Abstract
Lithium niobate single crystals with various [Li]/[Nb] ratios were grown by the Czochralski method from melts having compositions varing between 48.6 ~ 58.0 mol % $Li_2O$. A vapor transport equilibration technique has been used to improve the homogeneity and adjust the [Li]/[Nb] ratio in small $LiNbO_3$ single crystals grown by the Czochralski method. When equilibrated with a Li-rich powder (65 mol%$Li_2O$), containing a mixture of $LiNbO_3$ and $Li_3NbO_4$, crystals of nearly stoichiometric composition can be obtained. This was established by studying the composition dependence of the following properties; lineshape, intensity and linewidth for the electron paramagnetic resonance (EPR) of $Fe^{3+}$ energy of the fundamental absorption edge and $OH^-$ absorption spectra.
Czochralski법으로 용융상태에서의 조성이 congruent(48.6 mol%$Li_2O$), stoichiomet-ric(50.0 mol%$Li_2O$), Li-rich(54.6 mol%$Li_2O$, 58 mol%$Li_2O$), 한 결정과 congruent한 조성에 $K_2$O를 6wt.% 첨가한 결정을 c-축 방향으로 성장시켰다. 성장된 결정들은 분말 X-선 회절 실험에 의해 확인하고 편광 현미경과 투과 X-선 Laue법에 의해 축을 결정한 후 절단하여 65 mol%$Li_2O$의 Li-rich 2-phase powder에서 VTE 처리한다. VTE 처리한 시료는 상온에서 결정내 $Fe^{3+}$ 이온에 대한 EPR 스펙트럼과 UV-스펙트럼을 측정하고 이 온도에서의 IR-스펙트럼은 $OH^-$ 이온 농도를 증가시키기 위하여 수증기 분위기에서 열처리한 후 측정한다. 측정 결과를 as grown 상태의 결정에 대한 결과와 비교 분석한다. 상온에서의 결정내 $Fe^{3＋}$ 이온에 대한 EPR 실험 결과 VTE 처리한 시료들의 EPR 스펙트럼은 허용되지 않은 천이에 의한 스펙트럼이 사라지고 허용된 천이에 의한 스펙트럼은 세기가 증가하며 lineshape가 거의 대칭적으로 되고 선폭도 훨씬 줄어든다. 상온에서의 각 시료에 대한 UV-스펙트럼의 흡수단은 VTE 처리하면 단파장쪽으로 이동하며 VTE 처리한 모든 시료의 흡수단이 거의 동일하다. $OH^-$이온에 의한 IR-흡수 스펙트럼은 VTE 처리한 시료의 경우 $3465\textrm{cm}^{-1}$ 성분 스펙트럼이 현저하게 중가한다. 이 결과에 의하면 본 실험과 같은 조건에서 VTE 처리한 시료들은 결정내 [Li]/[Nb] 비가 거의 1인 stoichiometric한 결정이 되었음을 알 수 있다.
