The influence of the thermo-chemical treatment on the optical properties of YAG:Cr,Mg and GGG:Cr,Mg epitaxial films

Abstract

The optical absorption spectra of YAG:Cr,Mg and GGG:Cr,Mg films are studied at in-situ conditions during high-temperature annealing in oxidizing and reducing atmospheres. The absorption spectra were measured in the range from 250 to 1500 nm at temperatures up to 1190 оС and the kinetics of absorption changes are registered at the wavelength of 450 nm. As it is shown, the oxidation of YAG:Cr,Mg films grown at low growth rates leads to increasing of the absorption in the visible region that caused by recharging of chromium ions, whereas the reduction of YAG:Cr,Mg films leads to the backward process. On the contrary, the reduction of GGG:Cr,Mg films increases their absorption, at that the kinetics of reduction has got the complicate, non-monotonous character. At sufficiently low temperatures (~ 800 оС) the oxidation leads to the opposite changes of the spectra of GGG:Cr,Mg films, however, at higher temperatures the changes of gas environment do not cause the noticeable changes of the spectra and the absorption remains at the sufficiently high level. The YAG:Cr,Mg film grown at higher growth rate demonstrates the behavior analogous to the one of GGG:Cr,Mg. Спектри оптичного поглинання плівок YAG:Cr,Mg та GGG:Cr,Mg досліджувалися в режимі insitu при високотемпературних відпалах в окисній та відновній атмосферах. Спектри поглинання вимірювалися в інтервалі від 250 до 1500 нм за температур до 1190оС, кінетичні криві зміни оптичної густиним реєструвалися на довжині хвилі 450 нм. Показано, що окислення плівок YAG:Cr,Mg, вирощених за нижчих швидкостей, веде до зростання оптичної густини у видимій області, що обумовлено поглинанням іонами хрому, тоді як відновлення плівок YAG:Cr,Mg веде до протилежного процесу. Навпаки, відновлення плівок GGG:Cr,Mg веде до зростання поглинання в цій області, при цьому кінетична крива зміни оптичної густини має складний, немонотонний характер. За істотно нижчих температур (~ 800оС) окислення веде до протилежних змін у спектрах поглинання плівок GGG:Cr,Mg, проте при вищих температурах зміна атмосфери відпалу не веде до помітних змін спектра і поглинання фіксується на достатньо високому рівні. Плівка YAG:Cr,Mg, синтезована при більшій швидкості, демонструє при відпалах поведінку, аналогічну до поведінки плівок GGG:Cr,Mg.