초록
용액인상법에 의하여 Cr$^{3+}$ 이온이 0.1-0.2% 주입된 Alexandrite (Cr$^{3+}$ :BeAl$_2$O$_4$) 단결정을 성장하고, 성장한 단결정을 이용하여 레이저 소자를 제조하였다. 고품질의 단결정을 성장할 수 있는 결정성장조건을 규명하고, Cr$^{3+}$ 이온의 유효편석 계수를 계산하였으며, 결정 결함 및 분광 물성을 조사하였다. 결정성장 실험 결과, 유속 3 1/min의 질소분위기, 이리듐 도가니 및 <001>방위의 Alexandrite 단결정을 종자결정으로 사용하여 결정을 성장하는 경우 최적의 결정성장 조건은 인상속도 0.5-1.0 mm/hr와 회전속도 20-25 rpm이었다. 육성된 결정은 (100)면이 넓게 발달되었으며, (120)과 (010)면이 측면에 발달되는 판상의 직팔각기둥의 형태로 성장되었다. 결정결함으로써 parasite crystal의 형성과 경계면의 균열, striation, inclusion 등이 검출되었다. Alexandrite 단결정 내에 분포하는 Cr$^{3+}$ 이온의 유효편석계수 k$_{eff}$는 2.8로 계산되었다. 분광물성으로써 실온에서의 $^4$A$_2$$\longrightarrow$$^4$T$_2$(689.6-489.3 nm), $^4$A$_2$$\longrightarrow$$^4$T$_1$(489.3-311.33m) 천이에 의한 흡수를 확인하고, $^4$T$_2$$\longrightarrow$$^4$A$_2$(650-800 nm), $^2$E$\longrightarrow$$^4$A$_2$에 의한 nophonon line R$_1$, R$_2$(680.4, 678.5 nm) 및 $^2$T$_1$$\longrightarrow$$^4$A$_2$(655.7, 649.3, 645.2 nm)의 형광방출 스펙트럼을 얻었으며, 형광수명은 0.264 ms로 조사되었다. 제조된 레이저 발진봉은 직경 6.3 m, 길이 45 nm이었다.
