Excimer laser crystallization of a-SiC_x on glass

Abstract

Silicon carbide (SiC) is a promising material for the fabrication of optoelectronic devices. In the amorphous state physical-vapor-deposited SiC is already an essential part of the production of electron beam liquid phase crystallized silicon absorbers, because of its good wettability for the silicon melt. The resulting polycrystalline thin film absorbers exhibit excellent electrical properties (B. Eggleston et al. MRS Online Proc. Libr. 1426, 251 (2012) and demonstrate the potential of this technology (J. Dore et al. IEEE J. Photovolt. 4, 33 (2014)). A drawback of amorphous SiC interlayers is their poor optical properties. In this work we investigate two different approaches. Firstly, we show how those properties can be improved by depositing SiC x O y layers to enhance the transmittance while maintaining the wettability. Secondly, the laser crystallization of amorphous silicon-carbon compounds is studied as a function of their composition and the applied laser fluence. Compared to the amorphous SiC layers a clear reduction of the absorption coefficient was achieved upon laser annealing without losing wettability. Raman backscattering measurements showed that laser annealing of reactively sputtered amorphous SiC leads to a material with a vibrational mode at 770 cm −1 that is indicative of 6H-SiC. Atomic force microscopy measurements of those crystalline layers also show an ordered triangular grain structure, which was not observed in the amorphous material. It is shown that segregation effects are strongly affected by the stoichiometry and the applied laser fluence.Résumé : Le carbure de silicium (SiC) est un matériau prometteur pour la fabrication de dispositifs optoélectroniques. Dans son état amorphe obtenu par dépôt physique de vapeur, SiC joue déjà un rôle essentielle dans la production d'absorber au silicium poly-cristallisé en phase gazeuse par faisceau d'électrons, à cause de sa grande mouillabilité pour le silicium fondu. Les absorbeurs en films minces poly-cristallins qui en résultent ont d'excellentes propriétés électriques (B. Eggleston et al. MRS Online Proc. Libr. 1426, 251 (2012)) et démontrent le potentiel de cette technologie (J. Dore et al. IEEE J. Photovolt. 4, 33 (2014)). Les propriétés optiques sont une des faiblesses des couches intermédiaires de SiC. Nous étudions ici deux approches différentes pour y remédier. D'abord, nous montrons que le dépôt de couches de SiC x O y augmente la transmittance, tout en conservant la mouillabilité, Ensuite, nous étudions la cristallisation par laser des composés amorphes de silicium-carbone en fonction de leur composition et du débit du laser. Comparant avec les couches de SiC amorphe, nous notons une diminution sensible du coefficient d'absorption suivant un recuit par laser, sans perte de mouillabilité. Des mesures Raman arrière montrent que le recuit par laser du SiC amorphe évaporé par réaction donne un matériau avec un mode vibrationnel à 770 cm −1 , indication d'un composé 6H-SiC. Les mesures par microscopie à force atomique indiquent que les couch...

Silicon and Silicon Carbide Recrystallization by Laser Annealing: A Review

“…For MEMS applications, annealing of amorphous and polycrystalline SiC can be useful for surface recovery after ion implantation damage [75] or to transform amorphous silicon carbide into a crystalline phase [91,92].…”

“…In general, various types of lasers, capable of generating pulsed or continuous wave radiation at different wavelengths, can be used for SiC laser annealing. However, nanosecondpulsed UV lasers such as excimer and frequency tripled and quadrupled Nd:YAG lasers (base emission at 1064 nm) are the most commonly used due to their prevalence and the high optical absorption of crystalline SiC at UV wavelengths [91,92,[101][102][103].…”