Morphology of patterned semiconductor III-V surfaces prepared by spontaneous anisotropic chemical etching

José-Guadalupe Bañuelos¹, Elena V. Basiuk²* and José-Manuel Saniger-Blesa³

¹ Centro de Ciencias Aplicadas y Desarrollo Tecnológico, Universidad Nacional Autónoma de México, México, D.F. gpeban@aleph.cinstrum.unam.mx

² Centro de Ciencias Aplicadas y Desarrollo Tecnológico, Universidad Nacional Autónoma de México, México, D.F. elenagd@servidor.unam.mx *Pseudonym of Elena Golovataya Dzhymbeeva.

³ Centro de Ciencias Aplicadas y Desarrollo Tecnológico, Universidad Nacional Autónoma de México, México, D.F. saniger@aleph.cinstrum.unam.mx

Abstract

In the present paper we report on scanning electron microscopy and atomic force microscopy study of different microreliefs obtained through a spontaneous anisotropic etching (that is without the use of masking, photochemical and photoelectrochemical techniques) of the surfaces of monocrystalline A^III B^V-type semiconductors: InP(100) doped with S and Fe, GaP(100), GaSb(100), InSb(100) and GaAs(100). The microrelief morphology (star-like, pyramides, grooves, etc.) depends on acidic etchant employed. Estimation of the activation energy demonstrates that the etching with microrelief formation occurs in the kinetic region. The most interesting InP microrelief is the two-dimensional groove-shaped one, which might be suitable to produce antireflection surfaces for solar cells. The conditions have been optimized to fabricate this microrelief with a given groove period of 0.6 to 3.7 µm. Morphology of different textured surfaces of other A^III B^V semiconductors is also discussed.

Keywords: AFM; SEM; microreliefs; anisotropic etching; textured surfaces; A^III B^V semiconductors.

Resumen

En el artículo se presenta un estudio por microscopía electrónica de barrido y microscopía de fuerza atómica de diferentes microrrelieves obtenidos por grabado (o ataque) químico anisótropo espontáneo (es decir, sin usar mascarillas ni técnicas fotoquímicas y fotoelectroquímicas) en superficies de semicoductores monocristalinos miembros del grupo de los semiconductores A^IIIB^V: InP(100) dopado por S y Fe, GaP(100), GaSb(100), InSb(100) y GaAs(100). La forma del microrrelieve (canales, estrellas, pirámides, etc.) depende del agente ácido empleado. La estimación de la energía de activación del proceso pone de manifiesto que la formación de microrrelieves ocurre en la región cinética. Los relieves generados en InP con forma de microcanales bidimensionales son de especial interés por su posible aplicación como superficies antirreflejantes en la fabricación de celdas solares. La optimización de las condiciones de grabado en InP permite producir microcanales con periodos espaciales en un intervalo de 0.6 a 3.7 µm. También se discuten las morfologías de otros tipos obtenidos de superficies de semiconductores A^IIIB^V texturizadas.

Palabras clave: AFM; SEM; microrelieves; ataque anisótropo; superficies texturizadas; semiconductores A^IIIB^V.

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Acknowledgements

The authors thank V.A. Basiuk (Instituto de Ciencias Nucleares UNAM) for helpful comments on the manuscript, and J. Cañetas-Ortega (Instituto de Física UNAM) for assistance in SEM measurements. Also the authors would like to thank the Programa de Apoyo a Proyectos de Investigación e Innovación Tecnológica (grants DGAPA-IN106900 and -IN100402-3), and the Consejo Nacional de Ciencia y Tecnología (grant CONACyT-40399-Y) for the support during this study.

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