论文研究了砷化镓光导开关(PCSS)的物理机理,重点在于对高增益砷化镓光导开关的物理机制作了创新性和探索性研究。高增益砷化镓光导开关的物理机理对器件的性能设计和工程应用具有重大的现实意义。论文工作注重理论分析与实验研究的联系以及承前启后的作用。在分析高增益砷化镓PCSS中的S-形电流-电压(I-V)特征曲线、光致电离、高场畴和电流丝的关系、电流丝的特征、电流丝与锁定(lock-on)效应的联系、lock-on电流的快速上升时间等实验结果的基础上,提出了“畴电子崩(DEA)”概念和“电离波(IW)”过程,奠定了高增益砷化镓光导开关的“流注模型”的理论基础。畴电子崩和电离波过程描述了载流子的“局域高(电)场碰撞电离”雪崩生长机制,解释了高增益砷化镓光导开关中流注形成和传播、以及“低场雪崩”现象。对高增益砷化镓光导开关的物理机理初步建立了一个完整、统一、自洽的理论框架。论文的主要内容为:1.应用半导体物理结合气体放电等理论系统研究高增益砷化镓光导开关的工作机理,提出了以畴电子崩为基础的流注模型。理论描述了多级流注形成和发展,连通两个电极的电流丝放电,导致lock-on效应发生。各级流注发展由三个过程组成:光致电离、与载流子注入相联系的畴电子崩(DEA)和载流子碰撞电离雪崩生长导致流注形成。光致电离包括激光照明和流注的复合辐射两种情形,提出了触发区域沿电场方向的长度阈值,揭示了流注的辐射效应、光致电离效应产生的局域平均非平衡载流子密度的上限。提出了畴电子崩的必要条件和基本特征。描述了在流注传播期间,器件的S形I-V特征曲线的发展过程。揭示了流注的形成和发展的一般规律。提出电流丝中的维持机制是电离波,分析揭示了第一个返回电离波使器件从空间电荷限制的电流转变为高密度载流子的双注入大电流,导致lock-on效应发生。应用这个模型合理解释了高增益砷化镓光导开关的实验结果。2.针对光导开关产生的线性电脉冲的实验结果,结合外电路,应用计算机对光导开关进行了数值模拟。第一章回顾了光导开关的研究进展,阐明了高增益砷化镓光导开关的物理机制还没有一个完整、统一、自洽的理论模型;第二章分析总结了研究高增益砷化镓光导开关的物理机理的理论基础;第三章研究了理想的本征砷化镓光导开关的物理机制;第四章研究了实际的高增益半绝缘砷化镓光导开关的物理机理;第五章用这个理论模型进一步分析和解释了高增益半绝缘砷化镓光导开关的实验结果;第六章验证了线性光导开关的物理机制;第七章是对全文的总结和对未来研究工作的展望。