GaAs光电探测材料和器件广泛应用在各行业上,对国家经济、安全、科学技术发展具有重要的战略意义。由于光电探测器材料都是多层的,采用无损光电压法检测多层结构GaAs光电发射材料特性,将为进一步研究GaAs光电发射材料提供关键测试理论和分析方法。本文采用表面光电压谱技术对多层结构GaAs光电发射材料的特性参数进行了计算和分析。本文首先阐述了表面光电压的概念和产生原因,着重分析对比了开尔文探针法和MIS(金属-绝缘体-半导体)法测量表面光电压信号的优劣。选用空气作为绝缘层的MIS结构来探测表面光电压信号。介绍了基于MIS结构的多层结构GaAs表面光电压谱测试系统。然后,通过研究AlGaAs/GaAs接触表面的晶格匹配、能带结构、少子迁移率及表面复合速率等,结合结构中各层的光学性质(光谱吸收系数、表面反射率)和在不同环境下载流子迁移的主要方式,建立GaAs/AlGaAs及GaAs/AlGaAs/GaAs等多层结构材料的表面光电压产生机理模型。画出了p-Al0.63Gao.37As/p-GaAs衬底结构和p-GaAs发射/p-Al0.57Ga0.43As/si-GaAs衬底结构的能带图。确定各层边界条件后,利用小注入条件下的一维载流子扩散方程建立了双层、三层结构GaAs材料的表面光电压谱模型。得到了双层、三层结构的光电压理论计算公式,及其特性参数计算方法。最后,实验验证多层结构GaAs光电发射材料特性的计算模型。采用在固定入射波长时测量随光强变化的的光电压的方法,计算得到不同样品在MIS结构中的理想因子。逐层腐蚀双层AlGaAs/GaAs及三层GaAs/AlGaAs/GaAs结构的材料,测量腐蚀后样品的光电压谱。再从单层到多层逐层计算它们的扩散长度、复合速率、结构组份等参数。测量激活后的双层AlGaAs/GaAs及三层GaAs/AlGaAs/GaAs结构的光谱响应曲线。将其与未激活材料的光电压谱曲线进行对比,验证多层结构光电压理论模型,证明表面光电压谱法的实用性。