ZnGeP2 晶体2～2.5 μm点缺陷研究

方声浩，谢 华，杨顺达，庄 巍，叶 宁

(中国科学院福建物质结构研究所，福州 350002)

1 引 言

ZnGeP2(ZGP)晶体是中红外领域重要的激光变频材料[1], 相较于同样商业化的AgGeS2和AgGaSe2晶体具有更高的非线性系数:d36=75 pm/V[2]，同时其具有双折射率适中，热导率高，透过范围覆盖第一大气窗口等优点, 已经广泛的应用于非线性光学器件领域，尤其是用于光学参量振荡，可通过2 μm的光学参量震荡(OPO)高效地产生连续稳定的3～8 μm激光[3]。

目前，ZGP晶体生长的主要途径为垂直布里奇曼法(VB)和水平梯度冷凝法(HGF)。但生长的晶体在0.7～2.5 μm存在较宽的额外吸收，使得ZGP晶体在OPO过程中的转换效率受到强烈影响。1.2 μm附近的额外吸收峰被证实部分来源于VZn的内部跃迁[4]，该吸收峰的位置约为1 μm，并且尾部会延伸到接近2 μm。而2～2.5 μm附近对ZGP器件性能影响更加重要的吸收峰还有待更进一步的研究。

2 实验与讨论

2.1 本征无缺陷ZGP晶体光学性能的理论计算研究

为了确定本征吸收对于ZGP晶体光学性能的作用，首先对化学计量比合成生长的ZGP晶体进行紫外可见吸收光谱的测试。使用PerkinElmer Lambda 950对打磨、抛光后单晶片进行近红外吸收光谱测试。测试晶片厚度为3 mm，测试温度为298 K，光谱测试范围1～2.5 μm。结果如图1所示。

图1 化学计量比生长的ZGP晶体1～2.5 μm吸收谱
Fig.1 1-2.5 μm absorption spectrum of ZGP crystal in stoichiometric ratio

图2 采用间接带隙模型得到的吸收边
Fig.2 The absorption edge obtained by the indirect band gap model

采用Tauc方程来描述带边吸收与光学带隙之间的关系。在吸收边附近，吸收系数可以被展开成：

αE～(E-Eg)γ

(1)

其中α为光学吸收系数，E(1.24 μm·eV/λ)为吸收光子能量，Eg为光学带隙，γ为一个常数。在单电子近似下，γ=1/2，对应直接带隙半导体允许的偶极跃迁；……