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《高倍增高压超快gaas光电导开关中的光激发畴现象》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。
1、第20卷第1期 半 导 体 学 报 Vol.20,No.11999年1月 CHINESEJOURNALOFSEMICONDUCTORSJan.,1999高倍增高压超快GaAs光电导3开关中的光激发畴现象 施 卫 梁振宪 (西安理工大学应用物理系 西安 710048)(西安交通大学电气工程学院 西安 710049)摘要 本文首次报道了在临界触发条件下观察到的高倍增GaAs光电导开关中的光激发畴现象.分析了畴的产生与辐射发光在Lock-on效应中的作用.指出正是光激发畴的性质与行为决定
2、了GaAs光电导开关高倍增工作模式的典型现象和特性.PACC:7220H;EEACC:42501 引言随着雷达、通信、激光核聚变等技术领域的迅速发展,对高压大功率超快电磁脉冲发生系统及其开关技术提出了更高的要求.半导体光电导开关(PhotoconductiveSemiconductorSwitches,简称PCSS’s)就是利用超快脉冲激光器与光电导体(如GaAs、InP等)相结合形成的一类新型器件.与传统开关相比,PCSS’s具有开关速度快、触发无晃动、寄生电感电容小、结构简单紧凑等特点,尤其是耐高压及其大功率容量使其在超高速电子学和大功率超快电磁脉冲的
3、产生与整形技术领域如大功率亚纳秒脉冲源和超宽带(UWB)雷达及通信等领[1]域具有广泛的应用前景.特别地,在强电场下由GaAs、InP等Ë2Í族半导体制作的PCSS’s存在高倍增(也称Lock2on效应或非线性)工作模式,所需触发光能由线性工作模式下的mJ量级降至LJ量级,因而超快大功率PCSS's可以由激光二极管阵列(LDA)替代[2]庞大的YAG激光器触发,使得紧凑型大功率PCSS’s成为可能.[3,4]高倍增工作模式的典型现象为:(1)Lock2on效应的发生存在偏置电场阈值和触发光能阈值;(2)触发光脉冲作用与开关导通之间的时间延迟;(3)电流脉冲
4、上升时间明显小于载流子以饱和速率在开关电极间的渡越时间;(4)开关导通的维持阶段存在Lock2on电场;(5)用光斑覆盖两电极的均匀照射触发和用透镜聚焦并加光阑的点触发两种方式都能使PCSS’s出现Lock2on效应.强电场下PCSS’s的高倍增工作模式表明当外界触发光脉冲消失后PCSS’s内部存在新的载流子的产生与输运机制.我们在系统的实验中首次观察到工作在高倍增模式下的GaAsPCSS’s中存在一种类似于偶极畴(耿畴)的光激发畴现象,高倍增GaAsPCSS’s的典型现象和特性都与光激发畴的性质与行为有密切关系.3国家自然科学基金资助项目(No.5940
5、7006)施 卫 男,1957年出生,博士,副教授,主要从事光电物理器件、高功率超快固态光控开关方面的研究工作1998206219收到,1998207231定稿54 半 导 体 学 报 20卷2 实验横向GaAsPCSS’s芯片材料选用半绝缘GaAs,厚度016mm、其暗态电阻率Q>5×72108·cm、迁移率L>5500cmö(V·s)、两电极间隙3mm,放置在由聚四氟乙烯玻璃纤维复铜板制作的微带传输线衬底上,通过同轴接头形成开关的输入输出端.用超快激光脉冲照射芯片电极间隙以触发开关导通,其结构示意图见图1.用对撞脉冲主被动锁
6、模Nd:YAG激光器(ps)作为触发源测试开关的性能,测试线路见图2.示波器是Tek7934,光能量计是KSDP22102CAS21,TS100240dB同轴衰减器带宽为0～4GHz.激光脉冲宽度200ps经KTP晶体倍频输出0153Lm的光脉冲,用透镜聚焦使光斑直径约为0115mm,并加光阑除去杂散光实现点触发,触发光斑位于两电极中间.获得了GaAsPCSS’s在不同偏置电场和入[4]射光能条件下的Lock2on电流波形.其中,当开关偏置电场和相应的触发光能量在不同的阈值附近触发时,得到一组开关电流波形上升形状呈现出一定规律的Lock2on电流波形.如图
7、3所示.图3(a)、(b)、(c)和(d)所示的Lock2on电流波形是开关分别处在819、912、917和1110kVöcm偏置电场下,相应的触发光能量分别为56、32、25和21LJ时得到的.实验测试时,开关电场均大于最小触发电场阈值411kVöcm,而触发光能量则是与每一开关电场相对应的最小触发光能阈值.图1 横向GaAsPCSS’s结构示意图图2 皮秒激光脉冲触发GaAsPCSS’s测试线路从以上电流波形可以看出,(1)引发阶段中,在不同的偏置电场和入射光能阈值附近,其电流波形上升阶段均呈现出相同规律的脉动形状,且脉动时间间隔都相等,约等于6～7n
8、s.(2)随着时间的演化,电流脉动波形下降沿的底部逐渐抬高,当开关
