Dislocation and Wet Etching of Lu<sub>2</sub>O<sub>3</sub>

LI Guoxin; WANG Pei; MU Wenxiang; ZHAO Lili; WANG Shanpeng; YIN Yanru

doi:10.37188/CJL.20250024

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Dislocation and Wet Etching of Lu₂O₃

Synthesis and Properties of Materials | 更新时间：2026-01-27

- Dislocation and Wet Etching of Lu₂O₃
  增强出版
- Chinese Journal of Luminescence Vol. 46, Issue 6, Pages: 1095-1108(2025)
- 作者机构：
  
  1.山东大学晶体材料国家重点实验室，山东济南 250100
  2.济南大学化学与化学工程学院，山东济南 250022
  3.山东大学信息科学与工程学院，山东济南 250100
- 作者简介：
- 基金信息：
  
  国家重点研发计划(2021YFB3601403);国家自然科学基金(62105181);山东省泰山学者项目(tsqn202306014)
- DOI：10.37188/CJL.20250024
  CLC： O482.31
- CSTR：32170.14.CJL.20250024
- Received：02 February 2025，
  
  Revised：2025-02-22，
  
  Published：25 June 2025
- 稿件说明：
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李国鑫,王佩,穆文祥等.Lu₂O₃的位错与湿法刻蚀[J].发光学报,2025,46(06):1095-1108.

LI Guoxin,WANG Pei,MU Wenxiang,et al.Dislocation and Wet Etching of Lu₂O₃[J].Chinese Journal of Luminescence,2025,46(06):1095-1108.
李国鑫,王佩,穆文祥等.Lu₂O₃的位错与湿法刻蚀[J].发光学报,2025,46(06):1095-1108. DOI： 10.37188/CJL.20250024. CSTR： 32170.14.CJL.20250024.

LI Guoxin,WANG Pei,MU Wenxiang,et al.Dislocation and Wet Etching of Lu₂O₃[J].Chinese Journal of Luminescence,2025,46(06):1095-1108. DOI： 10.37188/CJL.20250024. CSTR： 32170.14.CJL.20250024.

摘要

氧化镥（Lu

）被认为是一种具有潜力的激光晶体材料，因其高热导率、低声子能量和强晶体场而备受瞩目。然而，其高达2 450 ℃的熔点易产生显著的温度梯度，进而诱导产生大量的缺陷。关于这种晶体的缺陷研究尚不充分，阻碍了晶体质量的提升。在本研究中，我们采用化学刻蚀方法，探究了不同条件下对Lu

晶体的刻蚀效果，并确定了研究Lu

晶体位错缺陷的最佳条件（质量分数70% H

，160 ℃，15~18 min）。利用显微镜、扫描电子显微镜和原子力显微镜对（111）和（110）取向的Lu₂O₃晶片上的位错蚀坑形貌进行了表征。本研究填补了Lu

线缺陷认知方面的空白，并为优化晶体生长过程和提高晶体质量提供了指导。

Abstract

Lutetium oxide （Lu

） is recognized as a potential laser crystal material， and it is noted for its high thermal conductivity， low phonon energy， and strong crystal field. Nevertheless， its high melting point of 2 450 ℃ induces significant temperature gradients， resulting in a proliferation of defects. The scarcity of comprehensive research on this crystal’s defects hinders the enhancement of crystal quality. In this study， we employ

ed the chemical etching method to examine the etching effects on Lu

crystals under various conditions and to identify the optimal conditions for investigating the dislocation defects of Lu

crystals （mass fraction 70% H

， 160 ℃， 15-18 min）. The morphologies of dislocation etch pits on the （111）- and （110）-oriented Lu

wafers were characterized using microscopy， scanning electron microscopy and atomic force microscopy. This research addresses the gap in understanding Lu

line defects and offers guidance for optimizing the crystal growth process and improving crystal quality.

关键词

Keywords

references

张娜，李阳，尹延如，等 . Dy 3+ 掺杂Lu 2 O 3 和Y 2 O 3 单晶光纤下转换荧光测温性能［J］. 发光学报， 2022 ， 43 （ 2 ）： 182 - 191 . doi: 10.37188/cjl.20210345 http://dx.doi.org/10.37188/cjl.20210345

ZHANG N ， LI Y ， YIN Y R ， et al . Down-conversion luminescence performance of Dy 3+ doped Lu 2 O 3 and Y 2 O 3 single crystal fibers for temperature sensing ［J］. Chin. J. Lumin. ， 2022 ， 43 （ 2 ）： 182 - 191 . （in Chinese） . doi: 10.37188/cjl.20210345 http://dx.doi.org/10.37188/cjl.20210345

马晓斐，王涛，张健，等 . Yb∶LuAG单晶光纤的连续及脉冲激光性能［J］. 发光学报， 2022 ， 43 （ 1 ）： 42 - 50 . doi: 10.37188/cjl.20210332 http://dx.doi.org/10.37188/cjl.20210332

MA X F ， WANG T ， ZHANG J ， et al . Continuous-wave and pulsed laser performance of Yb∶LuAG single crystal fiber ［J］. Chin. J. Lumin. ， 2022 ， 43 （ 1 ）： 42 - 50 . （in Chinese） . doi: 10.37188/cjl.20210332 http://dx.doi.org/10.37188/cjl.20210332

王贵吉，丁晓圆，尹延如，等 . Dy 3+ ∶Lu 2 O 3 中红外激光晶体的导模法生长及其光学性质［J］. 发光学报， 2022 ， 43 （ 11 ）： 1808 - 1814 . doi: 10.37188/cjl.20220175 http://dx.doi.org/10.37188/cjl.20220175

WANG G J ， DING X Y ， YIN Y R ， et al . Growth and optical properties of Dy 3+ ∶Lu 2 O 3 mid-infrared laser crystal by EFG method ［J］. Chin. J. Lumin. ， 2022 ， 43 （ 11 ）： 1808 - 1814 . （in Chinese） . doi: 10.37188/cjl.20220175 http://dx.doi.org/10.37188/cjl.20220175

张萌，王贵吉，梁洋洋，等 . 导模法生长Er∶Lu 2 O 3 连续激光特性［J］. 发光学报， 2023 ， 44 （ 2 ）： 240 - 245 . doi: 10.37188/cjl.20220324 http://dx.doi.org/10.37188/cjl.20220324

ZHANG M ， WANG G J ， LIANG Y Y ， et al . Continuous-wave laser properties of Er∶Lu 2 O 3 crystal grown by EFG method ［J］. Chin. J. Lumin. ， 2023 ， 44 （ 2 ）： 240 - 245 . （in Chinese） . doi: 10.37188/cjl.20220324 http://dx.doi.org/10.37188/cjl.20220324

ZHANG N ， YIN Y Q ， ZHANG J ， et al . Optimized growth of high length-to-diameter ratio Lu 2 O 3 single crystal fibers by the LHPG method ［J］. CrystEngComm ， 2021 ， 23 （ 7 ）： 1657 - 1662 . doi: 10.1039/d0ce01415j http://dx.doi.org/10.1039/d0ce01415j

HEUER A M ， VON BRUNN P ， HUBER G ， et al . Dy 3+ ∶Lu 2 O 3 as a novel crystalline oxide for mid-infrared laser applications ［J］. Opt. Mater. Express ， 2018 ， 8 （ 11 ）： 3447 - 3455 . doi: 10.1364/ome.8.003447 http://dx.doi.org/10.1364/ome.8.003447

YAO C Y ， SHEN W F ， HU X D ， et al . Optical properties of large-size and damage-free polished Lu 2 O 3 single crystal covering the ultraviolet-visible-and near-infrared （UV-VIS-NIR） spectral region ［J］. J. Alloy. Compd. ， 2022 ， 897 ： 162726 . doi: 10.1016/j.jallcom.2021.162726 http://dx.doi.org/10.1016/j.jallcom.2021.162726

LI S M ， ZHANG L H ， TAN X J ， et al . Growth， structure， and spectroscopic properties of a Tm 3+ ， Ho 3+ co-doped Lu 2 O 3 crystal for ~2.1 μm lasers ［J］. Opt. Mater. ， 2019 ， 96 ： 109277 . doi: 10.1016/j.optmat.2019.109277 http://dx.doi.org/10.1016/j.optmat.2019.109277

MCMILLEN C ， THOMPSON D ， TRITT T ， et al . Hydrothermal single-crystal growth of Lu 2 O 3 and lanthanide-doped Lu 2 O 3 ［J］. Cryst. Growth Des. ， 2011 ， 11 （ 10 ）： 4386 - 4391 . doi: 10.1021/cg2005166 http://dx.doi.org/10.1021/cg2005166

KRÄNKEL C . Rare-earth-doped sesquioxides for diode-pumped high-power lasers in the 1-， 2-， and 3-μm spectral range ［J］. IEEE J. Sel. Top. Quantum Electron. ， 2015 ， 21 （ 1 ）： 250 - 262 . doi: 10.1109/jstqe.2014.2346618 http://dx.doi.org/10.1109/jstqe.2014.2346618

LOIKO P A ， YUMASHEV K V ， SCHÖDEL R ， et al . Thermo-optic properties of Yb∶Lu 2 O 3 single crystals ［J］. Appl. Phys. B ， 2015 ， 120 （ 4 ）： 601 - 607 . doi: 10.1007/s00340-015-6171-4 http://dx.doi.org/10.1007/s00340-015-6171-4

PETERMANN K ， FORNASIERO L ， MIX E ， et al . High melting sesquioxides： crystal growth， spectroscopy， and laser experiments ［J］. Opt. Mater. ， 2002 ， 19 （ 1 ）： 67 - 71 . doi: 10.1016/s0925-3467(01)00202-6 http://dx.doi.org/10.1016/s0925-3467(01)00202-6

YIN Y Y ， WANG G J ， JIA Z T ， et al . Controllable and directional growth of Er∶Lu 2 O 3 single crystals by the edge-defined film-fed technique ［J］. CrystEngComm ， 2020 ， 22 （ 39 ）： 6569 - 6573 . doi: 10.1039/d0ce00855a http://dx.doi.org/10.1039/d0ce00855a

FORNASIERO L ， MIX E ， PETERS V ， et al . New oxide crystals for solid state lasers ［J］. Cryst. Res. Technol. ， 1999 ， 34 （ 2 ）： 255 - 260 . doi: 10.1002/(sici)1521-4079(199902)34:2<255::aid-crat255>3.0.co;2-u http://dx.doi.org/10.1002/(sici)1521-4079(199902)34:2<255::aid-crat255>3.0.co;2-u

DONG J S ， WANG W D ， XUE Y Y ， et al . Crystal growth and spectroscopic analysis of Ho∶Lu 2 O 3 crystal for mid-infrared emission ［J］. J. Lumin. ， 2022 ， 251 ： 119192 . doi: 10.1016/j.jlumin.2022.119192 http://dx.doi.org/10.1016/j.jlumin.2022.119192

NAKAMURA K ， SUEWAKA R ， KO B . Experimental study of the impact of stress on the point defect incorporation during silicon growth ［J］. ECS Solid State Lett. ， 2014 ， 3 （ 3 ）： N5 - N7 . doi: 10.1149/2.005403ssl http://dx.doi.org/10.1149/2.005403ssl

ESSER S ， XU X D ， WANG J ， et al . Single-crystal and ceramic Yb∶Lu 2 O 3 gain media for thin-disk oscillators ［J］. Appl. Phys. B ， 2023 ， 129 （ 10 ）： 160 . doi: 10.1007/s00340-023-08103-x http://dx.doi.org/10.1007/s00340-023-08103-x

KOOPMANN P ， PETERS R ， PETERMANN K ， et al . Crystal growth， spectroscopy， and highly efficient laser operation of thulium-doped Lu 2 O 3 around 2 μm ［J］. Appl. Phys. B ， 2011 ， 102 （ 1 ）： 19 - 24 . doi: 10.1007/s00340-010-4361-7 http://dx.doi.org/10.1007/s00340-010-4361-7

PETERS V ， FORNASIERO L ， MIX E ， et al . Spectroscopic characterization and diode-pumped laser action at 2.7 μm of Er∶Lu 2 O 3 ［C］. Proceedings of the CLEO/Europe Conference on Lasers and Electro-Optics， Glasgow ， 1998 . doi: 10.1364/cleo_europe.1998.cff10 http://dx.doi.org/10.1364/cleo_europe.1998.cff10

SUN Z X ， DONG H ， JIN G Y ， et al . The effect of point defects on the electronic structure and optical properties of X H 2 PO 4 （ X =Li， Na， Mg， Ca） crystals ［J］. AIP Adv. ， 2024 ， 14 （ 3 ）： 035329 . doi: 10.1063/5.0196725 http://dx.doi.org/10.1063/5.0196725

张小民，胡东霞，许党朋，等 . 浅论强激光系统的物理受限问题［J］. 中国激光， 2021 ， 48 （ 12 ）： 1201002 . doi: 10.3788/cjl202148.1201002 http://dx.doi.org/10.3788/cjl202148.1201002

ZHANG X M ， HU D X ， XU D P ， et al . Physical limitations of high-power， high-energy lasers ［J］. Chin. J. Lasers ， 2021 ， 48 （ 12 ）： 1201002 . （in Chinese） . doi: 10.3788/cjl202148.1201002 http://dx.doi.org/10.3788/cjl202148.1201002

郑金祥，李晓辉，吴庆辉，等 . 氟化钙晶体缺陷对应力双折射影响机制的研究［J］. 人工晶体学报， 2020 ， 49 （ 6 ）： 1049 - 1056 .

ZHENG J X ， LI X H ， WU Q H ， et al . Study on the influence me chanism of defect on stress birefringence of CaF 2 crystal ［J］. J. Synth. Cryst. ， 2020 ， 49 （ 6 ）： 1049 - 1056 . （in Chinese）

SUIHKONEN S ， PIMPUTKAR S ， SINTONEN S ， et al . Defects in single crystalline ammonothermal gallium nitride ［J］. Adv. Electr. Mater. ， 2017 ， 3 （ 6 ）： 1600496 . doi: 10.1002/aelm.201600496 http://dx.doi.org/10.1002/aelm.201600496

CHEN B Y ， MU W X ， LIU Y Y ， et al . Growth and characterization of the β-Ga 2 O 3 （011） plane without line-shaped defects ［J］. CrystEngComm ， 2023 ， 25 （ 16 ）： 2404 - 2409 . doi: 10.1039/d3ce00052d http://dx.doi.org/10.1039/d3ce00052d

权纪亮，谢致薇，杨元政，等 . Nd：YAG激光晶体开裂与缺陷研究［J］. 量子电子学报， 2010 ， 27 （ 3 ）： 270 - 275 .

QUAN J L ， XIE Z W ， YANG Y Z ， et al . Study on the cracking and defects of Nd∶YAG laser crystal ［J］. Chin. J. Quantum Electron. ， 2010 ， 27 （ 3 ）： 270 - 275 . （in Chinese）

NAKAI K ， NAGAI T ， NOAMI K ， et al . Characterization of defects in β-Ga 2 O 3 single crystals ［J］. Jpn. J. Appl. Phys. ， 2015 ， 54 （ 5 ）： 051103 . doi: 10.7567/jjap.54.051103 http://dx.doi.org/10.7567/jjap.54.051103

ZHANG Q ， DENG P Z ， GAN F X . X-ray topographic observation of dislocation structure in sapphire single crystal grown by temperature gradient technique ［J］. J. Cryst. Growth ， 1991 ， 108 （ 1-2 ）： 377 - 384 . doi: 10.1016/0022-0248(91)90385-i http://dx.doi.org/10.1016/0022-0248(91)90385-i

LU D Z ， JIANG Q T ， MA X M ， et al . Defect-related etch pits on crystals and their utilization ［J］. Crystals ， 2022 ， 12 （ 11 ）： 1549 . doi: 10.3390/cryst12111549 http://dx.doi.org/10.3390/cryst12111549

MOTZER C ， REICHLING M . High resolution study of etch figures on CaF 2 （111）［J］. J. Appl. Phys. ， 2009 ， 105 （ 6 ）： 064309 . doi: 10.1063/1.3078774 http://dx.doi.org/10.1063/1.3078774

SADRABADI P ， EISENLOHR P ， WEHRHAN G ， et al . Evolution of dislocation structure and deformation resistance in creep exemplified on single crystals of CaF 2 ［J］. Mater. Sci. Eng.： A， 2009 ， 510-511 ： 46 - 50 . doi: 10.1016/j.msea.2008.04.086 http://dx.doi.org/10.1016/j.msea.2008.04.086

ABRAHAMS M S ， HERKART P G . Effects of growth parameters on dislocations in CaF 2 ［J］. J. Appl. Phys. ， 1965 ， 36 （ 1 ）： 274 - 284 . doi: 10.1063/1.1713890 http://dx.doi.org/10.1063/1.1713890

赵珊茸，徐畅，张国庆，等 . 晶面腐蚀像与晶面对称及晶面结构的关系［J］. 地球科学-中国地质大学学报， 2013 ， 38 （ 2 ）： 211 - 217 .

ZHAO S R ， XU C ， ZHANG G Q ， et al . Etch figures related to the symmetry and structure of the crystal faces ［J］. Faculty of Earth Sci.-J. China Univ. Geosci. ， 2013 ， 38 （ 2 ）： 211 - 217 . （in Chinese）

王迪，汤港，张博，等 . Nd， Y∶SrF 2 激光晶体的位错缺陷表征及分布研究［J］. 人工晶体学报， 2023 ， 52 （ 7 ）： 1208 - 1218 .

WANG D ， TANG G ， ZHANG B ， et al . Characterization and distribution of dislocation defects of Nd， Y∶SrF 2 laser crystals ［J］. J. Synth. Cryst. ， 2023 ， 52 （ 7 ）： 1208 - 1218 . （in Chinese）

HANADA K ， MORIBAYASHI T ， KOSHI K ， et al . Origins of etch pits in β-Ga 2 O 3 （010） single crystals ［J］. Jpn. J. Appl. Phys. ， 2016 ， 55 （ 12 ）： 1202 BG. doi: 10.7567/jjap.55.1202bg http://dx.doi.org/10.7567/jjap.55.1202bg

UEDA O ， IKENAGA N ， KOSHI K ， et al . Structural evaluation of defects in β-Ga 2 O 3 single crystals grown by edge-defined film-fed growth process ［J］. Jpn. J. Appl. Phys. ， 2016 ， 55 （ 12 ）： 1202 BD. doi: 10.7567/jjap.55.1202bd http://dx.doi.org/10.7567/jjap.55.1202bd

WANG G J ， YIN Y Y ， ZHANG B T ， et al . Record size crystal growth and laser performance of Yb-doped lutetium oxide （Yb∶Lu 2 O 3 ） single crystal ［J］. CrystEngComm ， 2024 ， 26 （ 4 ）： 452 - 458 . doi: 10.1039/d3ce00687e http://dx.doi.org/10.1039/d3ce00687e

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Dislocation and Wet Etching of Lu2O3

DOI：10.37188/CJL.20250024

摘要

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Dislocation and Wet Etching of Lu₂O₃