半绝缘GaAs光导开关不完全击穿前后暗态电阻降低原因新探

为了进一步理解光导开关非线性工作模式机理,通过实验以及理论研究方法,研究了半绝缘GaAs光导开关工作于非线性模式下在不完全击穿前后暗态阻值的变化,认为击穿阶段和锁定阶段改变了材料内部位错区域As原子的形态以及局部电子陷阱EL2的浓度,导致了击穿后暗态阻值的减小。     

用1064nm激光脉冲触发半绝缘GaAs光电导开关的奇特光电导现象

报道了用1064nm激光脉冲触发半绝缘GaAs光电导开关的一种奇特光电导现象.GaAs光电导开关的电极间隙为4mm,当偏置电场分别为2.0和6.0kV/cm时,用脉冲能量为0.8mJ,宽度为5ns的激光触发开关,观察到开关输出的线性和非线性工作模式.当偏置电场增至9.5kV/cm,触发光脉冲能量在0.5～1.0mJ范围时,观察到奇特的光电导现象,开关先输出一个线性电脉冲,经过大约20～250ns时间延迟后,触发光脉冲消失,开关又输出一个非线性电脉冲.这一奇特光电导现象的物理机制与半绝缘GaAs中的反位缺陷和吸收机制有关.分析计算了线性与非线性电脉冲之间的延迟时间,结果与实验观察基本吻合.     

GaAs光导开关暗态击穿原因分析

光导开关(PCSS)在暗态耐压测试中耐压值低于理论值.根据GaAs材料特性,分析了暗态下光导开关的击穿机理.指出碰撞电离与电流控制负微分迁移率效应是导致开关击穿的直接原因.使用Silvaco半导体仿真软件对模型进行了模拟计算,结果表明温度显著影响电场、载流子浓度分布,引起碰撞电离等效应加剧,造成器件耐压值偏低.仿真结果与实验值基本相近,室温下耐压水平为33～40 kV/cm.光导开关击穿特性与温度密切相关,改善光导开关散热条件可提高开关耐压水平.     

用1553nm激光脉冲触发GaAs光电导开关的研究

用1553nm飞秒光纤激光器触发半绝缘GaAs光电导开关的实验表明,当光电导开关处于3.33～10.3kV/cm的直流偏置电场并被脉冲宽度200fs且单脉冲能量0.2nJ的激光脉冲照射时,开关表现为线性工作模式,开关输出峰值电压为0.8mV.分析表明,开关对波长为1553nm触发激光脉冲表现出的弱光电导现象起因于半绝缘GaAs材料EL2深能级的作用.     

用1553nm激光脉冲触发GaAs光电导开关的研究

用15 5 3nm飞秒光纤激光器触发半绝缘GaAs光电导开关的实验表明,当光电导开关处于3 33～10 3kV/cm的直流偏置电场并被脉冲宽度2 0 0fs且单脉冲能量0 2nJ的激光脉冲照射时,开关表现为线性工作模式,开关输出峰值电压为0 8mV .分析表明,开关对波长为15 5 3nm触发激光脉冲表现出的弱光电导现象起因于半绝缘GaAs材料EL2深能级的作用.     

介质壁加速器用GaAs光导开关的通态电阻测量

GaAs光导开关可作为紧凑型脉冲功率系统的主要器件,如光导开关在介质壁加速器中的应用。为了研究通态电阻对开关性能的影响,采用平板传输线和同轴电缆作为脉冲形成线,测量了3mm电极间隙的GaAs光导开关的通态电阻。测量结果表明：电极间隙为3mm的GaAs光导开关的通态电阻为14．9Ω,光导开关通态电阻的存在将导致开关热损伤,降低脉冲功率系统的电压输出能力,缩短GaAs光导开关的使用寿命。     

半绝缘GaAs光电导开关的光控预击穿特性

用波长1064nm,触发光能为0.5mJ的激光脉冲触发电极间隙为4mm的半绝缘（SI）GaAs光电导开关,当偏置电压达到4kV时,开关并未引发自持放电,而是进入非线性（lock-on）工作模式,即开关处于光控预击穿状态。分析认为：通过激子的产生和离解激子效应贡献了光电导;碰撞电离、雪崩倍增、激子效应补充了因外界光源撤出后所需的载流子浓度和能量。在上述因素的相互作用下,SI-GaAs 光电导开关并没有引发自持放电而是处于光控预击穿状态,丝状电流特性影响着开关的损伤程度。     

半绝缘GaAs光电导开关的延迟偶极畴工作模式

基于转移电子效应提出半绝缘光电导开关延迟偶极畴工作模式,理论分析了强场下开关的周期性减幅振荡.指出开关的周期性减幅振荡是由于外电路的自激振荡和开关的转移电子振荡共同作用引起的.开关的偏置电场在交流电场的调制下,当畴到达阳极时,开关电场下降到低于耿氏阈值电场ET而高于维持电场ES(维持畴生存所需的最小电场),开关将工作于延迟偶极畴模式.进而从理论和实验两方面指出半绝缘GaAs光电导开关是一种光注入畴器件,光生载流子的产生使得载流子浓度与器件长度乘积满足产生空间电荷畴所需的条件.     

半绝缘GaAs光电导开关的延迟偶极畴工作模式

基于转移电子效应提出半绝缘光电导开关延迟偶极畴工作模式,理论分析了强场下开关的周期性减幅振荡.指出开关的周期性减幅振荡是由于外电路的自激振荡和开关的转移电子振荡共同作用引起的.开关的偏置电场在交流电场的调制下,当畴到达阳极时,开关电场下降到低于耿氏阈值电场ET而高于维持电场ES(维持畴生存所需的最小电场),开关将工作于延迟偶极畴模式.进而从理论和实验两方面指出半绝缘GaAs光电导开关是一种光注入畴器件,光生载流子的产生使得载流子浓度与器件长度乘积满足产生空间电荷畴所需的条件.     

重频光脉冲对半绝缘GaAs光导开关损伤分析

通过波长为1 064 nm的重频激光光脉冲触发半绝缘GaAs光导开关损伤测试实验,观察脉冲激光触发过程中光电导开关电阻率的变化,对比低重频(1 kHz)和高重频的激光脉冲对GaAs光电导开关芯片的损伤阈值,分析了不同重复频率的激光脉冲引起光导开关芯片材料光损伤的主要原因,并探讨了损伤机理。研究表明,在重复频率激光作用下GaAs光导开关芯片材料的破坏阈值比在单脉冲作用下低,且不同重复频率的激光辐照下材料表面的温升速率不同。当激励光脉冲重复频率较低(1 kHz)时,芯片内的温升效应不显著,此时光损伤与重复频率无明显依赖关系,主要损伤机制为微损伤累积;而当重复频率较高时,开关材料内热积累引起的损伤占主要地位。     

热处理和淬火的未掺杂半绝缘LEC GaAs的均匀性

对未掺杂原生ＬＥＣＳＩＧａＡｓ单晶在５００～１１７０℃温度范围进行了单步、两步和三步热处理及淬火，研究了这种热处理对ＥＬ２分布的影响，并检测了位错和Ａｓ沉淀的变化。结果表明，６５０℃以上温度的热处理可以改善ＥＬ２分布均匀性，且在６５０～９５０℃温度范围的热处理中，ＥＬ２均匀性的改善与热处理后的降温速率无明显联系。此外，两步或三步热处理的样品中ＥＬ２分布甚至比单步热处理样品中更优。９５０℃以下的热处理和淬火对位错和Ａｓ沉淀无明显影响。但是１１７０℃热处理井淬火后位错密度增加大约３０％，Ａｓ沉淀消失。对经１１７０℃淬火的样品再进行８０Ｏ℃或９５０℃的热处理，Ａｓ沉淀重新出现。ＥＬ２分布的变化可能与点缺陷、位错和Ａｓ沉淀的相互作用有关。文中提出了这种相互作用的模型，利用该模型可解释不同条件热处理后ＥＬ２分布的变化。     

非掺杂半绝缘LECGaAs中电参数与碳浓度及EL2浓度的关系

利用范德堡方法和光吸收方法研究了非掺杂半绝缘（ＳＩ）ＬＥＣＧａＡｓ 中电参数与碳（Ｃ）浓度及ＥＬ２ 浓度的关系。通过比较实验结果和理论计算结果发现，这种半绝缘晶体中除Ｃ外还存在其它受主在电补偿中起重要作用     

半绝缘砷化镓EPR谱的异常退火特性

中子辐照的水平生长出绝缘GaAs(样品A)、原生的和塑性形变的直法拉制半绝缘GaAs(样品C和D),都给出一组四线谱,但在不同的样品中呈现不同的退火特性:样品A经125℃三小时退火后,EPR谱有部分光猝灭效应,加长退火时间,光猝灭效应消失,表现出异常的退火特性;而样品C和D,则无光猝灭效应.     

EL2能级对GaAs MESFET夹断电压的影响

在建立的理论模型基础之上,定量地分析了ＥＬ２能级对ＧａＡｓ ＭＥＳＦＥＴ夹断电压的影响,指出位于本征费米能级以下的ＥＬ２能级是影响ＧａＡｓ ＭＥＳＦＥＴ夹断电压大小的主要因素,ＥＬ２能级对ＧａＡｓ ＭＥＳＦＥＴ夹断电压的影响程度与ＥＬ２能给的缺陷密度呈线性关系。     

掺In GaAs晶体中的EL2缺陷及其热处理

比较了掺Ｉｎ和非掺杂ＬＥＣ－ＧａＡｓ晶体中的ＥＬ２缺陷，分析了掺Ｉｎ量的不同与热处理过程的不同对ＬＥＣ－ＧａＡｓ晶体中ＥＬ２缺陷的影响。     

Inhomogeneity of the deep center el2 in GaAs observed by direct infra-red imaging

The distribution of the dominant deep trap EL2 in 7.5cm diameter crystals of semi-insulating GaAs is studied by whole slice infrared imaging. Very significant fluctuations in the neutral EL2 concentration ([EL2]ℴ) are observed, corresponding at most to variations in [EL2]ℴ of up to 80%. The different sorts of fine structure, namely cell structure and bands of high infrared absorption ("sheets" and “streamers”) lying in (110) planes running down the <001> growth directions, are described.     

Observation of differences in the quenching of the Photocurrent in GaAs containing EL2 and EL0

The quenching of the photocurrent and photo-Hall effect of several undoped semi-insulating gallium arsenide samples has been measured and compared with the deep-level photoluminescence spectra from neighboring samples. Samples that show either EL2 (0.68 eV) or ELO (0.63 eV) photoluminescence have distinctly different photocurrent quenching behaviors. EL2 samples show a photocurrent decrease of several orders of magnitude, and a change fromn-type to p-type conduction during quenching at 80 K with 1.1 eV light. ELO samples show a reduction in photocurrent of less than an order of magnitude with no change in the carrier type at this temperature. Photo-Hall effect experiments at 80 K indicate that the conduction isn-type for the ELO samples, but changes fromn- to p-type during the quench for the EL2 samples. The temperature dependence of the quenching has also been studied. EL2 samples show little variation in the range 10-80 K, while ELO samples show significant quenching similar to EL2 after the temperature is reduced below 70 K. These results indicate that defects other than EL2 can significantly affect photocurrent quenching experiments.