[发明专利]基于位相光栅分光触发带侧墙的多通道砷化镓光电导开关

说明书

本发明公开的基于位相光栅分光触发带侧墙的多通道砷化镓光电导开关，包括有屏蔽盒，屏蔽盒内部设置有多通道导电开关单元，屏蔽盒顶部的开口处设置有位相型触发光栅系统，位相型触发光栅系统位于多通道导电开关单元上方。该多通道砷化镓光电导开关，能够降低开关的暗态电流，抑制表面闪络的发生，提升开关的耐压能力。

技术领域

本发明属于高功率超快半导体光电器件技术领域，具体涉及一种基于位相光栅分光触发带侧墙的多通道砷化镓光电导开关。

背景技术

砷化镓光电导开关技术被广泛地应用于介质壁加速器，太赫兹辐射源，生物电学，超宽带脉冲源，武器点火，X射线飞秒条纹相机和环境保护等方面。砷化镓光电导开关与传统的纯电学的开关技术相比，具有相应速度快，抖动小，重复频率高，暗态电阻大和寄生电感电容小等优点。目前砷化镓光电导开关主要有两种工作模式：线性工作模式和高倍增工作模式。在高倍增工作模式下，其需要的触发光能将比线性工作模式下小三到五个数量级，为弱光触发奠定了基础。目前的研究结果显示开关的偏置电压越高，则需要的触发光能越小，砷化镓光电导开关高倍增工作模式的光能阈值与电场阈值成反比例的关系。且在砷化镓光电导开关的高倍增猝灭模式下偏置电压越高，其输出的电脉冲的脉宽越短。总之，砷化镓光电导开关在高偏置电压下工作具有很多益处，而且耐压能力为高功率脉冲开关技术的重要参数之一。尽管砷化镓材料的本征击穿电场达到250kV/cm，但是砷化镓光电导开关往往在40kV/cm左右就会发生表面闪络，导致开关损坏，这极大的影响了砷化镓光电导开关的发展。研究显示砷化镓光电导开关表面闪络现象的发生的初始电子来源于电极金属，砷化镓和绝缘介质的三结合处，然后在电场的作用下轰击半导体表面，从而导致二次电子发射，进而电子倍增，闪络发生；贯穿阶段为绝缘材料表面解吸附气体层的击穿。因此抑制砷化镓光电导开关的表面闪络成为提高其耐压能力的关键。另一方面，当砷化镓光电导开关工作于高倍增工作模式下时，开关导通时其内部将会形成电流丝，而电流丝的直径非常小，导致其绝大部分的材料并没有起到有效的通流作用。在触发光方面，对于多个砷化镓光电导开关往往采用多个激光器同步触发，激光的同步性将对开关的同步性产生影响，且实验表明提升触发脉冲激光的峰值功率密度将有助于降低其阈值电场，提高光能的利用率。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于位相光栅分光触发带侧墙的多通道砷化镓光电导开关，能够降低开关的暗态电流，抑制表面闪络的发生，提升开关的耐压能力。

本发明所采用的技术方案是，基于位相光栅分光触发带侧墙的多通道砷化镓光电导开关，包括有屏蔽盒，屏蔽盒内部设置有多通道导电开关单元，屏蔽盒顶部的开口处设置有位相型触发光栅系统，位相型触发光栅系统位于多通道导电开关单元上方。

本发明的特征还在于，

位相型触发光栅系统包括由上至下依次设置的滤光片及相位光栅。

多通道导电开关单元包括由下至上依次设置的支撑层、砷化镓层，砷化镓层的上表面设置有两个金属电极，两个金属电极之间设置有两组侧墙单元，两组侧墙单元之间刻蚀有若干个沟道，相位光栅的狭缝与沟道一一对应；

包括有保护层，保护层沉积在除两个金属电极及两组侧墙单元外的砷化镓层上表面，若干个沟道表面覆盖有保护层；保护层上表面沉积有绝缘隔离层。每组侧墙单元有一个或多个侧墙组成，侧墙的材质为二氧化硅。

支撑层及绝缘隔离层的材质均为二氧化硅；保护层的材质为三氧化二砷、五氧化二砷或三氧化二镓。

金属电极为Ni/AuGe/Ni的金属淀积层。

沟道的形状为中间为条形，两端逐渐收窄，沟道的端部与侧墙之间有缝隙。

本发明的有益效果是：