Ла́зерный о́тжиг, физическое явление и метод быстрой ориентированной кристаллизации твёрдых тел под действием импульсного лазерного излучения высокой интенсивности. Как физическое явление лазерный отжиг открыт в 1974–1975 гг. в ряде институтов АН СССР (Государственная премия, 1988). Как метод лазерный отжиг был предложен И. Б. Хайбуллиным с сотрудниками (Казанский физико-технический институт) и означал восстановление кристаллической структуры тонких (толщиной менее 1 мкм) полупроводниковых слоёв, разупорядоченных при ионной имплантации. Лазерный отжиг предложен как альтернатива термическому отжигу, широко применяемому в микроэлектронике после имплантации ионов электроактивных примесей (например, фосфора или бора) в полупроводниковый кремний для создания слоёв электронной проводимости или дырочной проводимости. В широком смысле лазерный отжиг означает различные структурные и фазовые превращения в твёрдых телах (полупроводниках, металлах, диэлектриках) под действием лазерного излучения. Лазерный отжиг положен в основу научного направления и технологии импульсной модификации материалов интенсивными пучками электромагнитных волн, электронов, ионов.

Основным механизмом лазерного отжига полупроводников и других материалов в широком диапазоне длительностей лазерного излучения является тепловой. В зависимости от скорости и степени нагрева, определяемых плотностью мощности и длительностью излучения, а также оптическими и теплофизическими свойствами материала, реализуются 2 режима лазерного отжига – твердофазный и жидкофазный.

Твердофазный режим, осуществляемый при воздействии импульсами лазера (или импульсных ламп) длительностью 10^–3–10 с, позволяет снизить до минимума диффузионное перераспределение примеси. Этот режим широко применяется для отжига интегральных схем, создания сверхтонких (толщиной менее 0,1 мкм) сильнолегированных слоёв, уплотнения тонкоплёночных покрытий, сглаживания микрорельефа поверхности и т. п.

Жидкофазный режим лазерного отжига реализуется при воздействии интенсивного лазерного импульса длительностью 10^–9–10^–6 с. При лазерном отжиге в этом режиме в условиях высокого темпа нагрева и охлаждения (до 10¹² градус/с) происходит быстрая направленная кристаллизация равновесных или метастабильных расплавов со скоростями (до 10 м/с), превышающими скорости образования протяжённых дефектов кристаллической структуры. В этом режиме лазерного отжига повышается также сечение захвата примесей движущейся границей раздела фаз. При воздействии коротковолнового излучения в пикосекундном диапазоне длительности импульса (менее 10^–9 с) скорости охлаждения и затвердевания возрастают, что приводит к срыву кристаллизации и аморфизации материалов.

Уникальными и технологически важными особенностями лазерного отжига являются высокая пространственная локальность модифицирования тонких слоёв и отдельных участков поверхности с размерами менее 0,1 мкм; отсутствие ростовых дефектов (дислокаций, кластеров примесей и др.) в кристаллических слоях, подвергнутых отжигу; повышенный уровень растворимости примесей в кристаллах, в десятки раз превышающий их равновесную растворимость. Внедрение (например, ионной имплантацией либо диффузией) электроактивных примесей в полупроводниковые кристаллы с последующим лазерным отжигом приводит к значительному снижению удельного электрического сопротивления элементов полупроводниковых приборов. Лазерный отжиг позволяет синтезировать новые тонкоплёночные (в том числе нанокристаллические) материалы и обрабатывать сложные структуры и легкоразлагающиеся соединения на воздухе без использования защитных сред. Импульсное лазерное воздействие широко применяется при разработке новых приборов микро- и наноэлектроники.