CN102017088A - 在经脉冲激光照射而掺杂的材料上构造平坦表面 - Google Patents

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Abstract

公开了一种用于处理衬底(例如半导体衬底)的方法和装置，包括在衬底表面部分暴露于掺杂剂中时采用多个短辐射脉冲照射该衬底表面的至少一部分。将脉冲选定为在衬底表面处具有大于熔化注量阈值(为了引起衬底熔化所需的辐射脉冲的最低注量)且小于烧蚀注量阈值(为了引起衬底烧蚀所需的辐射脉冲的最低注量)的注量。一定量的掺杂物可以以该方式加入到衬底中，同时保证衬底表面的粗糙度远小于所施加辐射脉冲的波长。

Description

在经脉冲激光照射而掺杂的材料上构造平坦表面
相关申请
本发明要求在2008年1月31日提交的、题为“在经脉冲激光照射而掺杂的材料上构造平坦表面(Engineering Flat Surfaces On Materials Doped Via Pulsed Laser Irradiation)”、序列号为61/025101的临时申请的权益，在此通过引用将其包括在本发明当中。
技术领域
本发明总地涉及通过辐射脉冲来处理衬底的方法，及通过该方法获得的衬底，并且更具体地涉及这种将掺杂物引入到衬底表面层的方法。
背景技术
可以采用多种技术掺杂半导体衬底。例如，在有包含掺杂物的化合物的参与下，可通过用飞秒辐射脉冲串辐射硅晶片，使晶体硅掺杂到大约1％的原子浓度。例如，在晶片暴露于诸如SF6的硫施主时，用飞秒辐射脉冲串照射该晶片，可使硅晶片掺杂大约1％原子浓度的硫。获得的掺杂硅能够表现出多个被高度期望的光电性能。例如，其能够表现出对波长大于约1100nm的辐射的显著吸收。实际上，这种掺杂的硅可被用于制造能很好地在红外中使用的硅光电二极管。
然而，用于制造这种掺杂的公知技术也引起了对硅晶片无法忽视的损伤。例如，它们可导致在硅表面上形成峰和脊的准周期阵列。这种表面结构使掺杂的晶片难于在多种应用中使用。例如，在制造光电探测器时，它们能够使许多传统的测量及处理技术，以及制造方法在实施上很困难。
因此，需要一种用于衬底的辐射处理的改进方法，并且尤其是对掺杂衬底的改进方法。还需要一种表现出改善的表面形貌的掺杂衬底。
发明内容
在一个方面，本发明提供一种用于处理衬底(例如半导体衬底)的方法，该方法包括，在衬底表面部分与掺杂剂接触时，采用多个短辐射脉冲照射该衬底表面的至少一部分。将脉冲选定为在衬底表面处具有大于熔化注量阈值(为了引起衬底熔化所需的辐射脉冲的最低注量)且小于烧蚀注量阈值(为了引起衬底烧蚀所需的辐射脉冲的最低注量)，该注量的值根据不同的材料和激光参数(例如中心波长、脉冲持续时间等)而变化。如下面进一步的讨论，一定量的掺杂物可以以该方式加入到衬底中，同时保证衬底表面的粗糙度大大小于所施加辐射脉冲的波长。
脉冲的持续时间例如在约100飞秒到几十或几百纳秒(例如20纳秒)的范围内，或在约100飞秒到约1皮秒的范围内，例如在约100飞秒到约500飞秒的范围内，尽管如此，也可以采用其他脉冲宽度。脉冲能量例如可以在约100微焦耳到约10毫焦耳的范围内，尽管如此，也可以采用其他脉冲能量。选择脉冲能量和斑点尺寸以便在表面处获得期望的辐照注量。
在相关的方面中，掺杂化合物可以是任何气体、液体或固体。一些这样的掺杂化合物的例子包括SF6、N2、Cl2、空气、水、酒精、H2S、Sb、Se、Te、P，此非穷举。
在另一方面，公开了一种向衬底(例如半导体衬底)中引入掺杂物的方法，该方法包括使衬底表面的至少一部分暴露于具有掺杂成分的材料。采用多个瞬时短激光脉冲照射表面部分，以便使所述掺杂物加入到衬底的表面层中。配置激光脉冲使得照射后所照射的衬底表面的均方根粗糙度比所施加的辐射波长(例如脉冲的中心波长)的约1/8更小，及优选地比约1/32更小，并且更优选地比约1/50更小。
在另一方面，本发明提供一种通过以下方式将掺杂物加入到衬底中的方法：将衬底表面的至少一部分暴露于掺杂剂，以及施加多个短辐射脉冲到该表面部分的多个位置，以便引起衬底的表面层的熔化，而不引起烧蚀，从而使一定量所述掺杂物例如以密度在约1013cm-3到约1021cm-3的范围内，或在约1014cm-3到约1021cm-3的范围内，或在约1015cm-3到约1021cm-3的范围内加入到表面层中。
在相关的方面中，在上述方法中，选定每一脉冲的注量和脉冲在表面上的分布，以便在施加脉冲后，表面部分的均方根粗糙度小于约其中λ为该激光脉冲的中心波长。
在另一方面，本发明提供一种衬底(例如半导体衬底)，其包括含有掺杂物的表面层，其中该表面层的顶面的均方根粗糙度(RMS)小于约200纳米(nm)，或小于约100nm，或小于约50nm，或优选小于约20nm，或小于约10nm，例如在约10nm到约20nm的范围内。在一些情况下，RMS粗糙度可以大于约1nm但是小于约10nm。在一些情况下，表面层中掺杂物密度可以在约1013cm-3到约1021cm-3的范围内，或在约1014cm-3到约1021cm-3的范围内，或在约1015cm-3到约1021cm-3的范围内。在一些实施例中，表面表现出高度的镜面反射。例如，大部分被表面反射的光经历了镜面反射(例如反射光的至少约80％或至少约90％)。
例如，衬底可以是包括硫掺杂层的具有平坦顶表面的硅晶片。
再一方面，公开了一种处理衬底(例如半导体衬底)的方法，该方法包括施加多个脉冲到衬底表面的不同位置，其中选定脉冲的注量和空间分布以便产生均方根粗糙度小于约的表面结构，其中λ为该激光脉冲的中心波长，例如对于800nm的中心波长，在约5nm到约15nm的范围内。
对本发明各个方面的进一步理解可以通过参照相关附图，从以下具体描述中得到，下面将进行简单讨论。
附图说明
图1A示意性描述了根据本发明的一个实施例的激光脉冲在衬底表面上的示例性分布；
图1B示意性描述了根据常规的通过向衬底施加辐射脉冲来处理衬底的方法中该激光脉冲在衬底表面上的示例性分布；
图2A示意性描述了被施加于衬底上的空间相邻的两个脉冲；
图2B示意性描述了被施加于衬底上的空间相邻的两个脉冲，其中两个脉冲产生了重叠的熔化区，并且每一个单独脉冲引起烧蚀；
图2C示意性描述了被施加于衬底上的空间相邻的两个脉冲，其中脉冲产生了重叠的烧蚀和熔化区；
图2D示意性描述了根据本发明的实施例的被施加于衬底上的部分重叠的空间相邻的两个脉冲，其中每一脉冲的峰值注量在熔化注量阈值和烧蚀注量阈值之间；
图3示意性描述了适于执行本发明的衬底处理方法的装置；
图4A和图4B示意性描述了在根据本发明的实施例的通过相对于脉冲激光束移动衬底的方法的示例性实现方式中在衬底上的脉冲沉积；
图5示出了在根据本发明的实施例的方法的示例性实现方式中，施加于硅衬底的沿两个空间维度之一的相邻脉冲的重叠；
图6示出了根据本发明方法的实施例所处理的硅衬底的SEM图；
图7为根据本发明方法的实施例所处理的硅衬底的TEM图；以及
图8示出了根据本发明方法的实施例所处理的实验性硅样品的归一化吸收比。
具体实施方式
本发明总地涉及通过以下方式处理衬底(例如半导体衬底)的方法：当衬底表面与掺杂物接触时，向该衬底表面施加辐射脉冲，从而产生从该表面顶部延伸到该衬底一定深度的掺杂的层，同时保证该顶表面具有明显小于所施加的辐射的波长的粗糙度。例如，在一些实施例中，均方根(RMS)粗糙度(在所处理表面上高度变化量的均方根)可以小于约200nm，或优选小于约100nm，或小于约50nm，或小于约20nm，或小于约10nm，例如在约10nm到约20nm的范围内。换言之，本发明的处理方法允许经辐射(激光)处理产生的掺杂的衬底具有平坦表面。此处使用的术语“平坦表面”指的是RMS粗糙度表现出小于约200nm，或小于约100nm，或小于约50nm，或优选小于约20nm，例如在约10nm到约20nm的范围内，或大于约1nm且小于约10nm的表面。在一些实施例中，本发明的激光处理方法包括当衬底表面与掺杂物相接触(或更普遍地与具有掺杂成分的材料相接触)时，以在表面处具有足够高以致引起熔化的注量向衬底表面施加短辐射脉冲，但该注量小于烧蚀所需的注量阈值。可以通过这样的方式(例如通过相对于辐射脉冲来移动表面)来处理表面的各个部分，从而在衬底的顶部平坦表面下产生宏观掺杂层。如下面的进一步讨论，在一些情况下，辐射脉冲分布在表面上以使每一处理的表面区域被熔化，但不被烧蚀。尽管本发明讨论的各种特征与掺杂衬底有关，但本发明关于辐射脉冲的注量的教导还可以被用于处理没有掺杂的衬底。进一步地，尽管讨论的许多实施例和半导体衬底有关，但还可以将本发明的教导应用到其他类型衬底，例如玻璃、金属、合金或有机化合物。
在根据本发明实施例的用于处理衬底(例如，诸如硅的半导体衬底)的示例性方法中，包括采用一个或多个短辐射脉冲照射衬底表面的一个或多个部分。此处使用的词语“短辐射脉冲”指的是持续时间在约10飞秒(1飞秒定义为10-15秒)到约几百纳秒(1纳秒定义为10-9秒)的范围内的电磁辐射脉冲，例如约10飞秒到约1皮秒的范围内，或约100飞秒到约500飞秒的范围内。在很多实施例中，当表面(或至少暴露于辐射的那部分)与掺杂剂(例如具有掺杂成分的材料)接触时，实施表面辐射，以便将一定量的掺杂物加入到衬底的表面层(例如厚度在约10nm到约1000nm，例如在约10nm到约500nm范围内的表面层)中。这样的材料可以是液体、气体或固体。作为举例，在一些情况下，在表面与SF6接触时对该表面进行照射，以在顶表面层加入一定量的硫，而在其他一些情况下，在表面与诸如水或酒精的液体或固体接触时，对该表面进行照射。
在很多情况下，选定在衬底表面处的每一辐射脉冲的注量(在此用F表示)具有的最大(峰)值超过熔化注量阈值(引起熔化所需的最低注量)但小于烧蚀注量阈值(引起烧蚀所需的最低注量)，其中衬底表面处的注量被定义为每单位面积的辐射能量。换言之，控制每一辐射脉冲的能量及其在衬底表面上的斑点大小，以保证辐射脉冲所施加的每一表面部分暴露于激光辐射，该激光辐射的注量超过熔化阈值但仍低于烧蚀阈值。在很多实施例中，这种对辐照注量的要求需要在整个照射过程期间保持。在其他情况下，至少约60％，或70％，或80％，或优选90％的施加到衬底的脉冲具有这样的注量。
术语“熔化”和“烧蚀”是本领域中公知的。在任何需要进一步解释的程度上，“熔化”一般指的是例如通过用加热提高物质的内部能量导致物质从固相到液相的相变过程，而“烧蚀”一般指的是通过汽化、切削或其他腐蚀性工艺将材料从衬底表面移除。
为了从数理上说明对辐照注量的上述需要，将函数(Fpeak(x，y))定义为指示任一表面点(x，y)所暴露的辐射脉冲的最大辐照注量，其中(Fpeak(x，y))满足以下关系：
Fmelt＜Fpeak(x，y)＜Fablation    公式(1)
其中，Fmelt表示用于熔化暴露于辐射中的衬底部分的辐照注量阈值，以及Fablation表示使暴露于辐射的衬底部分烧蚀的辐照注量阈值。
判断以上关于辐照注量的要求的另一种方式是如下分段定义：
公式(2)
其中，在很多实施例中，衬底表面上的脉冲分布为使得在所有被辐射的点处U(x，y)＝1。例如，U(x，y)＝2的点(x，y)将被烧蚀，这是不期望的，同时U(x，y)＝0的任一点(x，y)不会被熔化，这也不是期望的。
对于给定的材料，烧蚀和/或熔化的辐照注量阈值可以取决于所施加的辐射的波长以及所施加的辐射脉冲的持续时间。因此，对与熔化和烧蚀阈值相关的所施加辐射的注量的上述要求，如例如在公式(1)和(2)中所具体化的，适用于给定的辐射波长和脉冲宽度。作为举例，在本发明的实施例中，将具有约800nm中心波长的100fs辐射脉冲施加于衬底表面(例如硅)，通过将具有约800nm中心波长的100fs辐射脉冲施加于衬底，来选定每一脉冲的峰值注量大于引起衬底熔化所需的注量。进一步地，通过将具有约800nm中心波长的100fs辐射脉冲施加于衬底，来选定每一脉冲的峰值注量小于烧蚀衬底所需的注量。
应该理解，材料的熔化和/或烧蚀注量阈值的确定可能包括测量不确定度。因此，在很多情况下，当判断辐射脉冲的注量是否满足以上关系时，应该将这样的测量不确定度考虑在内。
在一些实施例中，可以将多个辐射脉冲施加到衬底的不同位置(点)并且分布在表面的宏观面积上以便处理整个区域。在一些情况中，将脉冲的峰值注量以及在空间上邻近的脉冲之间的重叠选定为使每一被处理的衬底位置熔化，但不烧蚀。在一些实施例中，施加到每一表面点(位置)的辐射脉冲数可以从1个变化到大约几千个，例如其可以在约10个到约200个脉冲的范围内。如以上所提到，当表面与掺杂物(例如具有掺杂成分的材料)接触时执行这样的表面辐射可以使一定量的掺杂物加入到衬底中。为了保证大体均匀掺杂，在很多实施例中，将在表面不同位置处所沉积的总能量的变化最小化，例如通过适当选定脉冲的形状和将脉冲分布到表面上的方式。
作为举例，在一些情况中，脉冲被空间分布到表面上以形成“靶点”的方形或三角形点阵(对应于激光斑点的中心的点阵)。例如，图1A示意性描述了方形栅格10(尽管在一些情况中更期望为三角形栅格，但为了简化此处示意为矩形栅格)，方形栅格表示衬底表面上的点，激光脉冲的中心射到表面的这些点处。在该栅格10中，介于空间上邻近的脉冲的中心点间的某一个维度上的距离(例如水平维度上的d1)基本上类似于介于这些脉冲中心点间的另一个维度上的距离(例如垂直维度上的d2)。换言之，在该情况下d1＝d2。
根据这种矩形图案的表面脉冲分布显著区别于为了构建衬底表面的常规脉冲分布图案。上述常规图案通常被设计为最高效地将辐射束光栅化(raster)在表面上。例如，图1B示意性描绘了这种靶点的常规图案12，其中辐射脉冲彼此间的空间距离在一个维度上比另一维度上的明显更近。例如，在该情况中，d1＞＞d2，且一般d1/d2在约10到约100的范围内。
参考图2A至图2D，为了进一步说明本发明的突出方面，将一个示例性实施例中的两个空间上邻近的辐射脉冲的注量以及位置与在用于处理(例如构筑和/或掺杂)衬底表面的常规方法中的两个邻近脉冲的注量以及位置进行比较。图2A简单示意出与两个邻近脉冲相关的多个所关心的参数，例如dmelt(与脉冲相关的熔化区的线性空间范围)，dabl(与脉冲相关的烧蚀区的线性空间范围)，dpulse(介于脉冲中心之间的距离)。
图2B示意性示出两个脉冲，其每一个均具有比烧蚀阈值注量更大的峰值注量。这些脉冲具有重叠的熔化区，但烧蚀区是分开的(非重叠)。图2C示意性示出每一个均具有比烧蚀阈值注量更大的峰值注量的两个脉冲，它们彼此被布置为具有重叠的熔化和烧蚀区。很多常规激光处理技术沿着样品表面的一个维度采用图2B所示的注量和脉冲分布，并且沿着表面的另一个维度(例如相垂直的维度)采用图2C所示的注量和脉冲分布。相比之下，图2D示出了在本发明用于处理(例如掺杂)衬底的实施例中所采用的注量和脉冲分布，其中每一脉冲的峰值注量位于引起熔化所需的注量和引起烧蚀所需的注量之间的范围内。进一步地，将脉冲分布为使相邻脉冲以这样的方式重叠：使遭受激光处理的每一表面区域熔化但不烧蚀。图2D所描述的条件可以施加在x和y维度上。
如下面进一步描述，本发明用于处理衬底(例如半导体衬底)的方法能够获得具有掺杂的表面层的衬底，其表面的均方根粗糙度表现出小于约200nm，或小于约100nm，或小于约50nm，或小于约20nm，或小于约10nm，例如，大约大于的范围从约10nm到约20nm。在一些情况中，表面可以包括大于约1nm且小于约10nm的均方根粗糙度。换言之，顶面可以为平坦的，并且还可以具有从顶面延伸到衬底一定深度的掺杂的表面层。在一些情况中，掺杂的表面层的厚度例如可以在约10nm到约1000nm的范围内，或在约10nm到约500nm的范围内。另外，加入到这样的表面层中的掺杂物的浓度根据所采用的条件而变化，例如从约1015cm-3到约1021cm-3。
根据本发明教导所形成的这种衬底可以具有多种应用。例如，它们可以应用在光电探测器、太阳能电池、半导体激光器、CCD、发光二极管或任何其他光电设备。例如，下面的例子显示出可以将本发明用于产生具有表面层的平坦硅衬底，在该表面层中掺杂有相当大量的硫。相对于未处理过的硅这种掺杂的平坦硅表现出在红外吸收上的显著增强。因此，其被应用在光电探测器中时，不仅可以探测到可见光辐射，，还可以探测到红外辐射。
图3示意性示出根据本发明教导的用于执行衬底处理的示例性装置14。装置14包括样品处理腔16，其中设置有平移台18。可以将处于处理期间的样品固定到该平移台。再生放大式的飞秒钛：蓝宝石激光系统(未示出)以1kHz的重复率提供大约100fs激光脉冲，该脉冲具有800nm的中心波长。可以用光阑20将重复率调整为不同值。聚焦透镜22接收激光脉冲并引导其穿过分束器24，到达腔的辐射透射窗26(例如石英窗)上。辐射能量的一部分从分束器反射到CCD 28上，用于测量斑点尺寸。通过移动透镜可以改变样品处脉冲的斑点尺寸(例如斑点尺寸直径从约10微米到约1000微米)。通过激光器系统产生的脉冲的能量例如可以高达约2.5毫焦耳。该脉冲的能量例如可以通过使用一个或多个中性密度滤光片，或半波片和偏光镜调节到所期望的范围内。可以用样品处脉冲能量和/或斑点尺寸的变化将样品处的辐照注量调节到选定的值。从掺杂物源11将掺杂化合物引入到真空腔中，以便当表面受到脉冲辐射的照射时该样品表面暴露于掺杂化合物中。关于适合用于实现本发明方法的装置的进一步细节可以在题为“硅基可见及近红外光电设备(Silicon-Based Visible and Near-Infrared Optoelectric Device)”的美国专利No.7057256中找到，上述专利通过引用包含在本发明当中。
尽管以上讨论的实施例和掺杂衬底有关，但本发明的教导，例如将施加于衬底表面的激光脉冲重叠的多种方式可以更普遍地用于处理多种激光处理应用中的多种衬底。一些这样的激光处理应用的例子包括但不限于，脉冲激光退火、脉冲激光熔化和再结晶。例如，可以采用多个短辐射脉冲照射衬底表面(例如半导体衬底)，其中至少一些脉冲，在一些实施例中是每一个脉冲，在衬底表面处的注量大于熔化注量阈值且小于烧蚀注量阈值。在一个应用中，衬底熔化随后再凝固，以提供衬底的退火。
提供下面的例子来进一步阐明本发明的多个方面。例子仅用于说明目的，其并不一定旨在表明通过实施本发明所实现的最佳结果。
例子
制备采用磷掺杂的n型硅晶片(111)，电阻率ρ＝800～900Ω-cm。在丙酮、甲醇、异丙酮和去离子水中利用超声清洗硅表面。在5％的HF中浸沾60秒以移除任何自然氧化物。
然后将晶片暴露在来自钛：蓝宝石的再生放大式激光器系统中的800nm、100飞秒的激光脉冲串下。来自该激光器系统的脉冲串具有1kHz的重复率。
用于处理(掺杂)晶片的飞秒激光器的实验设备在以上图3中已描述。将硅晶片放置到真空腔内。将该腔抽真空至＜10-3托，再回充500托的SF6(用于硫掺杂)。采用机械光阑20将1kHz的脉冲串重复率降低到频率f＝11Hz。在x方向上以速度v(在该情况中约每秒60毫米)将硅晶片在激光束的前方平移，得到的激光脉冲间x间距为d＝v/f(在该情况下约58微米)。当行进一段距离后(例如在该情况下约3cm)，样品随后在y方向上步进相同的距离d，并随后在x轴的反方向上平移。通过重复这个过程，将脉冲分布到硅晶片表面的延伸区域上的方形栅格上(参见图4A和图4B)。
激光束被聚焦到硅晶片的表面上形成斑点尺寸w，其中w指的是在光束最大强度的一半处的光束宽度；该尺寸可以用CCD照相机来测量，并且可以用于计算注量。通常，注量是一种用来定义激光诱导的相变的重要阈值的物理量。通过用脉冲的能量除以脉冲强度超过最大值l/e的面积计算平均注量。对于具有高斯强度分布的脉冲，以这种方式计算的平均注量的便利特性是，平均注量具有与峰值注量相同的值。对于飞秒激光脉冲，硅的熔化注量阈值为约1.5kJ/m2，并且其烧蚀注量阈值为约3kJ/m2。为了满足以上所述的用于产生平坦表面的要求，选定平均注量为2kJ/m2。脉冲尺寸的宽度w＝250μm；脉冲在x和y方向上均间隔58μm(采用扫描光栅速度v＝640μm/s以及脉冲重复率为f＝11Hz来实现)。图5示意性示出这种参数选择对应于以上结合本发明的示例性实施例在图2D中所示的脉冲注量类型以及布置。
经激光处理后，样品保留了原样品的高抛光外表。在扫描电子显微镜的仔细观察没有显示出可看到的粗糙，尽管有一些较小的表面高度变化(图6)。另外，截面亮场TEM图像说明，产生了从表面延伸出约50nm的界限清晰的激光改变区域，如图7所示。TEM图像中的差别可以归因于由于熔化和再凝固而产生的晶体结构上的变化，该观察结果可通过选区衍射以及更高倍放大的TEM观察来证实。
为了说明，图8示出了实验性平坦处理的硅样品的一些光学性质：观察到在光波长约1100nm以上(λ＞1100nm)红外吸收增强。具体地说，该经过处理的实验性样品相对于未处理的晶体硅表现出红外吸收的显著提高。这种在红外吸收上的提高表明在处理过的样品的顶表面层中具有高含量的硫掺杂。处理过的实验性样品所表现出的在红外吸收上的增强小于通过一些常规技术产生的激光掺杂的硅所表现的在红外吸收上的增强。这是由于相对于通过常规技术所形成的各个层(例如厚度为约200nm的层)，加入有硫的实验性样品中的顶表面层较薄(例如厚度为约40nm的层)。
本领域普通技术人员应该理解，在不背离本发明范围的情况下可以对以上实施例做各种变化。

Claims (21)

1.一种处理衬底的方法，包括：
当衬底的表面部分暴露于掺杂材料时，采用多个短辐射脉冲照射该衬底表面的至少一部分，所述脉冲在该衬底表面处具有大于熔化注量阈值且小于烧蚀注量阈值的注量。
2.根据权利要求1所述的方法，掺杂材料包括任何气体、液体或固体。
3.根据权利要求1所述的方法，其中所述辐射脉冲的持续时间在约100飞秒到约几十纳秒的范围内。
4.根据权利要求1所述的方法，其中所述衬底包括任何半导体、玻璃、金属、合金或有机化合物。
5.一种处理衬底的方法，包括：
放置衬底表面使其与具有掺杂成分的材料接触；以及
采用一个或多个短激光脉冲照射所述衬底表面的多个表面区域，以使每一激光脉冲在该衬底表面处具有大于熔化注量阈值且小于烧蚀注量阈值的注量。
6.根据权利要求5所述的方法，其中所述具有掺杂成分的材料包含SF6。
7.一种向衬底中引入掺杂物的方法，包括：
放置衬底表面的至少一部分与具有掺杂成分的材料接触；以及
采用多个短激光脉冲照射所述表面部分，以便使所述掺杂成分加入到该衬底的表面层中；
其中配置所述短激光脉冲，以使经过照射步骤后，该照射后的衬底表面的均方根粗糙度比所述脉冲的中心波长的约1/30更小。
8.一种引入掺杂物到衬底中的方法，包括：
放置衬底表面的至少一部分与掺杂材料接触；
施加多个短辐射脉冲到所述表面部分的多个位置，以便引起该衬底表面层的熔化，而不引起烧蚀，从而使一定量的所述掺杂物加入到所述表面层中。
9.根据权利要求8所述的方法，还包括选择每一脉冲的注量和该脉冲在该表面上的分布，使得在施加脉冲后，所述表面部分的均方根粗糙度比所述脉冲的中心波长的约1/30更小。
10.根据权利要求8所述的方法，其中所述加入的掺杂物的密度在约1013cm-3到约1021cm-3的范围内。
11.一种衬底，包括：
含有掺杂物的表面层，
所述表面层的顶面的均方根(RMS)粗糙度小于约50纳米。
12.根据权利要求11所述的衬底，其中所述RMS粗糙度在约10nm到约20nm的范围内。
13.根据权利要求11所述的衬底，其中所述RMS粗糙度大于约1nm小于约10nm。
14.根据权利要求11所述的衬底，其中所述掺杂的表面层的厚度在约10nm到约1000nm的范围内。
15.根据权利要求14所述的衬底，其中所述掺杂的表面层的厚度在约10nm到约500nm的范围内。
16.根据权利要求11所述的衬底，其中所述衬底包括任何半导体、玻璃、金属、合金或有机化合物。
17.根据权利要求11所述的衬底，其中所述掺杂物的浓度在约1013cm-3到约1021cm-3的范围内。
18.一种根据权利要求1所述的方法生产的衬底。
19.一种处理衬底的方法，包括：
采用多个短辐射脉冲照射衬底表面的至少一部分，所述脉冲在该衬底表面处具有大于熔化注量阈值且小于烧蚀注量阈值的注量。
20.根据权利要求19所述的方法，其中选定在该衬底表面上的该脉冲的空间分布，以便提供均方根粗糙度小于约
Figure FPA00001188101300021
的表面结构，其中λ为该激光脉冲的中心波长。
21.一种用于处理衬底的装置，包括：
用于产生脉冲电磁辐射的辐射源，以及
耦合于该源用来将所述脉冲引导到衬底表面的光学系统，
其中所述脉冲在该表面提供大于熔化注量阈值并小于烧蚀注量阈值的辐照注量。
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