DE10301482A1 - Vorrichtung und Verfahren zur Kristallisation amorpher Siliziumschichten - Google Patents

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Abstract

Ein Verfahren zum Kristallisieren amorpher Halbleiterschichten, bei dem linienförmige erste Bereiche der Halbleiterschicht durch Belichten mit Strahlungspulsen aufgeschmolzen werden, wobei das Belichten der linienförmigen ersten Bereiche der Halbleiterschicht wenigstens zwei aufeinander folgende Strahlungspulse umfasst und der Zeitabstand zwischen den Intensitätsmaxima zweier aufeinander folgender Strahlungspulse 1000 ns oder weniger beträgt. Und eine Vorrichtung zum Kristallisieren amorpher Halbleiterschichten mit einer Quelle von Strahlungspulsen und einer Belichtungseinrichtung, die so eingerichtet ist, dass linienförmige erste Bereiche einer Halbleiterschicht durch Belichten mit Strahlungspulsen aufgeschmolzen werden können, wobei die Quelle der Strahlungspulse so eingerichtet ist, dass die Halbleiterschicht mit mindestens zwei aufeinander folgenden Strahlungspulsen belichtet werden kann und der Zeitabstand zwischen den Intensitätsmaxima zweier aufeinander folgender Strahlungspulse 1000 ns oder weniger beträgt.

Description

  • Hintergrund der Erfindung
  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Kristallisieren amorpher Halbleiterschichten, bei dem linienförmige Bereiche einer Halbleiterschicht durch Belichten mit Strahlungspulsen aufgeschmolzen werden, und eine Vorrichtung mit einer Quelle für Strahlungspulse und einer Belichtungseinrichtung, die so eingerichtet ist, dass linienförmige Bereiche der Halbleiterschicht durch Belichten aufgeschmolzen werden.
  • Stand der Technik
  • Es ist bekannt, dass dünne amorphe Siliziumschichten, die in Dicken von 20 bis 200 nm z. B. auf Glas- oder Kunststoffsubstrate aufgebracht sind, durch Belichten mit Excimerlaserstrahlung kurzzeitig aufgeschmolzen werden können und sich beim Abkühlen zu polykristallinen Schichten verfestigen. Bei den sog. SLS (Sequential Lateral Solidification) -Verfahren wird dies ausgenutzt, um Mikrostrukturen ausgerichteter Kristallite in Siliziumschichten zu erzeugen. Hierzu wird typischerweise eine 3 μm breite Linie der Siliziumschicht mit Excimerlaserlicht bestrahlt und aufgeschmolzen. Beim Abkühlen findet ein kontrolliertes Kristallwachstum ausgehend von den nicht geschmolzenen Rändern der Linie statt, was zu der gewünschten Mikrostruktur führt. So bearbeitete Filme haben sich als ein technisch sehr vielseitig einsetzbares Material erwiesen und eignen sich z.B. für die Herstellung von Dünnfilm-Solarzellen und Dünnfilm-Transistoren für Flachbildschirme auf der Basis von Flüssigkristallen oder lichtemittierenden organischen Molekülen.
  • Die Linienbreite ist so gewählt, dass die orientierten Kristalle von beiden Rändern der Linie vollständig zusammenwachsen, bevor es zu einer spontanen und daher ungeordneten Kristallbildung kommen kann, die unerwünscht ist. Es hat sich gezeigt, dass bei einer typischen Schichtdicke von 50 nm und einer Pulslänge von 30 ns 1,5 μm lange geordnete Kristalle von den beiden Linienrändern zur Linienmitte hin wachsen können, bevor die Abkühlung soweit vorangeschritten ist, dass es zu einer spontanen Kristallbildung in der Mitte der Linie kommt. Daraus folgt die Randbedingung, dass die Linien 3 μm schmal oder schmaler sein müssen, um störende unausgerichtete Kristalle zu verhindern.
  • Das bekannte Verfahren wird üblicherweise mit einem Excimerlaser hoher Pulsenergie und einem hochauflösenden UV-optischen System umgesetzt, das eine Maske und ein Verkleinerungsobjektiv umfasst. Dabei trägt die Maske eine Linienstruktur mit üblicherweise mehreren parallelen Linien, die mittels eines Objektivs verkleinert auf die Siliziumschicht abgebildet werden. Da das bekannte Verfahren eine nur 3 μm schmale und entsprechend scharf begrenzte Schmelzlinie voraussetzt, spielt die Tiefenschärfe des optischen Systems eine wesentliche Rolle. Bekannte Systeme können in einem Tiefenschärfebereich von ca. 25 μm die Schmelzlinie ausreichend scharf abbilden. Zwar weisen typische Substrate auf kleinem Maßstab eine ausreichende Flachheit auf, jedoch variiert die Höhe eines 15-Zoll-Bildschirms auf seiner gesamten Fläche im Bereich von 100 bis 200 μm. Daher können nur kleinere Teile des Substrats mit einer Belichtung gleichzeitig behandelt werden, und es ist außerdem eine aufwendige, sich selbst anpassende Fokussieroptik notwendig.
  • Aus der Arbeit "Line-scan sequential lateral solidification of Si thin Films" von Sposili et al., erschienen in Phys. A 67, 273-276 (1998), ist ein SLS-Verfahren bekannt, das neben einer Linienmaske noch eine Rasierklingenkante einsetzt. Die Rasierklingenkante befindet sich hierbei in unmittelbarer Nähe der Siliziumschicht und trägt zur scharfen Begrenzung der Linie auf einer Seite bei. Bei dem offenbarten Verfahren wird eine ca. 5 μm schmale Linie belichtet und das Substrat dann um 0,3 μm senkrecht zur Längsausdehnung der Linie verschoben, um eine weitere, sich mit der ersten Linie überlappende zweite Linie zu schmelzen und so weiter. Auf diese Weise entsteht eine Schar aneinandergrenzender, ca. 0,3 μm breiter Linien ausgerichteter Kristalle. Aufgrund der geringen Breite der Linien und der Tatsache, dass pro Belichtung immer nur eine einzige Linie geschmolzen wird, ist das Verfahren ausgesprochen aufwendig.
  • Im "Control Super-Lateral Growth of Si Films for Microstructural Manipulation and Optimization", erschienen in Phys. stat. sol. (a) 166, 603 (1998), zeigen J.S. Im et al. dass sich in dem Bereich einer durch zwei in einem Winkel aufeinanderstoßenden Linien eine einkristalline Zone bilden lässt. Wiederum jedoch ist das kontrollierte Längenwachstum der Kristalle pro Belichtung und damit die Linienbreite vor Belichtung durch die schnell einsetzende spontane Kristallisation auf wenige μm beschränkt.
  • Wird die spontane Kristallisation herausgezögert, sind breiteren Schmelzlinien möglich. Dann sind auch die Anforderungen an die Abbildungsschärfe geringer, sodass in einem größeren Tiefenschärfebereich gearbeitet werden kann. Es ist bekannt, dass durch die Verwendung von Laserpulsen größerer Pulslänge die spontane Kristallisation in der Mitte der Linie herausgezögert werden kann. Damit ist es möglich, auch breitere Linien vollständig kontrolliert zu kristallisieren. Ursache dafür ist, dass längere Pulse zu einem Aufheizen des Substrats führen. Dies wiederum hat zur Folge, dass die spontane Kristallisation später einsetzt und die Kristallite von den Linienrändern aus länger kontrolliert wachsen können. So kann etwa bei einem um den Faktor 2,3 verlängerten Laserpuls die Kristallisationslänge von 1,5 μm auf 2,0 μm verlängert werden. Jedoch muss gleichzeitig auch die Energiedichte für ein vollständiges Schmelzen um 20% auf 750 mJ/cm2 vergrößert werden. Außerdem verbraucht die Vergrößerung der Pulslänge selbst ca. 15 bis 20 % der Pulsenergie. Der größere Energiebedarf verringert in nachteiliger Weise entweder die gleichzeitig bearbeitbare Fläche oder erhöht den notwendigen apparativen Aufwand.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Kristallisieren amorpher Halbleiterschichten mittels Schmelzlinien bereitzustellen, das eine besonders gute Kristallisation erlaubt. Insbesondere sollen auch relativ breite Linien vollständig kristallisiert werden. Dabei soll insbesondere erreicht werden, die spontane Kristallisation in der Schmelzlinie zu verzögern und es soll insbesondere auch ein größerer Tiefenschärfebereich erreicht werden. Auch soll insbesondere der Energiebedarf möglichst gering gehalten werden,
  • Erfindungsgemäße Lösung
  • Die Aufgabe wird durch ein Verfahren zum Kristallisieren amorpher Halbleiterschichten mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und durch eine Vorrichtung zum Kristallisieren amorpher Halbleiterschichten mit den Merkmalen des Anspruchs 8 gelöst.
  • Bei den bevorzugten Halbleiterschichten handelt es sich um Siliziumschichten, jedoch ist es z.B. auch denkbar, dass nicht einelementare Halbleiter zum Einsatz kommen. Die Halbleiterschicht hat vorzugsweise eine Dicke von 20 bis 200 nm, besonders vorzugsweise ca. 50 nm. Sie ist vorzugsweise auf ein Substrat, besonders vorzugsweise ein SiO2-beschichtetes Substrat aus Glas oder einem Kunststoff aufgebracht.
  • Der mindestens eine linienförmige erste Bereich ist vorzugsweise gerade. In einer anderen Ausführung weist der erste Bereich mindestens eine Spitze aus in einem Winkel aufeinanderstoßenden linienförmigen Teilbereichen auf. Der mindestens eine linienförmige erste Bereich weist vorzugsweise über seine gesamte Länge eine einheitliche Linienbreite auf.
  • Bei der gepulsten Strahlung handelt es sich vorzugsweise um Laserstrahlung, besonders bevorzugt um Laserstrahlung der Wellenlänge von 308 nm. Die Quelle der Strahlungspulse umfasst vorzugsweise mindestens einen Excimerlaser, besonders vorzugsweise mindestens einen XeCl-Laser. Jedoch ist z. B. auch die Verwendung eines gepulsten Elektronenstrahls zur Belichtung denkbar. Der mindestens eine linienförmige erste Bereich wird durch das Belichten mit den wenigstens zwei aufeinanderfolgenden Strahlungspulsen vorzugsweise vollständig aufgeschmolzen.
  • In einer Ausführung der erfindungsgemäßen Vorrichtung umfasst die Quelle zwei oder mehr synchronisierte Excimerlaser mit einstellbaren Delays (Zeitverzögerungen), um die beiden aufeinanderfolgenden Laserpulse zu erzeugen. Eine geeignete Synchronisierungsvorrichtung ist dem Fachmann bekannt z.B. aus dem Gerät LPA 97 der Lambda Physik AG. In einer anderen Ausführung kommt eine Anordnung zur optischen Pulsverlängerung (Pulsextender) nach dem Stand der Technik zum Einsatz, die z.B. von der MicroLas Lasersystem GmbH bezogen werden kann.
  • Eine Kombination der mindestens zwei Strahlen zu einem Strahl mit mindestens zwei relativ zueinander verzögerten Pulsen findet in einer Ausführung der Erfindung in einem sogenannten Integizer (Integrator-Homogenisierer) statt. Dabei werden die beiden Strahlen homogenisiert und aufeinander projiziert. In einer anderen Ausführung der vorliegenden Erfindung werden die Strahlen durch die Kopplung ihrer Resonatoren kombiniert. Dabei sind die von den zwei oder mehr Lasern emittierten Ausgangsstrahlen auf zumindest einen Strahlteiler und einen Spiegel derart gerichtet, dass von dem Spiegel reflektierte Strahlung über den Strahlteiler zurück in den Resonator des Lasers gelangt. Mit einer solchen Anordnung von zumindest zwei Lasern wird die Laserstrahlung der Laser in einer Art "Multiplexen" zur Überlagerung gebracht, d.h. die Laserstrahlung fällt im Wesentlichen räumlich (örtlich) zusammen.
  • Bei der Koppelung von zumindest zwei Resonatoren hat der Strahlteiler bevorzugt eine Transmission von etwa 50%. Die insgesamt erzeugte Laserleistung der gekoppelten Strahlung hängt aber nur wenig empfindlich von dieser Transmission ab, so dass beste Ergebnisse in einem Bereich von Transmissionswerten des Strahlteiler von 30 bis 70 %, bevorzugt 40 bis 60 % erreicht werden.
  • Gemäß einer besonders bevorzugten Ausgestaltung dieser Ausführung trifft die von den einzelnen Lasern emittierte Ausgangsstrahlung auf entgegengesetzten Seiten auf den Strahlteiler. Bei Einsatz von mehr als zwei gekoppelten Lasern werden entsprechend zusätzliche Strahlteiler verwendet. Nach einer bevorzugten Ausgestaltung dieser Ausführung lässt ein Strahlteiler die Ausgangsstrahlung beider Laser teilweise durch und reflektiert diese teilweise. Dabei ist die durchgelassene Strahlung des einen Lasers kolinear mit der reflektierten Strahlung des anderen Lasers, d.h. liegt im Raum an gleicher Stelle.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausführung der Erfindung sind die verwendeten Laser hinsichtlich der emittierten Wellenlänge und Pulslänge gleich, z.B. können zwei oder mehr gleiche Excimerlaser eingesetzt werden. Das erfindungsgemäße Verfahren kann als "multiplexen" von zwei oder mehr Laserröhren verstanden werden.
  • Vorzugsweise ist die Energiedichte der zwei Strahlungspulse einstellbar, außerdem ist die Quelle vorzugsweise so eingerichtet, dass auch die Verzögerungszeit zwischen den zwei oder mehr Pulsen einstellbar ist. Der Abstand der Pulse und ihre relativen Energien können dann derart optimiert werden, dass bei gegebener Gesamtenergie der Strahlungspulse die spontane Kristallisation maximal herausgezögert werden kann. In einer besonders bevorzugten Ausführung der Erfindung beträgt die Gesamtleistungsdichte der Laserpulse am Ort der belichteten Bereiche der Halbleiterschicht mehr als 400 mJ/cm2, besonders vorzugsweise ca. 440 mJ/cm2. In einer bevorzugten Ausführung des Verfahrens und der Vorrichtung beträgt der Zeitabstand zwischen zwei aufeinanderfolgenden Strahlungspulsen 800 ns oder weniger, besonders vorzugsweise 400 ns oder weniger. Die Länge der Strahlungspulse beträgt vorzugsweise zwischen 10 und 100 ns, besonders vorzugsweise ca. 30 ns. Die erfindungsgemäße Belichtungseinrichtung umfasst vorzugsweise eine Maske, besonders bevorzugt ist eine Strichmaske. In anderen Ausführungen der Erfindung werden interferierende Strahlen, Diffraktions- oder Refraktionsoptiken verwendet.
  • In einer bevorzugten Ausführung der Erfindung beträgt der Zeitabstand zwischen den Intensitätsmaxima des ersten und des letzten der mindestens zwei aufeinanderfolgenden Strahlungspulse 100 ns oder mehr, besonders bevorzugt 200 ns oder mehr. In einer besonders bevorzugten Ausführung wird der mindestens eine linienförmige erste Bereich mit genau zwei aufeinanderfolgenden Laserpulsen belichtet.
  • Dabei dient der erste der beiden Strahlungspulse vorzugsweise dazu, das Substrat vorzuwärmen. Die Wärme dissipiert und steht dann zum Aufschmelzen nicht mehr zur Verfügung. Erst der zweite Strahlungspuls schmilzt die Halbleiterschicht auf. Durch das Vorheizen kühlt die Schmelzlinie langsamer ab und die spontane Kristallisierung wird herausgezögert.
  • Bevorzugt weist der linienförmige erste Bereich eine Linienbreite von mehr als 3 μm auf, besonders bevorzugt mehr als 4 μm, besonders bevorzugt 8 μm. In einer bevorzugten Ausführung der Erfindung werden mehrere voneinander beabstandete linienförmige erste Belichtungsbereiche gleichzeitig belichtet. Diese Bereiche weisen bevorzugt alle die gleiche Linienbreite auf und bilden vorzugsweise ein Muster paralleler gerader Strecken. Dieses Muster erstreckt sich vorzugsweise über eine Fläche von 0,5 cm2 oder mehr. Die Zwischenräume zwischen den ersten linienförmigen Bereichen sind vorzugsweise ebenfalls linienförmig, besonders vorzugsweise gerader Strecken. Sie sind vorzugsweise schmaler, besonders bevorzugt ca. 1 μm schmaler als die ersten linienförmigen Bereiche.
  • Bei einer besonders bevorzugten Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird nach dem Belichten des linienförmigen ersten Bereichs mindestens ein linienförmiger zweiter Bereich mit Laserlicht belichtet, wobei der mindestens eine linienförmige zweite Bereich wenigstens teilweise die Zwischenräume zwischen den linienförmigen ersten Bereichen umfasst. Hierbei sind die linienförmigen zweiten Bereiche besonders vorzugsweise kongruent mit den ersten linienförmigen Bereichen. Sie umfassen besonders vorzugsweise die Zwischenräume zwischen den ersten linienförmigen Bereichen vollständig und reichen außerdem in den angrenzenden linienförmigen ersten Bereiche teilweise hinein, besonders vorzugsweise etwa 0,5 μm weit.
  • Wie bei den linienförmigen ersten Bereichen umfasst die Belichtung des mindestens einen linienförmigen zweiten Bereichs der Halbleiterschicht vorzugsweise wenigstens zwei aufeinanderfolgende Strahlungspulse, wobei der Zeitabstand zwischen den Intensitätsmaxima der zwei aufeinanderfolgenden Strahlungspulse bevorzugt 1000 ns oder weniger beträgt. In einer bevorzugten Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens umfasst die Belichtung des mindestens einen linienförmigen zweiten Bereichs der Halbleiterschicht eines oder mehrere der Merkmale der Belichtung des mindestens einen linienförmigen ersten Bereiche der Halbleiterschicht, die oben diskutiert sind.
  • In einer besonders bevorzugten Ausführung des Verfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung erfolgt die Belichtung des mindestens einen linienförmigen zweiten Bereichs erst, nachdem sich der erste linienförmige Bereich bereits wieder verfestigt hat.
  • In einer bevorzugten Ausführung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist die Maske in ihrer Ebene verschiebbar angeordnet. Dadurch kann der linienförmige zweite Bereich mit der gleichen Maske wie der linienförmige erste Bereich belichtet werden. In einer anderen Ausführung der Erfindung ist ein Substrat, auf dem die Halbleiterschicht aufgebracht ist, in seiner Ebene verschiebbar angeordnet.
    •
  • Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt:
  • 1 schematisch eine Ausführung der Abbildungsoptik gemäß der vorliegenden Erfindung,
  • 2 einen Integizer zum Kombinieren zweier zueinander verzögerter Laserstrahlen gemäß der vorliegenden Erfindung,
  • 3 ein Beispiel für ein gemessenes Pulsprofil zweier verzögerter Laserpulse, die mit der Integizer-Methode kombiniert werden,
  • 4 schematisch eine erste Anordnung von zwei Lasern, deren zeitversetzte Laserpulse kombiniert werden,
  • 5 schematisch eine zweite Anordnung von zwei Lasern, deren zeitversetzte Strahlungspulse miteinander kombiniert werden, und
  • 6 schematisch eine Anordnung zur optischen Pulsverlängerung.
  • Ausführliche Beschreibung der Ausführungsbeispiele
  • Wie in 1 dargestellt, fallen Laserpulse eines Laserstrahls 12 zunächst auf eine Maske 14 einer Belichtungseinrichtung 10, die auf eine Bühne 16 montiert ist. Mittels der Bühne 16 kann die Maske 14 in ihrer Ebene erschoben werden. Der Laserstrahl wird anschließend über zwei Spiegel 18 und 20 in eine Verkleinerungsoptik 22 gelenkt. Die Verkleinerungsoptik bildet die Maske 14 mit einem Verkleinerungsfaktor 5× auf eine Siliziumschicht 24 ab. Die Siliziumschicht hat eine Dicke von 50 nm und ist auf ein mit SiO2 beschichtetes Glassubstrat 26 aufgebracht.
  • Die Maske 14 trägt ein Muster von für das Laserlicht transparenten parallelen Linien in einem Feld von typischerweise 10 mm × 50 mm. Die Linien sind jeweils 40 μm breit und 2 mm lang. Für das Laserlicht nicht transparente Zwischenräume zwischen den Linien sind 35 μm breit.
  • Mit einem ersten Laserpuls wird eine ca. 20 mm2 große Fläche der Siliziumschicht mit einem Muster von parallelen, 8 μm breiten Linien belichtet. Dies führt zu einer Erwärmung der Siliziumschicht. Eine Belichtung mit einem kurz darauf folgenden zweiten Laserpuls bewirkt ein vollständiges Aufschmelzen der belichteten Linien. Von beiden Rändern jeder Linie wachsen nun ca. 4 μm lange parallel ausgerichtete Kristallite zum Zentrum der Linie hin. Aufgrund der Erwärmung der Schicht durch den ersten Laserpuls kommt es während des Wachstums zu keiner spontanen Kristallisation in der Mitte der Linie.
  • Anschließend wird die Maske 14 mittels der Bühne 16 um 37,5 μm in eine Richtung senkrecht zur Längserstreckung der Linien verschoben. Dann werden wiederum mit einem ersten Laserpuls die bisher nicht belichteten Zwischenräume zwischen den bereits belichteten Linien der Siliziumschicht 24 belichtet, sowie jeweils 0,5 μm breite Bereiche an den äußeren Rändern der bereits belichteten Linien. Wieder kommt es zu einer Erwärmung der Siliziumschicht. Eine kurz darauf folgende Belichtung derselben Bereiche mit einem zweiten Laserpuls führt zu deren Aufschmelzen. Erneut wachsen von beiden Rändern jeder Linie ca. 4 μm lange parallel ausgerichtete Kristallite zum Zentrum der Linie hin. Aufgrund der Erwärmung der Schicht durch den ersten Laserpuls kommt es auch während dieses Wachstums zu keiner spontanen Kristallisation in der Mitte der Linie. Im Ergebnis ist die ca. 0.5 cm2 große Fläche der Siliziumschicht nun vollständig mit parallel ausgerichteten Kristalliten mikrostrukturiert.
  • Der Laserstrahl 12 mit den Paaren von eng aufeinander folgenden Laserpulsen entsteht durch die Kombination zweier Laserstrahlen, deren Laserpulse zueinander leicht verzögert sind. Eine Vorrichtung, mit der zwei Laserstrahlen 120 und 130 zu einem Strahl 12 kombiniert werden, bevor dieser auf die Maske 14 in 1 einfällt, ist in 2 dargestellt. Die Laserstrahlen 120, 130 stammen von XeCl-Excimerlasern nach dem Stand der Technik mit einer Wellenlänge von 308 nm und werden zunächst mittels Spiegel 140, 150 in zwei getrennte Homogenisierer 160, 170 nach dem Stand der Technik gelenkt. Die Homogenisierer 160 und 170 sind so eingerichtet, dass die ausfallenden Strahlen in einer Ebene 180 zusammenfallen. Eine Homogenisierung der Strahlen ist wichtig, um eine gleichmäßige Ausleuchtung der Maske 14 sicherzustellen. So kann erreicht werden, dass die Siliziumschicht 24 entlang aller Schmelzlinien vollständig aufschmilzt. Dies wiederum ist Voraussetzung für eine kontrollierte und gerichtete Kristallitbildung von den Rändern der Schmelzlinien zur Mitte hin.
  • Wie in 3 dargestellt, sind die Pulse beiden Laserstrahlen ca. 100 ns lang und mittels einer elektronischen Delayvorrichtung um ca. 800 ns zueinander verschoben. Der erste Laserpuls hat eine Energie von 1000 mJ, während der zweite Laserpuls mit 800 mJ Ws etwas schwächer ist. Der erste Laserpuls dient lediglich zum Vorheizen der Siliziumschicht, während der zweite Laserpuls das eigentliche Schmelzen bewirkt.
  • In 4 ist eine alternative Vorrichtung zum Kombinieren zweier Laserstrahlen zu einem Strahl 12 dargestellt, der auf die Maske 12 einfällt. 210 bezeichnet einen ersten Excimerlaser gemäß dem Stand der Technik. In bekannter Weise weist der Laser 210 einen Endspiegel 212 und einen Ausknppelspiegel 214 auf. Die Laserröhre wird durch Fenster 216, 218 abgeschlossen und das aktive Lasermedium in der Röhre ist mit dem Bezugszeichen 220 angedeutet. Der Laser 210 emittiert einen Ausgangsstrahl 222.
  • Daneben ist ein weiterer Laser 210a angeordnet, der beim dargestellten Ausführungsbeispiel baugleich ist mit dem beschriebenen Laser 210, wobei einander entsprechende Bauteile die gleiche Bezugsziffer aufweisen, beim zweiten Laser 210a jeweils mit einem "a" versehen.
  • Die Ausgangsstrahlen 222, 222a werden auf einen Strahlteiler 224 in Form eines teildurchlässigen Spiegels gerichtet. Beim dargestellten Ausführungsbeispiel hat der Strahlteiler 224 eine Transmission von etwa 50 %. Dies bedeutet, dass der in 1 von links einfallende Ausgangsstrahl 222 des ersten Lasers 210 zu etwa 50 % im Wesentlichen gradlinig durch den Strahlteiler 224 durchtritt und dort auf einen Spiegel 226 mit 100 % Reflexion trifft. Der Ausgangsstrahl 222a des zweiten Lasers 210a wird entsprechend zu etwa 50 % am Strahlteiler 224 reflektiert und trifft kolinear mit dem zuvor beschriebenen Anteil des Ausgangsstrahls 222 auf den Spiegel 226. Die beiden zu 100 % am Spiegel 226 reflektierten Strahlen gelangen wieder auf den Strahlteiler 224 und treten dort teilweise durch und werden teilweise reflektiert. Auf diese Weise gelangen die Strahlen zurück in die Resonatoren der beiden Laser 210, 210a und werden dort mit dem Lasereffekt ggf. verstärkt. Die vom Spiegel über den Strahlteiler zurückreflektierten Strahlungsanteile sind bezüglich ihrer Herkunft aus dem ersten oder dem zweiten Laser nicht mehr unterscheidbar, sofern die beiden emittierten Laserstrahlen 222, 222a hinsichtlich Wellenlänge sowie Pulszeiten übereinstimmen. Schon nach wenigen Umläufen wird mehr als 90 % der überhaupt verfügbaren Laserenergie mit dem Ausgangsstrahl 228 emittiert. Der Ausgangsstrahl 228 ist eine kolineare Überlagerung (Kombination) beider Ausgangsstrahlen der Laser mit sehr hoher Leistung.
  • Es hat sich gezeigt, dass die Transmission I des Strahlteilers 224 einen Optimalwert von etwa T=50 % hat. Die insgesamt erzielte Ausgangsleistung im gepulsten Ausgangsstrahl 228 hängt aber nicht besonders kritisch von dieser Transmission ab, so dass eine Variation um den Optimalwert von ± 30 % Transmission durchaus noch zu guten Ergebnissen führt. Bevorzugt liegt die Transmission des Strahlteilers 224 zwischen T= 40 % und T= 60 %. Durch das Multiplexen der beiden Laserstrahlen wird die Pulslänge etwas größer im Vergleich zu den Pulslängen der einzelnen Laser 210, 210a.
  • Das in 5 gezeigte Ausführungsbeispiel zeigt ebenfalls zwei kombinierte Laser, wobei die einzelnen Laser 210, 210a sowie der Strahlteiler 224 und der Spiegel 226 funktionsgleich sind mit dem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel nach 1. Beim Ausführungsbeispiel nach 5 sind die beiden Laser 210, 210a auf engstem Raum parallel angeordnet und die Ausgangsstrahlung 222 des Lasers 210 wird über einen Umlenkspiegel 230 so auf den Strahlteiler 224 gerichtet, dass die oben beschriebene Kolinearität sowohl hinsichtlich der am Strahlteiler 224 reflektierten Strahlung als auch hinsichtlich der durch den Strahlteiler 224 hindurchtretenden Strahlung erreicht wird. Insgesamt gilt, dass die in den 4 und 5 gezeigten Strahlengänge kolinear sind, d.h. insbesondere im Bereich der Laser-Resonatoren sind die in beiden Richtungen verlaufenden Strahlen kolinear.
  • Werden mehr als zwei Laser kombiniert, kann z.B. beim Ausführungsbeispiel nach 5 ein weiterer Strahlteiler (nicht gezeigt) in den Strahlengang des Laserstrahls 222 zwischen den Umlenkspiegel 230 und dem Strahlteiler 224 angeordnet werden.
  • Als weitere Alternative ist in 6 eine optische Anordnung 310 zur Pulsverlängerung dargestellt, wie sie aus dem Stand der Technik bekannt ist. Wesentliches Merkmal dieser Anordnung ist, dass mittels der Strahlteiler 320, 330, der Spiegel 340, 350, 360, 370, 380, 390 und der Linsensysteme 400, 410, 420, 430 Teilstrahle eines einfallenden Strahls 440 unterschiedlich lange Wege durchlaufen, bevor sie wieder kombiniert werden. Hierdurch wird eine relative Verzögerung der Teilstrahlen zueinander erreicht.

Claims (13)

  1. Verfahren zum Kristallisieren amorpher Halbleiterschichten (24), bei dem mindestens ein linienförmiger erster Bereich der Halbleiterschicht (24) durch Belichten mit Strahlungspulsen (P1, P2) aufgeschmolzen wird, wobei das Belichten des mindestens einen linienförmigen ersten Bereiches der Halbleiterschicht (24) wenigstens zwei aufeinanderfolgende Strahlungspulse (P1, P2) umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass der Zeitabstand zwischen den Intensitätsmaxima zweier aufeinanderfolgender Strahlungspulse (P1, P2) 1000 ns oder weniger beträgt.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Zeitabstand zwischen den Intensitätsmaxima des ersten und des letzten der mindestens zwei aufeinanderfolgenden Strahlungspulse (P1, P2) 80 ns oder mehr beträgt.
  3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine linienförmige erste Bereich mit genau zwei aufeinanderfolgenden Strahlungspulsen (P1, P2) bestrahlt wird.
  4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine linienförmige erste Bereich eine Linienbreite von mehr als 3 μm aufweist.
  5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere voneinander beabstandete linienförmige erste Bereiche gleichzeitig belichtet werden.
  6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Belichten der linienförmigen ersten Bereiche mindestens ein linienförmiger zweiter Bereich mit Strahlung 12 belichtet wird, wobei der mindestens eine linienförmige zweite Bereich wenigstens teilweise die Zwischenräume zwischen den linienförmigen ersten Bereichen umfasst.
  7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Belichtung des linienförmigen zweiten Bereiches erst beginnt, nachdem der linienförmige erste Bereich sich wieder verfestigt hat.
  8. Vorrichtung zum Kristallisieren amorpher Halbleiterschichten (24) mit einer Quelle von Strahlungspulsen (P1, P2) und einer Belichtungseinrichtung (10), die so eingerichtet ist dass mindestens ein linienförmiger erster Bereich einer Halbleiterschicht (24) durch Belichten mit den Strahlungspulsen (P1, P2) aufgeschmolzen werden kann, wobei die Quelle der Strahlungspulse (P1, P2) so eingerichtet ist, dass mindestens ein linienförmiger erster Bereich der Halbleiterschicht (24) mit mindestens zwei aufeinanderfolgenden Strahlungspulsen (P1, P2) belichtet werden kann, dadurch gekennzeichnet, dass der Zeitabstand zwischen den Intensitätsmaxima zweier aufeinanderfolgender Strahlungspulse (P1, P2) 1000 ns oder weniger beträgt.
  9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Quelle der Strahlungspulse (P1, P2) so eingerichtet ist, dass der Zeitabstand zwischen den Maxima des ersten und des letzten der mindestens zwei Strahlungspulse (P1, P2) 80 ns oder mehr beträgt.
  10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Quelle pulsförmiger Strahlung 12 so eingerichtet ist, dass der mindestens eine erste linienförmige Bereich mit genau zwei aufeinanderfolgenden Strahlungspulsen (P1, P2) belichtet wird.
  11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine linienförmige erste Bereich eine Breite von mehr als 3 μm aufweist.
  12. Vorrichtung nach Anspruch 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Belichtungseinrichtung so eingerichtet ist, dass mehrere voneinander beabstandete erste linienförmige Bereiche gleichzeitig belichtet werden.
  13. Vorrichtung nach Anspruche 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung so eingerichtet ist, dass nach dem Belichten des mindestens einen linienförmigen ersten Bereichs mindestens ein linienförmiger zweiter Bereich mit Strahlungspulsen (P1, P2) belichtet wird, wobei der mindestens eine linienförmige zweite Bereich wenigstens teilweise die Zwischenräume zwischen den linienförmigen ersten Bereichen umfasst.
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