[发明专利]一种GaAs光导开关载流子浓度分布变化测试方法及光路

说明书

本发明公开了一种GaAs光导开关载流子浓度分布变化测试方法，属于半导体器件测试领域，本发明利用激光照射GaAs光导开关的不同位置，根据被照射位置折射率的变化，获得GaAs光导开关导通过程中内部载流子浓度分布变化曲线，本发明提供的GaAs光导开关导通过程中内部载流子准动态分布诊断方法，填补了光导开关内载流子浓度分布变化诊断的空白，可为新型GaAs光导开关设计提供依据。

技术领域

本发明属于半导体器件测试领域，具体涉及到GaAs光导开关内部载流子准动态分布测试。

背景技术

在高新装备(如电磁脉冲模拟器、高新技术武器等)、物理研究、工业需求等的推动下，固态脉冲功率技术受到广泛关注，各主要技术强国均投入大量人力物力开展相关研究工作，取得了多项里程碑式的技术进步，其应用领域也获得迅速拓展。固态脉冲功率技术主要朝着高重复频率、高平均功率、小型化、模块化、长使用寿命的方向发展。目前，高重复频率、高平均功率固态脉冲功率源技术研究已经成为脉冲功率技术研究领域的热点，列入美国多个重点国家科技计划。发展高重复频率、高平均功率、高能量密度的固态脉冲功率装置，开关是最关键的器件。与其它固体开关(如功率半导体开关、半导体断路开关、磁开关等)相比，光导开关具有体积小，重复频率性能好、闭合时间短(ps量级)、时间抖动小(ps量级)、开关电感低(亚纳亨)、同步精度高(ps量级)、电磁兼容性强，使光导开关在固态紧凑型脉冲功率源上有着较为广阔的应用前景。

现有研究结果表明GaAs光导开关长脉冲宽度工作条件下寿命较低，原因有二：一方面是由于GaAs光导开关导通电阻较大；另一方面是由于GaAs光导开关导通过程中载流子汇聚导致电流丝。GaAs光导开关较大的导通电阻和电流丝现象都会导致开关工作状态下局部焦耳加热现象的发生，导致GaAs光导开关的热损伤和热击穿，严重降低GaAs光导开关的寿命。上述现象均与GaAs光导开关导通过程中载流子分布密切相关。因此，需要对GaAs光导开关导通过程中内部载流子分布变化情况进行诊断。

而目前在GaAs光导开关研究相关文献和专利资料中并未发现有相关GaAs光导开关内部载流子浓度分布变化测试相关的专利信息。

发明内容

本发明的目的是利用半导体材料内部载流子浓度变化会引起半导体材料折射率变化的原理，设计出GaAs光导开关载流子浓度分布变化测试方法，用于诊断GaAs光导开关导通过程中GaAs光导开关内部载流子分布情况。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种GaAs光导开关载流子浓度分布变化测试方法，利用激光照射GaAs光导开关的不同位置，根据被照射位置折射率的变化，获得GaAs光导开关导通过程中内部载流子浓度分布变化曲线。

在上述技术方案中，所述激光包括探测激光和泵浦激光。

在上述技术方案中，分布测试方法具体过程为：

步骤一：将泵浦激光遮挡，将GaAs光导开关样品沿光路方向移动，得到仅有探测激光时GaAs光导开关Z扫描曲线；

步骤二：同时提供探测激光和泵浦激光，将GaAs光导开关样品沿光路方向移动，得到有泵浦激光和探测激光时GaAs光导开关Z扫描曲线；

步骤三：在GaAs光导开关两端加载电压，测试GaAs光导开关导通过程中不同X和Y位置处的Z扫描曲线，得到GaAs光导开关不同X和Y位置处自由载流子浓度绝对变化值和相对于步骤一和步骤二变化值；

其中：将光导开关垂直光路方向的平面定义为XY平面，垂直于XY面的方向定义为Z向，Z向与光路平行。

在上述技术方案中，所述GaAs光导开关为非线性半导体材料，基于非线性材料Z扫描测试得到曲线峰谷透过率差ΔT_p-v：△T_p-v＝0.406×(1-s)^0.25|△Φ₀|，