西工大新闻网11月6日电（王涛）我校材料学院介万奇教授团队与西班牙Andres Castellanos-Gomez教授团队合作，揭示了新型光电功能晶体GaSe材料与光电器件的失效过程与机制，并据此提出了提高GaSe器件工作稳定性的办法。研究成果以“Toward Air Stability of Thin GaSe Devices: Avoiding Environmental and Laser-Induced Degradation by Encapsulation”为题，于2018年10月9日在Advanced Functional Materials (先进功能材料)上在线发表，介万奇教授团队博士研究生赵清华为第一作者，材料学院王涛副教授与西班牙Riccardo Frisenda和Andres Castellanos-Gomez教授为文章的共同通讯作者，西北工业大学为论文第一单位和共同通讯单位。论文链接如下：https://doi.org/10.1002/adfm.201805304。

GaSe晶体在量子光学实验中具有十分诱人的应用前景，因为在室温下即可以观察到单光子发射。此外它还具有很强的非线性光学性质，可以产生强二次谐波和三次谐波。GaSe光探测器响应率高达1200A/W，在光电探测领域也十分有前景。

但是GaSe晶体属于典型的III-VIA族化合物半导体，由于具有本征结构缺陷，高质量晶体较难制备。此外，GaSe器件应用需要解决的主要问题还在于稳定性较差。目前对于空气环境下其失效机理仍然缺乏统一的认识，尤其是对电学及光电性质变化的影响机制，尚没有明确的说法，影响了器件的广泛使用。

本项工作在生长高质量GaSe晶体的基础上，详细研究了环境和激光诱导条件下的GaSe晶体性能退化问题。采用光学显微镜、AFM、拉曼等手段，研究了空气、真空、氧气、氮气气氛以及激光条件下GaSe表面形貌和光电性能的变化规律。发现GaSe器件的性能退化可以分成两个阶段，第一个阶段首先在GaSe表面分解生成α-Se和Ga₂Se₃，导致光电流增加；第二个阶段，GaSe与空气中的氧反应生成Ga₂O₃并且浓度不断增加，导致光电流下降，最终导致光电探测器失效。研究全面揭示了GaSe器件失效的完整机制，并基于此提出了采用BN包覆防止退化的新思路，为GaSe器件的制备和应用指明了方向。采用BN包覆的器件工作稳定性大大提高，证明了这一思路的正确性。

该项工作得到首批国家重点研发计划（2016YFB0402405）的支持。

近年来，王涛副教授将II-VI族半导体晶体（CdZnTe、CdTe等）生长技术拓展应用于GaSe、GaTe等III-VI族半导体生长，解决了缺陷化合物晶体生长的难题，获得了一系列成果。其中利用高质量GaSe晶体较高的二次非线性系数，成功应用于二次谐波产生，合作工作发表于Nature旗下Light杂志（Xuetao Gan et al., https://www.nature.com/articles/lsa2017126）和Wiley旗下Advanced Optical Materials杂志（Liang Fang et al., https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adom.201800698）；关于GaTe晶体相变研究的工作发表于RSC旗下Physical Chemistry Chemical Physics杂志（Qinghua Zhao et al., https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2016/cp/c6cp01963c），并被遴选为封面论文。

图1 GaSe晶体表面形貌变化过程

图2 GaSe器件表面的长时间拉曼监测结果

（审稿：付前刚）