随着半导体功率器件产业的迅速发展，砷化镓光电导开关以兼顾功率和带宽优良的特性受到广泛应用。工作在非线性模式下的砷化镓光电导开关存在电流成丝现象，由于该现象的复杂性，迄今为止对其物理机理还不是很清楚。
　　本文通过一系列实验，从建立适用于砷化镓光电导开关的流注模型出发，研究了丝状电流引起砷化镓材料暗态电阻值改变的原因；分析了光触发下，丝状电流引起砷化镓光电导开关沿面闪络现象的机理；讨论了丝状电流导致开关损坏的原因。本文完成以下工作：
　　（1）提出了用于解释砷化镓光电导开关丝状电流的流注模型。此模型包括三个方面：流注的产生、发展和贯穿。提出了流注产生所需的两个条件：一个是流注形成区域的载流子浓度必须大于1017cm-3，另一个是流注形成区域的电场强度必须大于雪崩碰撞电离的电场强度。分析指出雪崩电离和复合辐射是导致流注发展的物理因素。当流注发展贯穿两电极后，锁定电场（Lock-on电场）宏观上是由于砷化镓光电导开关和外电路负载电阻瞬态电压的动态分布造成的，在微观上表现为流注体内的载流子的产生率和复合率动态变化和相互竞争的结果。最后定量计算出丝状电流的速度为2×108cm/s，基于Franz-Keldysh效应分析了电流成丝现象的机理。
　　（2）从理论上解释了砷化镓光电导开关暗态电阻变化的物理机制。砷化镓光电导开关损伤后，其暗态电阻值有两类改变：第一类是暗态电阻值下降但数量级没发生变化，第二类是暗态电阻值下降了至少两个数量级。第一类暗态电阻值的变化是EL2浓度减小引起的。具体是因为丝状导电通道内部的高温，引起砷化镓晶体的分解，分解出的砷蒸发，使As/Ga减小进而导致EL2浓度减小，理论上推导出砷化镓的电阻率与EL2浓度成正比。第二类暗态电阻值的变化是因为丝状电流通道内部的高能载流子相互碰撞引起新的缺陷，当这些缺陷组成一条连通砷化镓光电导开关正负两极的导通路径，由于电流过于集中，使电流路径处的材料因烧蚀而改性，导致暗态电阻大幅度下降。
　　（3）通过实验研究了丝状电流引发的光触发下砷化镓光电导开关的沿面闪络现象。提出光触发下砷化镓光电导开关发生沿面闪络需要满足两个必要条件：一个是开关工作在非线性模式，另一个是开关芯片表面的电场强度达到空气电离的条件。定量解释了沿面闪络是由丝状电流引起开关表面垂直场强畸变（高于80kV/cm）和发射的热电子共同作用导致的。对于沿面闪络时域波形的周期振荡现象，是由于闪络通道内部的等离子体箍缩动力压强和其激发出的磁应力相互作用，引起等离子体柱先箍缩再膨胀，此过程反复进行造成的。通过测试砷化镓光电导开关发生沿面闪络的光谱，与空气击穿的光谱相对比，证实开关沿面闪络不是单纯的空气放电。小电流下闪络损伤主要是因为电极附近会形成局部闪络，而大电流下闪络的损伤主要是热应力造成的。
　　（4）在不同电流强度下，研究了砷化镓光电导开关的损坏机理。针对在小电流条件下（百安培以下）工作的砷化镓光电导开关的损坏现象，提出了一个渗透损伤理论：丝状电流内部的高能载流子，在丝状电流路径中产生热击穿并形成点状损伤，当这些点状损伤足够密集，形成一条使砷化镓光电导开关两电极连接的路径，此时一个永久的导电通道便会形成，导致开关完全损坏。而大电流条件下（千安培以上）引起砷化镓光电导开关损坏的原因是，丝状电流引起的局部高温区不仅会使砷化镓材料熔化和分解，同时导致局部产生较强的热应力，此热应力包含砷化镓开关芯片内部的热应力和砷化镓芯片与电极之间的热应力。这两类热应力会引起开关表面发生碎裂，导致开关的损坏。