Skip to main content

Narrow-Bandgap II–VI Semiconductors: Growth

  • Reference work entry
Springer Handbook of Electronic and Photonic Materials

Part of the book series: Springer Handbooks ((SHB))

Abstract

The field of narrow-bandgap II–VI semiconductors is dominated by the compound Hg1−x Cd x Te (CMT), although some Hg-based alternatives to this ternary have been suggested. The fact that CMT is still the preeminent infrared (IR) material stems, in part, from the fact that the material can be made to cover all IR regions of interest by varying the x value. In addition, the direct band transitions in this material result in large absorption coefficients, allowing quantum efficiencies to approach 100%. Long minority carrier lifetimes result in low thermal noise, allowing high-performance detectors to be made at the highest operating temperatures reported for infrared detectors of comparable wavelengths. This chapter covers the growth of CMT by various bulk growth techniques (used mainly for first-generation infrared detectors), by liquid phase epitaxy (used mainly for second-generation infrared detectors), and by metalorganic vapor phase and molecular beam epitaxies (used mainly for third-generation infrared detectors, including two-color and hyperspectral detectors). Growth on silicon substrates is also discussed.

This is a preview of subscription content, log in via an institution to check access.

Access this chapter

Chapter
USD 29.95
Price excludes VAT (USA)
  • Available as PDF
  • Read on any device
  • Instant download
  • Own it forever
eBook
USD 399.00
Price excludes VAT (USA)
  • Available as EPUB and PDF
  • Read on any device
  • Instant download
  • Own it forever

Tax calculation will be finalised at checkout

Purchases are for personal use only

Institutional subscriptions

Abbreviations

ACRT:

accelerated crucible rotation technique

CRA:

cast recrystallize anneal

DAG:

direct alloy growth

DET:

diethyl telluride

DIPTe:

diisopropyltellurium

DLHJ:

double-layer heterojunction

DMCd:

dimethyl cadmium

EPD:

etch pit density

FPA:

focal plane arrays

FTIR:

Fourier transform infrared

FWHM:

full-width at half-maximum

IMP:

interdiffused multilayer process

IR:

infrared

LPE:

liquid phase epitaxy

MBE:

molecular beam epitaxy

MLHJ:

multilayer heterojunction

MOCVD:

metal-organic chemical vapor deposition

MOVPE:

metalorganic vapor phase epitaxy

MWIR:

medium-wavelength infrared

QA:

quench anneal

RDS:

reflection difference spectroscopy

RHEED:

reflection high-energy electron diffraction

RTD:

resistance temperature devices

SEM:

scanning electron microscope

SIMS:

secondary ion mass spectrometry

SSR:

solid-state recrystallisation

SWIR:

short-wavelength infrared

THM:

traveling heater method

TLHJ:

triple-layer graded heterojunction

UV:

ultraviolet

VB:

valence band

References

  1. A. Rogalski: IR Detectors and Emitters: Materials and Devices, ed. by P. Capper, C. T. Elliott (Kluwer, Boston 2000)

    Google Scholar 

  2. M. Reine: Encyclopedia of Modern Optics (Academic, London 2002) p. 392

    Google Scholar 

  3. I. M. Baker: Handbook of Infrared Detection Technologies, ed. by M. Henini, M. Razeghi (Elsevier, Oxford 2003) Chap. 8

    Google Scholar 

  4. P. Capper (Ed.): Narrow-Gap II–VI Compounds for Optoelectronic and Electromagnetic Applications (Chapman & Hall, London 1997)

    Google Scholar 

  5. P. Capper (Ed.): Properties of Narrow Gap Cadmium-Based Compounds, EMIS Datarev. Ser. (IEE, London 1994)

    Google Scholar 

  6. P. Capper, C. T. Elliott (Eds.): IR Detectors and Emitters: Materials and Devices (Kluwer, Boston 2000)

    Google Scholar 

  7. P. Capper (Ed.): Bulk Crystal Growth of Electronic, Optical and Optoelectronic Materials (Wiley, Chichester 2005)

    Google Scholar 

  8. W. F. H. Micklethwaite: Semicond. Semimet. 18, 48 (1981) Chap.3

    Google Scholar 

  9. P. W. Kruse: Semicond. Semimet. 18, 1 (1981) Chap.1

    CAS  Google Scholar 

  10. R. Triboulet, T. Nguyen Duy, A. Durand: J. Vac. Sci. Technol. A 3, 95 (1985)

    CAS  Google Scholar 

  11. W. E. Tennant, C. Cockrum, J. Gilpin, M. A. Kinch, M. B. Reine, R. P. Ruth: J. Vac. Sci. Technol. B 10, 1359 (1992)

    CAS  Google Scholar 

  12. T. C. Harman: J. Electron. Mater. 1, 230 (1972)

    CAS  Google Scholar 

  13. A. W. Vere, B. W. Straughan, D. J. Williams: J. Cryst. Growth 59, 121 (1982)

    CAS  Google Scholar 

  14. L. Colombo, A. J. Syllaios, R. W. Perlaky, M. J. Brau: J. Vac. Sci. Technol. A 3, 100 (1985)

    CAS  Google Scholar 

  15. R. K. Sharma, V. K. Singh, N. K. Mayyar, S. R. Gupta, B. B. Sharma: J. Cryst. Growth 131, 565 (1987)

    Google Scholar 

  16. L. Colombo, R. Chang, C. Chang, B. Baird: J. Vac. Sci. Technol. A 6, 2795 (1988)

    CAS  Google Scholar 

  17. J. Ziegler: US Patent 4,591,410 (1986)

    Google Scholar 

  18. W. M. Higgins, G. N. Pultz, R. G. Roy, R. A. Lancaster: J. Vac. Sci. Technol. A 7, 271 (1989)

    CAS  Google Scholar 

  19. J. H. Tregilgas: Prog. Cryst. Growth Charact. 28, 57 (1994)

    CAS  Google Scholar 

  20. P. Capper, J. Harris, D. Nicholson, D. Cole: J. Cryst. Growth 46, 575 (1979)

    CAS  Google Scholar 

  21. P. Capper: Prog. Cryst. Growth Charact. 28, 1 (1994)

    CAS  Google Scholar 

  22. A. Yeckel, and J.J. Derby: Paper given at 2002 US Workshop on Physics and Chemistry of II–VI Materials, San Diego, USA (2002)

    Google Scholar 

  23. P. Capper, and J.J.G. Gosney: U.K. Patent 8115911 (1981)

    Google Scholar 

  24. P. Capper, C. Maxey, C. Butler, M. Grist, J. Price: Mater. Electron. Mater. Sci. 15, 721 (2004)

    CAS  Google Scholar 

  25. R. Triboulet: Prog. Cryst. Growth Charact. 28, 85 (1994)

    CAS  Google Scholar 

  26. Y. Nguyen Duy, A. Durand, J. Lyot: Mater. Res. Soc. Symp. Proc 90, 81 (1987)

    CAS  Google Scholar 

  27. A. Durand, J. L. Dessus, T. Nguyen Duy, J. Barbot: Proc. SPIE 659, 131 (1986)

    CAS  Google Scholar 

  28. P. Gille, F. M. Kiessling, M. Burkert: J. Cryst. Growth 114, 77 (1991)

    CAS  Google Scholar 

  29. P. Gille, M. Pesia, R. Bloedner, N. Puhlman: J. Cryst. Growth 130, 188 (1993)

    CAS  Google Scholar 

  30. M. Royer, B. Jean, A. Durand, R. Triboulet: French Patent No. 8804370 (1/4/1988)

    Google Scholar 

  31. R. U. Bloedner, P. Gille: J. Cryst. Growth 130, 181 (1993)

    CAS  Google Scholar 

  32. B. Chen, J. Shen, S. Din: J. Electron Mater. 13, 47 (1984)

    CAS  Google Scholar 

  33. D. A. Nelson, W. M. Higgins, R. A. Lancaster: Proc. SPIE 225, 48 (1980)

    CAS  Google Scholar 

  34. C.-H. Su, G. Perry, F. Szofran, S. L. Lehoczky: J. Cryst. Growth 91, 20 (1988)

    CAS  Google Scholar 

  35. R. R. Galazka: J. Cryst. Growth 53, 397 (1981)

    CAS  Google Scholar 

  36. B. Bartlett, P. Capper, J. Harris, M. Quelch: J. Cryst. Growth 47, 341 (1979)

    CAS  Google Scholar 

  37. A. Durand, J. L. Dessus, T. Nguyen Duy: Proc. SPIE 587, 68 (1985)

    Google Scholar 

  38. P. Capper, C. D. Maxey, C. L. Jones, J. E. Gower, E. S. OʼKeefe, D. Shaw: J. Electron Mater. 28, 637 (1999)

    CAS  Google Scholar 

  39. M. A. Kinch: Mater. Res. Soc. Symp. Proc. 90, 15 (1987)

    CAS  Google Scholar 

  40. R. Pratt, J. Hewett, P. Capper, C. Jones, N. Judd: J. Appl. Phys. 60, 2377 (1986)

    CAS  Google Scholar 

  41. R. Pratt, J. Hewett, P. Capper, C. L. Jones, M. J. T. Quelch: J. Appl. Phys. 54, 5152 (1983)

    CAS  Google Scholar 

  42. F. Grainger, I. Gale, P. Capper, C. Maxey, P. Mackett, E. OʼKeefe, J. Gosney: Adv. Mater. Opt. Electron. 5, 71 (1995)

    CAS  Google Scholar 

  43. A. W. Vere: Proc. SPIE 659, 10 (1986)

    CAS  Google Scholar 

  44. D. J. Williams, A. W. Vere: J. Vac. Sci. Technol. A 4, 2184 (1986)

    CAS  Google Scholar 

  45. J. H. Tregilgas, J. D. Beck, B. E. Gnade: J. Vac. Sci. Technol. A 3, 150 (1985)

    CAS  Google Scholar 

  46. C. Genzel, P. Gille, I. Hahnert, F. M. Kiessling, P. Rudolph: J. Cryst. Growth 101, 232 (1990)

    CAS  Google Scholar 

  47. P. Capper, C. Maxey, C. Butler, M. Grist, J. Price: J. Cryst. Growth 275, 259 (2005)

    CAS  Google Scholar 

  48. T. Tung: J. Cryst. Growth 86, 161 (1988)

    CAS  Google Scholar 

  49. T.-C. Yu, R. F. Brebrick: Properties of Narrow Gap Cadmium-Based Compounds, EMIS Datarev. Ser., ed. by P. Capper (IEE, London 1994) p. 55

    Google Scholar 

  50. M. G. Astles: Properties of Narrow Gap Cadmium-based Compounds, EMIS Datarev. Ser., ed. by P. Capper (IEE, London 1994) p. 1

    Google Scholar 

  51. T. Tung, L. V. DeArmond, R. F. Herald: Proc. SPIE 1735, 109 (1992)

    CAS  Google Scholar 

  52. P. W. Norton, P. LoVecchio, G. N. Pultz: Proc. SPIE 2228, 73 (1994)

    CAS  Google Scholar 

  53. G. H. Westphal, L. Colombo, J. Anderson: Proc. SPIE 2228, 342 (1994)

    CAS  Google Scholar 

  54. D. W. Shaw: J. Cryst. Growth 62, 247 (1983)

    CAS  Google Scholar 

  55. L. Colombo, G. H. Westphal, P. K. Liao, M. C. Chen, H. F. Schaake: Proc. SPIE 1683, 33 (1992)

    CAS  Google Scholar 

  56. I. B. Baker, G. J. Crimes, J. Parsons, E. OʼKeefe: Proc. SPIE 2269, 636 (1994)

    CAS  Google Scholar 

  57. P. Capper, E. S. OʼKeefe, C. D. Maxey, D. Dutton, P. Mackett, C. Butler, I. Gale: J. Cryst. Growth 161, 104 (1996)

    CAS  Google Scholar 

  58. R. S. List: J. Electron. Mater. 22, 1017 (1993)

    CAS  Google Scholar 

  59. S. Johnson, D. Rhiger, J. Rosbeck: J. Vac. Sci. Technol. B 10, 1499 (1992)

    CAS  Google Scholar 

  60. M. Yoshikawa: J. Appl. Phys. 63, 1533 (1988)

    CAS  Google Scholar 

  61. P. Capper: J. Vac. Sci. Technol. B 9, 1667 (1991)

    CAS  Google Scholar 

  62. C. A. Cockrum: Proc. SPIE. 2685, 2 (1996)

    CAS  Google Scholar 

  63. W. A. Radford, R. E. Kvaas, S. M. Johnson: Proc. IRIS Specialty Group on Infrared Materials (IRIS, Menlo Park 1986)

    Google Scholar 

  64. K. J. Riley, A. H. Lockwood: Proc. SPIE 217, 206 (1980)

    CAS  Google Scholar 

  65. S. M. Johnson, J. A. Vigil, J. B. James: J. Electron. Mater. 22, 835 (1993)

    CAS  Google Scholar 

  66. T. DeLyon, A. Hunter, J. Jensen, M. Jack, V. Randall, G. Chapman, S. Bailey, K. Kosai: Paper given at 2002 US Workshop on Physics and Chemistry of II–VI Materials, San Diego, USA (2002)

    Google Scholar 

  67. S. Johnson, J. James, W. Ahlgren: Mater. Res. Soc. Symp. Proc. 216, 141 (1991)

    CAS  Google Scholar 

  68. P. R. Norton: Proc. SPIE 2274, 82 (1994)

    CAS  Google Scholar 

  69. G. Destefanis, A. Astier, J. Baylet, P. Castelein, J. P. Chamonal, E. De Borniol, O. Gravand, F. Marion, J. L. Martin, A. Million, P. Rambaud, F. Rothan, J. P. Zanatta: J. Electron. Mater. 32, 592 (2003)

    CAS  Google Scholar 

  70. T. F. Kuech, J. O. McCaldin: J. Electrochem. Soc. 128, 1142 (1981)

    CAS  Google Scholar 

  71. S. J. C. Irvine, J. B. Mullin: J. Cryst. Growth 55, 107 (1981)

    CAS  Google Scholar 

  72. A. C. Jones: J. Cryst. Growth 129, 728 (1993)

    CAS  Google Scholar 

  73. S. J. C. Irvine, J. Bajaj: Semicond. Sci. Technol. 8, 860 (1993)

    CAS  Google Scholar 

  74. C. D. Maxey, J. Camplin, I. T. Guilfoy, J. Gardner, R. A. Lockett, C. L. Jones, P. Capper: J. Electron. Mater. 32, 656 (2003)

    CAS  Google Scholar 

  75. J. Tunnicliffe, S. Irvine, O. Dosser, J. Mullin: J. Cryst. Growth 68, 245 (1984)

    CAS  Google Scholar 

  76. D. D. Edwall: J. Electron. Mater. 22, 847 (1993)

    CAS  Google Scholar 

  77. S. Murakami: J. Vac. Sci. Technol B 10, 1380 (1992)

    CAS  Google Scholar 

  78. S. J. C. Irvine, D. Edwall, L. Bubulac, R. V. Gil, E. R. Gertner: J. Vac. Sci. Technol. B 10, 1392 (1992)

    CAS  Google Scholar 

  79. D. W. Snyder, S. Mahajan, M. Brazil: Appl. Phys. Lett. 58, 848 (1991)

    CAS  Google Scholar 

  80. P. Mitra, Y. L. Tyan, F. C. Case: J. Electron. Mater. 25, 1328 (1996)

    CAS  Google Scholar 

  81. A. M. Kier, A. Graham, S. J. Barnett: J. Cryst. Growth 101, 572 (1990)

    Google Scholar 

  82. S. J. C. Irvine, J. Bajaj, R. V. Gil, H. Glass: J. Electron. Mater. 24, 457 (1995)

    CAS  Google Scholar 

  83. S. J. C. Irvine, E. Gertner, L. Bubulac, R. V. Gil, D. D. Edwall: Semicond. Sci. Technol. 6, C15 (1991)

    CAS  Google Scholar 

  84. C. D. Maxey, P. Whiffin, B. C. Easton: Semicond. Sci. Technol. 6, C26 (1991)

    CAS  Google Scholar 

  85. P. Mitra, Y. L. Tyan, T. R. Schimert, F. C. Case: Appl. Phys. Lett. 65, 195 (1994)

    CAS  Google Scholar 

  86. P. Capper, C. Maxey, P. Whiffin, B. Easton: J. Cryst. Growth 97, 833 (1989)

    CAS  Google Scholar 

  87. C. D. Maxey, C. J. Jones: . Proc. SPIE 3122, 453 (1996)

    Google Scholar 

  88. R. D. Rajavel, D. Jamba, O. K. Wu, J. A. Roth, P. D. Brewer, J. E. Jensen, C. A. Cockrum, G. M. Venzor, S. M. Johnson: J. Electron. Mater. 25, 1411 (1996)

    CAS  Google Scholar 

  89. J. Bajaj, J. M. Arias, M. Zandian, D. D. Edwall, J. G. Pasko, L. O. Bubulac, L. J. Kozlowski: J. Electron. Mater. 25, 1394 (1996)

    CAS  Google Scholar 

  90. J. P. Faurie, L. A. Almeida: Proc. SPIE 2685, 28 (1996)

    CAS  Google Scholar 

  91. O. K. Wu, T. J. deLyon, R. D. Rajavel, J. E. Jensen: Narrow-Gap II–VI Compounds for Optoelectronic and Electromagnetic Applications, ed. by P. Capper (Chapman & Hall, London 1997) p. 97

    Google Scholar 

  92. O. K. Wu, D. R. Rhiger: Characterization in Compound Semiconductor Processing, ed. by Y. Strausser, G. E. McGuire (Butterworth-Heinemann, London 1995) p. 83

    Google Scholar 

  93. T. Tung, L. Golonka, R. F. Brebrick: J. Electrochem. Soc. 128, 451 (1981)

    CAS  Google Scholar 

  94. O. Wu, D. Jamba, G. Kamath: J. Cryst. Growth 127, 365 (1993)

    CAS  Google Scholar 

  95. J. Arias, S. Shin, D. Copper: J. Vac. Sci. Technol. A 8, 1025 (1990)

    CAS  Google Scholar 

  96. O. K. Wu: Mater. Res. Soc. Symp. Proc. 340, 565 (1994)

    CAS  Google Scholar 

  97. V. Lopes, A. J. Syllaios, M. C. Chen: Semicond. Sci. Technol. 8, 824 (1993)

    CAS  Google Scholar 

  98. S. M. Johnson, T. J. de Lyon, C. Cockrum: J. Electron. Mater. 24, 467 (1995)

    CAS  Google Scholar 

  99. G. Kamath, and O. Wu: US Patent Number 5,028,561, July 1, 1991

    Google Scholar 

  100. O. K. Wu, R. D. Rajavel, T. J. deLyon: Proc. SPIE 2685, 16 (1996)

    CAS  Google Scholar 

  101. F. T. Smith, P. W. Norton, P. Lo Vecchio: J. Electron. Mater. 24, 1287 (1995)

    CAS  Google Scholar 

  102. J. M. Arias, M. Zandian, S. H. Shin: J. Vac. Sci. Technol. B 9, 1646 (1991)

    CAS  Google Scholar 

  103. R. Sporken, Y. Chen, S. Sivananthan: J. Vac. Sci. Technol. B 10, 1405 (1992)

    CAS  Google Scholar 

  104. T. J. DeLyon, D. Rajavel, O. K. Wu: Proc. SPIE. 2554, 25 (1995)

    CAS  Google Scholar 

  105. J. P. Tower, S. P. Tobin, M. Kestigian: J. Electron. Mater. 24, 497 (1995)

    CAS  Google Scholar 

  106. N. Karam, R. Sudharsanan: J. Electron. Mater. 24, 483 (1995)

    CAS  Google Scholar 

  107. J. B. Varesi, A. A. Buell, R. E. Bornfreund, W. A. Radford, J. M. Peterson, K. D. Maranowski, S. M. Johnson, D. F. King: J. Electron. Mater. 31, 815 (2002)

    CAS  Google Scholar 

  108. J. B. Varesi, A. A. Buell, J. M. Peterson, R. E. Bornfreund, M. F. Vilela, W. A. Radford, S. M. Johnson: J. Electron. Mater. 32, 661 (2003)

    CAS  Google Scholar 

  109. M. Zandian, J. D. Garnett, R. E. DeWames, M. Carmody, J. G. Pasko, M. Farris, C. A. Cabelli, D. E. Cooper, G. Hildebrandt, J. Chow, J. M. Arias, K. Vural, D. N. B. Hall: J. Electron. Mater. 32, 803 (2003)

    CAS  Google Scholar 

  110. I.S. McLean: Paper given at 2002 US Workshop on Physics and Chemistry of II–VI Materials, San Diego, USA (2002)

    Google Scholar 

  111. J. D. Philips, D. D. Edwall, D. L. Lee: J. Electron. Mater. 31, 664 (2002)

    Google Scholar 

  112. L. A. Almeida, M. Thomas, W. Larsen, K. Spariosu, D. D. Edwall, J. D. Benson, W. Mason, A. J. Stolz, J. H. Dinan: J. Electron. Mater. 31, 669 (2002)

    CAS  Google Scholar 

  113. J. P. Zanatta, F. Noel, P. Ballet, N. Hdadach, A. Million, G. Destefanis, E. Mottin, E. Picard, E. Hadji: J. Electron. Mater. 32, 602 (2003)

    CAS  Google Scholar 

  114. A. Rogalski: New Ternary Alloy Systems for Infrared Detectors (SPIE Optical Engineering, Bellingham 1994)

    Google Scholar 

  115. A. Sher, A. B. Chen, W. E. Spicer, C. K. Shih: J. Vac. Sci. Technol. A 3, 105 (1985)

    CAS  Google Scholar 

  116. R. Triboulet: J. Cryst. Growth 86, 79 (1988)

    CAS  Google Scholar 

  117. O. A. Bodnaruk, I. N. Gorbatiuk, V. I. Kalenik: Neorg. Mater. 28, 335 (1992)

    CAS  Google Scholar 

  118. P. Gille, U. Rössner, N. Puhlmann: Semicond. Sci. Technol. 10, 353 (1995)

    CAS  Google Scholar 

  119. P. Becla, J-C. Han, S. Matakef: J. Cryst. Growth 121, 394 (1992)

    CAS  Google Scholar 

  120. A. Rogalski: Prog. Quantum Electron. 13, 299 (1989)

    CAS  Google Scholar 

  121. A. Rogalski: Infrared Phys. 31, 117 (1991)

    CAS  Google Scholar 

  122. T. Uchino, K. Takita: J. Vac. Sci. Technol. A 14, 2871 (1996)

    CAS  Google Scholar 

Download references

Author information

Authors and Affiliations

Authors

Corresponding author

Correspondence to Peter Capper Dr. .

Editor information

Editors and Affiliations

Rights and permissions

Reprints and permissions

Copyright information

© 2006 Springer-Verlag

About this entry

Cite this entry

Capper, P. (2006). Narrow-Bandgap II–VI Semiconductors: Growth. In: Kasap, S., Capper, P. (eds) Springer Handbook of Electronic and Photonic Materials. Springer Handbooks. Springer, Boston, MA. https://doi.org/10.1007/978-0-387-29185-7_15

Download citation

Publish with us

Policies and ethics