偏析大，结构缺陷多，结构不完整，晶体质量受到影响。因此，本专利技术的目的在于提供一 种晶体材料，该晶体材料在具有GGG晶体本身及其生长方法方面的优点的前提下，能够克 服上述GGG晶体本身及其生长方法方面的不足，为此，我们提出一项称为镓酸钆晶体及其 生长方法的方案。本专利技术之镓酸钆晶体其特征在于，分子式为GdGaO3，具有畸变的钙钛矿结构，属于 正交晶系。本专利技术之镓酸钆晶体生长方法其特征在于，按照Gd2O3 Ga2O3 =1 1. 01 1. 02 摩尔比过量加入Ga2O3，将氧化钆(Gd2O3)和氧化镓(Ga2O3)混合并烧结，得到镓酸钆多晶料； 采用提拉法生长镓酸钆晶体，生长温度为1675 1685°C ；退火。虽然所生长的GGP晶体与GGG晶体成份相同，但是钆、镓比例不同，在GGP晶体中， Gd Ga = 1 1，而在GGG晶体中Gd Ga = 3 5 ；晶体结构也不同，GGP晶体属于正交 晶系，而GGG晶体属于立方晶系。由于这些不同，尤其是晶体结构方面的不同，使得本专利技术 之GGP晶体一方面对称程度低，从而成为一种优良的激光基质材料，易掺杂，用作激光元件 发光效率高；另一方面光学上各向异性，使得晶体具有偏振性能。在生长方法方面，本专利技术 之GGP晶体生长温度大幅度低于现有GGG晶体的生长温度，并且熔体温度波动较小，熔体中 的Ga2O3挥发较少，再加上Ga2O3过量加入1 2%摩尔，生长过程组分偏析小，结构缺陷少， 结构完整，晶体质量提高。具体实施例方式本专利技术之镓酸钆晶体分子式为GdGaO3，具有畸变的钙钛矿结构，属于正交晶系，具 有空间群 Pbnm(62)，晶格常数a=5.3340A，b=5.5480A, c=7.6210A。 本专利技术之镓酸钆晶体生长方法为，原料是氧化钆(Gd2O3)和氧化镓(Ga2O3)，纯度 均为5N，分别在100°C下干燥10h，以去除水分；按照Gd2O3 Ga2O3 =1 1. 01 1. 02摩 尔比过量加入Ga2O3，混料24h，在液压机上压块成型；在高温炉中烧结，烧结温度为940 960°C，发生Ga203+Gd203 = 2GdGa03固相反应，得到镓酸钆多晶料。采用提拉法生长镓酸钆 晶体，中频感应加热，发热体为铱坩埚，将成型的镓酸钆多晶料置于铱坩埚中；炉内抽真空， 充入N2、02混合气体形成保护气氛，体积百分含量分别为90 98%、2 10%，保护气氛中 2 10%的O2用来补因相对于GGG晶体GGP晶体钆镓比增大所出现的氧的空位；生长温 度为1675 1685°C，籽晶方向为<100>、<010>、<001>之一，提拉速度1. 3 2mm/h，转速 10 20rpm，执行烤晶、下晶、缩颈、放肩工艺实现等径控制，避免晶体直径突变造成内部应 力集中而形成开裂，在生长收尾阶段降低拉速为1. Omm/h,避免晶体出现开裂，并缓慢升温 使晶体直径逐渐变细。退火过程按降温区间确定退火速率1685 1590°C，12 16°C /h ； 1590 1410°C，18 22°C /h ；1410 1160°C，23 27°C /h ；1160 800°C，28 32°C / h ；800 480°C，38 42°C /h ；480°C至室温，48 52°C /h ；所确定的退火工艺在确保晶体 不开裂的前提下，节省电能，生长成本降低。下面给出一个实施例原料是氧化钆(Gd2O3)和氧化镓(Ga2O3)，纯度均为5N，分别在100°C下干燥10h，以 去除水分；按照Gd2O3 Ga2O3 = 1 1.01摩尔比过量加入Ga2O3，混料24h，在液压机上压块 成型；在高温炉中烧结，烧结温度为950°C，发生Ga203+Gd203 = 2GdGa03固相反应，得到镓酸钆 多晶料。采用提拉法生长镓酸钆晶体，中频感应加热，发热体为铱坩埚，将成型的镓酸钆多晶 料置于铱坩埚中；炉内抽真空，充入N2、02混合气体形成保护气氛，体积百分含量分别为98%、 2%，保护气氛中2%的O2用来补因相对于GGG晶体GGP晶体钆镓比增大所出现的氧的空位； 生长温度为1680°C，籽晶方向<010>，提拉速度1. 6mm/h，转速15rpm，执行烤晶、下晶、缩颈、放 肩工艺实现等径控制，避免晶体直径突变造成内部应力集中而形成开裂，在等径生长的后期， 生长温度下降，在生长收尾阶段降低拉速为1. Omm/h，避免晶体出现开裂，并缓慢升温至晶体 的生长温度，使晶体直径逐渐变细。退火过程按降温区间确定退火速率，详见下表 所生长的镓酸钆晶体尺寸为直径①30mm、长度55mm。权利要求一种镓酸钆晶体，其特征在于，分子式为GdGaO3，具有畸变的钙钛矿结构，属于正交晶系。2.根据权利要求1所述的镓酸钆晶体，其特征在于，空间群Pbnm(62)，晶格常数 a=5.3340A，b=5.5480A，c=7.6210A。3.一种镓酸钆晶体生长方法，其特征在于，按照Gd203 Ga203 = 1 1.01 1.02摩 尔比过量加入Ga203，将氧化钆(Gd203)和氧化镓(Ga203)混合并烧结，得到镓酸钆多晶料；采 用提拉法生长镓酸钆晶体，生长温度为1675 1685°C ；退火。4.根据权利要求3所述的生长方法，其特征在于，烧结温度为940 960°C。5.根据权利要求3所述的生长方法，其特征在于，生长镓酸钆晶体时炉内充入N2、02混 合气体形成保护气氛，体积百分含量分别为90 98%、2 10%。6.根据权利要求3所述的生长方法，其特征在于，退火过程按降温区间确定退火速率 1685 1590°C，12 16°C /h ；1590 1410°C，18 22°C /h ；1410 1160°C，23 27°C / h ；1160 800°C，28 32°C /h ；800 480°C，38 42°C /h ；480°C至室温，48 52°C /h。全文摘要一种，属于光电子材本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种镓酸钆晶体，其特征在于，分子式为ＧｄＧａＯ↓［３］，具有畸变的钙钛矿结构，属于正交晶系。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：刘景和，李春，张学建，张莹，曾繁明，林海，董仲伟，刘立新，李岳，
申请(专利权)人：长春理工大学，
类型：发明
国别省市：82[中国|长春]