半绝缘GaAs光电导开关是利用脉冲激光器与半绝缘GaAs相结合组成的一类新型超快光电器件。与传统开关相比,半导体光电导开关具有触发无晃动、寄生电感电容小、上升时间快、关断时间短、重复频率高等特点,特别是耐高压及大功率容量使其在超高速电子学和大功率脉冲产生与整形技术领域具有广泛的应用前景。用GaAs光电导开关产生高功率高压无晃动超短电脉冲的研究,成为国防建设、超宽带通信、超宽带雷达、电磁武器的实现等领域急需解决的关键问题。本文通过GaAs光电导开关芯片材料特性的研究,分析了散射机制对电脉冲输出特性的影响;总结了线性和非线性模式下的实验规律,用光激发电荷畴模型分析了光电导开关非线性模式下传输特性;对非线性工作模式下的使用寿命问题展开实验研究和理论分析。本文着重讨论了半绝缘GaAs的材料特性,对其电阻率、杂质和缺陷、载流子迁移率等几个方面进行了较为全面的分析。研究了半绝缘GaAs材料中的散射机制,并根据散射理论计算了各种散射机制的散射率和散射终态的一般表达式,选择出对半绝缘GaAs光电导开关输出电脉冲产生主要影响的散射机制,并具体讨论了当温度、最大触发光功率、开关缝隙长度等参数发生变化时,散射机制对光电导开关输出特性的影响。对线性模式下的光电延迟、输出电脉冲展宽等实验现象理论分析。研究表明,引起输出电脉冲展宽的主要原因是由于反位As_Ga点缺陷能级的俘获作用,并成功地解释了实验结果。用光激发电荷畴理论分析了半绝缘GaAs光电导开关在非线性工作模式下的输出特性和光电阈值条件。在总结实验规律的基础上,得到半绝缘GaAs光电导开关非线性模式的光电阈值条件,指出当光能触发使开关满足n0L≥10¹²cm^-2时,达到形成高场畴的必要条件,阈值电场的作用是使材料体内产生电子转移效应。光场、电场的共同作用使开关体内产生高场畴。高场畴的输运决定了光电导开关输出电脉冲的特性。用电荷畴的观点讨论光电导开关在线性区域、非线性区域及阈值区的工作特性。分析了高电压下引起半绝缘GaAs光电导开关的光电延迟的原因,得到与实验测试结果相吻合的结论。对开关电极和芯片材料在高电压强电流条件下的退化和损伤分别作了详细的理论分析。指出电极退化和损伤的主要原因是强电场触发时,开关电极金属—半导体材料互扩散、金属电极的电迁移等效应。其中阳极附近由于存在势垒等原因,损坏比阴极严重。芯片材料的损伤主要是由于EL2能级的存在;通过对EL2能级在开关中所起作用的机理分析,提出深能级缺陷及热效应是导致开关击穿的主要原因。通过对光电导开关击穿机理的研究,我们认为改进开关寿命的主要途径是以下几种:（1）选择适当的触发光源;（2）开关芯片两电极之间的间隙长度最优取值;（3）电极形状及位置进行重新设计;（4）选用新的电极材料;（5）改善接触界面。本研究得到国家自然科学基金（No.10376025,50477011）的资助。