Дефекты и некоторые физические свойства номинально чистых и легированных цинком кристаллов ниобата лития

Методами ИК-спектроскопии поглощения в области валентных колебаний OH$^{-}$-групп, фотолюминесценции в видимой области спектра, фотоиндуцированного рассеяния света исследованы особенности дефектной структуры и их влияние на свойства кристаллов LiNbO$_{3}$:Zn, легированных в широком концентрационном диапазоне, включающем два концентрационных порога (при $\sim$ 3.0 и $\sim$ 6.8 mol.% ZnO в расплаве). В кристаллах LiNbO$_{3}$:Zn (0.004-2.01 mol.% ZnO) при увеличении концентрации цинка наблюдается увеличение концентрации гидроксильных групп и уменьшение интенсивности люминесценции от центров свечения, связанных с дефектами Nb$_{\mathrm{Li}}$. Последнее, по-видимому, связано с образованием вблизи дна зоны проводимости мелких энергетических уровней при вытеснении атомами цинка атомов ниобия с позиций лития идеальной структуры и, соответственно, уменьшением концентрации дефектов Nb$_{\mathrm{Li}}$. В сильнолегированных кристаллах LiNbO$_{3}$:Zn(4.46–6.5 mol.% ZnO) и в кристалле LiNbO$_{\mathrm{3stoich}}$(6.0 wt.% K$_{2}$O) наблюдается заметно меньшая концентрация OH$^{-}$-групп, увеличение ширины запрещенной зоны на 0.3–0.4 eV, увеличение интенсивности люминесценции в зеленой области спектра за счет образования новых каналов рекомбинации по сравнению со слаболегированными кристаллами. Кроме того, в таких кристаллах наблюдается увеличение протонной проводимости за счет увеличения концентрации межузельного водорода H$^{+}$ и, как следствие, образования множества мелких акцепторных уровней вблизи потолка валентной зоны.