在半导体制造行业中，本征半导体材料需掺入杂质后才能用于半导体器件生产，且掺杂半导体材料的性能会显著影响各种器件的工作特性。为保证器件的质量、性能和良品率，对半导体原材料性能的检测及其掺杂过程的监测是必不可少的环节。特别随着半导体原材料向大直径低缺陷方向发展，微电子器件关键尺寸的持续缩小，这将对材料加工工艺提出更苛刻的要求，同时也要求材料测试技术向快速灵敏和非接触无损伤方向发展。因此本论文采用多种全光学测试技术来测量掺杂半导体材料的特性，主要以光载流子辐射测量技术和自由载流子吸收技术为主，以椭偏光谱技术和光致发光光谱技术作辅助测量。　　和其他被广泛研究的光声光热测量技术相比，光载流子辐射技术和自由载流子吸收技术中信号仅和样品光生载流子浓度有关，这使得信号处理过程更为简单，且理论模型涉及未知参数少，使得参数测量的可靠性高。本文将该两个技术结合在一起同时对半导体材料进行检测。本文推导了光载流子辐射和自由载流子吸收信号的理论表达式。通过建立多参数拟合方法，对信号数据进行拟合，可反演获取待测的载流子输运参数，如载流子的寿命和扩散系数、表面复合速度等，并在理论上仿真分析了实验测量误差对这些参数拟合精度的影响。结果表明采用光载流子辐射和自由载流子吸收联合技术可提高载流子输运参数的测量精度。　　利用搭建的光载流子辐射和自由载流子吸收联合测量实验系统，我们测量了半导体硅材料的载流子输运参数以及监测了离子注入掺杂工艺参数，包括不同离子注入剂量、注入能量和不同退火温度。　　本文提出了多波长光载流子辐射技术，推导了不同激发波长下两层模型的光载流子辐射理论表达式，并仿真分析了样品掺杂层电学和光学性质对不同激发波长下的光载流子辐射信号的影响。实验上我们采用多波长光载流子辐射技术测量了不同注入剂量的退火硅片的载流子输运参数，发现离子注入和退火过程使得硅片的前表面复合速度、掺杂层载流子寿命和扩散系数均随离子注入剂量增加而减小，测量结果很好地解释了实验现象。　　我们在实验上发现探测器响应面的空间非均匀性等因素会导致测量的系统频率响应存在误差并对实验数据拟合结果产生不良影响。为此本文提出了一种自消除系统频率响应的方法，提高了采用自由载流子吸收技术测量样品载流子输运参数的精度。　　采用椭偏光谱、光致发光光谱和光载流子辐射技术测量表征了超浅结的特性参数。结果表明可见波段和红外波段的椭偏光谱可分别用于获取未退火超浅结的缺陷分布，和退火超浅结的结深、载流子浓度分布等信息。通过测量超浅结的光致发光光谱，证实超浅结的光载流子辐射信号主要成份是硅在禁带及附近处的辐射复合发光。超浅结样品的光载流子辐射信号振幅和相位延迟均随超低注入能量的减小而单调增大。且和红外椭偏光谱技术相比，光载流子辐射技术对超浅结超低注入能量的监测更为灵敏。