Skip to main content

Wide-Bandgap II–VI Semiconductors: Growth and Properties

  • Reference work entry

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

Abstract

Wide-bandgap II–VI compounds are been applied to optoelectronic devices, especially light-emitting devices in the short-wavelength region of visible light, because of their direct gap and suitable bandgap energies. Many methods have been extensively applied to grow high-quality films and bulk single crystals from the vapor and liquid phases.

This chapter firstly discusses the basic properties and phase diagrams of wide-bandgap II–VI compounds such as ZnS, ZnO, ZnSe, ZnTe, CdSe and CdTe. Then the growth methods and recent progress in films and bulk crystal growth are reviewed. In the epitaxial growth methods, the focus is on liquid-phase epitaxy (LPE), vapor-phase epitaxy (VPE) containing conventional VPE, hot-wall epitaxy (HWE), metalorganic chemical vapor deposition (MOCVD) or metalorganic phase epitaxy (MOVPE), molecular-beam epitaxy (MBE) and atomic-layer epitaxy (ALE). In bulk crystal growth, two typical growth methods, chemical/physical vapor transport (CVT/PVT) and Bridgman techniques, are introduced.

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

Buying options

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

Learn about institutional subscriptions

Abbreviations

ALE:

atomic-layer epitaxy

CVD:

chemical vapor deposition

CVT:

chemical vapor transport

DIPTe:

diisopropyltellurium

DMCd:

dimethyl cadmium

DMZn:

dimethylzinc

EPD:

etch pit density

FM:

Frank–van der Merwe

FWHM:

full-width at half-maximum

GF:

gradient freeze

HWE:

hot-wall epitaxy

LD:

laser diodes

LD:

lucky drift

LED:

light-emitting diodes

LPE:

liquid phase epitaxy

MBE:

molecular beam epitaxy

ML:

monolayer

MOCVD:

metal-organic chemical vapor deposition

MOMBE:

metalorganic molecular beam epitaxy

MOVPE:

metalorganic vapor phase epitaxy

MQW:

multiple quantum well

PL:

photoluminescence

PVD:

physical vapor transport

PVT:

physical vapor transport

QD:

quantum dot

QW:

quantum well

RF:

radio frequency

SCVT:

seeded chemical vapor transport

SK:

Stranski–Krastanov

SPVT:

seeded physical vapor transport

SQW:

single quantum wells

SSR:

solid-state recrystallisation

THM:

traveling heater method

VGF:

vertical gradient freeze

VPE:

vapor phase epitaxy

VW:

Volmer–Weber

XRD:

X-ray diffraction

pBN:

pyrolytic boron nitride

References

  1. A. Lopez-Otero: Thin Solid Films 49, 1 (1978)

    Google Scholar 

  2. H. M. Manasevit, W. I. Simpson: J. Electrochem. Soc. 118, 644 (1971)

    CAS  Google Scholar 

  3. L. L. Chang, R. Ludeke: Epitaxial Growth, Part A, ed. by J. W. Matthews (Academic, New York 1975) p. 37

    Google Scholar 

  4. E. Veuhoff, W. Pletschen, P. Balk, H. Luth: J. Cryst. Growth 55, 30 (1981)

    CAS  Google Scholar 

  5. T. Suntola: Mater. Sci. Rep. 4, 261 (1989)

    CAS  Google Scholar 

  6. M. M. Faktor, R. Heckingbottom, I. Garrett: J. Cryst. Growth 9, 3 (1971)

    CAS  Google Scholar 

  7. I. Kikuma, M. Furukoshi: J. Cryst. Growth 41, 103 (1977)

    CAS  Google Scholar 

  8. Y. V. Korostelin, V. J. Kozlovskij, A. S. Nasibov, P. V. Shapkin: J. Cryst. Growth 159, 181 (1996)

    CAS  Google Scholar 

  9. J. F. Wang, A. Omino, M. Isshiki: Mater. Sci. Eng. 83, 185 (2001)

    Google Scholar 

  10. S. H. Song, J. F. Wang, G. M. Lalev, L. He, M. Isshiki: J. Cryst. Growth 252, 102 (2003)

    CAS  Google Scholar 

  11. H. Harmann, R. Mach, B. Sell: In: Current Topics Mater. Sci., Vol. 9, ed. by E. Kaldis (North-Holland, Amsterdam 1982) pp. 1–414

    Google Scholar 

  12. P. Rudolph, N. Schäfer, T. Fukuda: Mater. Sci. Eng. 15, 85 (1995)

    Google Scholar 

  13. R. Shetty, R. Balasubramanian, W. R. Wilcox: J. Cryst. Growth 100, 51 (1990)

    CAS  Google Scholar 

  14. K. W. Böer: Survey of Semiconductor Physics, Vol. 1: Electrons and Other Particales in Bulk Semiconductors (Van Nostrand, New York 1990)

    Google Scholar 

  15. C. M. Wolf, N. Holonyak, G. E. Stillman: Physical Properties of Semiconductors (Prentice Hall, New York 1989)

    Google Scholar 

  16. L. Smart, E. Moore: Solid State Chemistry, 2nd edn. (Chapman Hall, New York 1995)

    Google Scholar 

  17. E. Lide(Ed.): Handbook of Chemistry and Physics, 2nd edn. (CRC, Boca Raton 1973)

    Google Scholar 

  18. J. Singh: Physics of Semiconductors and Their Heterostructures (McGraw–Hill, New York 1993)

    Google Scholar 

  19. N. Yamamoto, H. Horinaka, T. Miyauchi: Jpn. J. Appl. Phys. 18, 225 (1997)

    Google Scholar 

  20. H. Neumann: Kristall Technik 15, 849 (1980)

    CAS  Google Scholar 

  21. J. Camassel, D. Auvergne, H. Mathieu: J. Phys. Colloq. 35, C3–67 (1974)

    Google Scholar 

  22. W. Shan, J. J. Song, H. Luo, J. K. Furdyna: Phys. Rev. 50, 8012 (1994)

    CAS  Google Scholar 

  23. K. A. Dmitrenko, S. G. Shevel, L. V. Taranenko, A. V. Marintchenko: Phys. Status Solidi B 134, 605 (1986)

    CAS  Google Scholar 

  24. S. Logothetidis, M. Cardona, P. Lautenschlager, M. Garriga: Phys. Rev. B 34, 2458 (1986)

    CAS  Google Scholar 

  25. R. C. Sharma, Y. A. Chang: J. Cryst. Growth 88, 192 (1988)

    Google Scholar 

  26. H. Okada, T. Kawanaka, S. Ohmoto: J. Cryst. Growth 165, 31 (1996)

    CAS  Google Scholar 

  27. N. Kh. Abrikosov, V. F. Bankina, L. B. Poretzkaya, E. V. Skudnova, S. N. Chichevskaya: Poluprovodnikovye chalkogenidy i splavy na ikh osnovje (Nauka, Moscow 1975) (in Russian)

    Google Scholar 

  28. R. F. Brebrick: J. Cryst. Growth 86, 39 (1988)

    CAS  Google Scholar 

  29. M. R. Lorenz: Physics and Chemistry of II–VI Compounds, ed. by M. Aven, J. S. Prener (North Holland, Amsterdam 1967) pp. 210–211

    Google Scholar 

  30. T. Yao: Optoelectron. Dev. Technol. 6, 37 (1991)

    CAS  Google Scholar 

  31. H. Nakamura, M. Aoki: Jpn. J. Appl. Phys. 20, 11 (1981)

    CAS  Google Scholar 

  32. C. Werkhoven, B. J. Fitzpatrik, S. P. Herko, R. N. Bhargave, P. J. Dean: Appl. Phys. Lett. 38, 540 (1981)

    CAS  Google Scholar 

  33. H. Nakamura, S. Kojima, M. Wasgiyama, M. Aoki: Jpn. J. Appl. Phys. 23, L617 (1984)

    Google Scholar 

  34. V. M. Skobeeva, V. V. Serdyuk, L. N. Semenyuk, N. V. Malishin: J. Appl. Spectrosc. 44, 164 (1986)

    Google Scholar 

  35. P. Lilley, P. L. Jones, C. N. W. Litting: J. Mater. Sci. 5, 891 (1970)

    CAS  Google Scholar 

  36. T. Matsumoto, T. Morita, T. Ishida: J. Cryst. Growth 53, 225 (1987)

    Google Scholar 

  37. S. Zhang, H. Kinto, T. Yatabe, S. Iida: J. Cryst. Growth 86, 372 (1988)

    CAS  Google Scholar 

  38. S. Iida, T. Yatabe, H. Kinto: Jpn. J. Appl. Phys. 28, L535 (1989)

    CAS  Google Scholar 

  39. P. Besomi, B. W. Wessels: J. Cryst. Growth 55, 477 (1981)

    CAS  Google Scholar 

  40. T. Kyotani, M. Isshiki, K. Masumoto: J. Electrochem. Soc. 136, 2376 (1989)

    CAS  Google Scholar 

  41. N. Stucheli, E. Bucher: J. Electron. Mater. 18, 105 (1989)

    Google Scholar 

  42. M. Nishio, Y. Nakamura, H. Ogawa: Jpn. J. Appl. Phys. 22, 1101 (1983)

    CAS  Google Scholar 

  43. N. Lovergine, R. Cingolani, A. M. Mancini, M. Ferrara: J. Cryst. Growth 118, 304 (1992)

    CAS  Google Scholar 

  44. O. De. Melo, E. Sánchez, S. De. Roux, F. Rábago-Bernal: Mater. Chem. Phys., 59, 120 (1999)

    Google Scholar 

  45. M. Kasuga, H. Futami, Y. Iba: J. Cryst. Growth 115, 711 (1991)

    CAS  Google Scholar 

  46. J. F. Wang, K. Kikuchi, B. H. Koo, Y. Ishikawa, W. Uchida, M. Isshiki: J. Cryst. Growth 187, 373 (1998)

    CAS  Google Scholar 

  47. J. Humenberger, G. Linnet, K. Lischka: Thin Solid Films 121, 75 (1984)

    CAS  Google Scholar 

  48. F. Sasaki, T. Mishina, Y. Masumoto: J. Cryst. Growth 117, 768 (1992)

    CAS  Google Scholar 

  49. B. J. Kim, J. F. Wang, Y. Ishikawa, S. Sato, M. Isshiki: Phys. Stat. Sol. (a) 191, 161 (2002)

    CAS  Google Scholar 

  50. A. Rogalski, J. Piotrowski: Prog. Quantum Electron. 12, 87 (1988)

    CAS  Google Scholar 

  51. G. M. Lalev, J. Wang, S. Abe, K. Masumoto, M. Isshiki: J. Crystal Growth 256, 20 (2003)

    CAS  Google Scholar 

  52. H. M. Manasevit: Appl. Phys. Lett. 12, 1530 (1968)

    Google Scholar 

  53. Sg. Fujita, M. Isemura, T. Sakamoto, N. Yoshimura: J. Cryst. Growth 86, 263 (1988)

    CAS  Google Scholar 

  54. H. Mitsuhashi, I. Mitsuishi, H. Kukimoto: J. Cryst. Growth 77, 219 (1986)

    CAS  Google Scholar 

  55. P. J. Wright, P. J. Parbrook, B. Cockayne, A. C. Jones, E. D. Orrell, K. P. OʼDonnell, B. Henderson: J. Cryst. Growth 94, 441 (1989)

    CAS  Google Scholar 

  56. S. Hirata, M. Isemura, Sz. Fujita, Sg. Fujita: J. Cryst. Growth 104, 521 (1990)

    CAS  Google Scholar 

  57. S. Nishimura, N. Iwasa, M. Senoh, T. Mukai: Jpn. J. Appl. Phys. 32, L425 (1993)

    Google Scholar 

  58. K. P. Giapis, K. F. Jensen, J. E. Potts, S. J. Pachuta: Appl. Phys. Lett. 55, 463 (1989)

    CAS  Google Scholar 

  59. S. J. Pachuta, K. F. Jensen, S. P. Giapis: J. Cryst. Growth 107, 390 (1991)

    Google Scholar 

  60. M. Danek, J. S. Huh, L. Foley, K. F. Jenson: J. Cryst. Growth 145, 530 (1994)

    CAS  Google Scholar 

  61. W. Kuhn, A. Naumov, H. Stanzl, S. Bauer, K. Wolf, H. P. Wagner, W. Gebhardt, U. W. Pohl, A. Krost, W. Richter, U. Dümichen, K. H. Thiele: J. Cryst. Growth 123, 605 (1992)

    CAS  Google Scholar 

  62. J. K. Menno, J. W. Kerri, F. H. Robert: J. Phys. Chem. B 101, 4882 (1997)

    Google Scholar 

  63. H. P. Wagner, W. Kuhn, W. Gebhardt: J. Cryst. Growth 101, 199 (1990)

    CAS  Google Scholar 

  64. N. R. Taskar, B. A. Khan, D. R. Dorman, K. Shahzad: Appl. Phys. Lett. 62, 270 (1993)

    CAS  Google Scholar 

  65. Y. Fujita, T. Terada, T. Suzuki: Jpn. J. Appl. Phys. 34, L1034 (1995)

    CAS  Google Scholar 

  66. J. Wang, T. Miki, A. Omino, K. S. Park, M. Isshiki: J. Cryst. Growth 221, 393 (2000)

    CAS  Google Scholar 

  67. M. K. Lee, M. Y. Yeh, S. J. Guo, H. D. Huang: J. Appl. Phys. 75, 7821 (1994)

    CAS  Google Scholar 

  68. A. Toda, T. Margalith, D. Imanishi, K. Yanashima, A. Ishibashi: Electron. Lett. 31, 1921 (1995)

    CAS  Google Scholar 

  69. A. Cho: J. Vac. Sci. Tech. 8, S31 (1971)

    CAS  Google Scholar 

  70. C. T. Foxon: J. Cryst. Growth 251, 130 (2003)

    Google Scholar 

  71. T. Yao: The Technology and Physics of Molecular Beam Epitaxy, ed. by E. H. C. Parker (Plenum, New York 1985) Chap. 10, p. 313

    Google Scholar 

  72. E. Veuhoff, W. Pletschen, P. Balk, H. Luth: J. Cryst. Growth 55, 30 (1981)

    CAS  Google Scholar 

  73. M. B. Panish, S. Sumski: J. Appl. Phys. 55, 3571 (1984)

    CAS  Google Scholar 

  74. Y. P. Chen, G. Brill, N. K. Dhar: J. Cryst. Growth 252, 270 (2003)

    CAS  Google Scholar 

  75. H. Kato, M. Sano, K. Miyamoto, T. Yao: J. Cryst. Growth 237-239, 538 (2002)

    CAS  Google Scholar 

  76. M. Imaizumi, M. Adachi, Y. Fujii, Y. Hayashi, T. Soga, T. Jimbo, M. Umeno: J. Cryst. Growth 221, 688 (2000)

    CAS  Google Scholar 

  77. W. Xie, D. C. Grillo, M. Kobayashi, R. L. Gunshor, G. C. Hua, N. Otsuka, H. Jeon, J. Ding, A. V. Nurmikko: Appl. Phys. Lett. 60, 463 (1992)

    CAS  Google Scholar 

  78. S. Guha, A. Madhukar, K. C. Rajkumar: Appl. Phys. Lett. 57, 2110 (1990)

    CAS  Google Scholar 

  79. E. Bauer, J. H. van der Merwe: Phys. Rev. B 33, 3657 (1986)

    CAS  Google Scholar 

  80. J. Drucker, S. Chapparro: Appl. Phys. Lett. 71, 614 (1997)

    CAS  Google Scholar 

  81. S. H. Xin, P. D. Wang, A. Yin, C. Kim, M. Dobrowolska, J. L. Merz, J. K. Furdyna: Appl. Phys. Lett. 69, 3884 (1996)

    CAS  Google Scholar 

  82. M. C. Harris Liao, Y. H. Chang, Y. H. Chen, J. W. Hsu, J. M. Lin, W. C. Chou: Appl. Phys. Lett. 70, 2256 (1997)

    Google Scholar 

  83. Y. Terai, S. Kuroda, K. Takita, T. Okuno, Y. Masumoto: Appl. Phys. Lett. 73, 3757 (1998)

    CAS  Google Scholar 

  84. M. Kobayashi, S. Nakamura, K. Wakao, A. Yoshikawa, K. Takahashi: J. Vac. Sci. Technol. B 16, 1316 (1998)

    CAS  Google Scholar 

  85. S. O. Ferreira, E. C. Paiva, G. N. Fontes, B. R. A. Neves: J. Appl. Phys. 93, 1195 (2003)

    CAS  Google Scholar 

  86. M. A. Herman, J. T. Sadowski: Cryst. Res. Technol. 34, 153 (1999)

    CAS  Google Scholar 

  87. M. Ahonen, M. Pessa, T. Suntola: Thin Solid Films 65, 301 (1980)

    CAS  Google Scholar 

  88. M. Ritala, M. Leskelä: Nanotechnology 10, 19 (1999)

    CAS  Google Scholar 

  89. H. Hartmann: J. Cryst. Growth 42, 144 (1977)

    CAS  Google Scholar 

  90. M. Shiloh, J. Gutman: J. Cryst. Growth 11, 105 (1971)

    CAS  Google Scholar 

  91. S. Hassani, A. Tromson-Carli, A. Lusson, G. Didier, R. Triboulet: Phys. Stat. Sol. (b) 229, 835 (2002)

    CAS  Google Scholar 

  92. W. W. Piper, S. J. Polich: J. Appl. Phys. 32, 1278 (1961)

    CAS  Google Scholar 

  93. A. C. Prior: J. Electrochem. Soc. 108, 106 (1961)

    Google Scholar 

  94. T. Kiyosawa, K. Igaki, N. Ohashi: Trans. Jpn. Inst. Metala 13, 248 (1972)

    Google Scholar 

  95. T. Ohno, K. Kurisu, T. Taguchi: J. Cryst. Growth 99, 737 (1990)

    CAS  Google Scholar 

  96. M. Isshiki, T. Tomizono, T. Yoshita, T. Ohkawa, K. Igaki: J. Jpn. Inst. Metals 48, 1176 (1984)

    CAS  Google Scholar 

  97. X. M. Huang, K. Igaki: J. Cryst. Growth 78, 24 (1986)

    CAS  Google Scholar 

  98. M. Isshiki, T. Yoshita, K. Igaki, W. Uchida, S. Suto: J. Cryst. Growth 72, 162 (1985)

    CAS  Google Scholar 

  99. M. Isshiki: J. Cryst. Growth 86, 615 (1988)

    CAS  Google Scholar 

  100. T. Ohyama, E. Otsuka, T. Yoshita, M. Isshiki, K. Igaki: Jpn. J Appl. Phys. 23, L382 (1984)

    Google Scholar 

  101. T. Ohyama, K. Sakakibara, E. Otsuka, M. Isshiki, K. Igaki: Phys. Rev. B 37, 6153 (1988)

    CAS  Google Scholar 

  102. Y. M. Tairov, V. F. Tsvetkov: J. Cryst. Growth 43, 209 (1978)

    CAS  Google Scholar 

  103. G. Cantwell, W. C. Harsch, H. L. Cotal, B. G. Markey, S. W. S. McKeever, J. E. Thomas: J. Appl. Phys. 71, 2931 (1992)

    CAS  Google Scholar 

  104. Yu. V. Korostelin, V. I. Kozlovsky, A. S. Nasibov, P. V. Shapkin: J. Cryst. Growth 161, 51 (1996)

    CAS  Google Scholar 

  105. S. Fujita, H. Mimoto, H. Takebe, T. Noguchi: J. Cryst. Growth 47, 326 (1979)

    CAS  Google Scholar 

  106. K. Byrappa: Hydrothermal Growth of Crystal, ed. by K. Byrappa (Pergamon, Oxford 1991)

    Google Scholar 

  107. A. C. Walker: J. Am. Ceram. Soc. 36, 250 (1953)

    CAS  Google Scholar 

  108. R. A. Laudice, E. D. Kolg, A. J. Caporaso: J. Am. Ceram. Soc. 47, 9 (1964)

    Google Scholar 

  109. M. Suscavage, M. Harris, D. Bliss, P. Yip, S.-Q. Wang, D. Schwall, L. Bouthillette, J. Bailey, M. Callahan, D. C. Look, D. C. Reynolds, R. L. Jones, C. W. Litton: MRS Internet J. Nitride Semicond. Res 4S1, G3.40 (1999)

    Google Scholar 

  110. L. N. Demianets, D. V. Kostomarov: Ann. Chim. Sci. Mater. 26, 193 (2001)

    CAS  Google Scholar 

  111. N. Ohashi, T. Ohgaki, T. Nakata, T. Tsurumi, T. Sekiguchi, H. Haneda, J. Tanaka: J. Kor. Phys. Soc. 35, S287 (1999)

    CAS  Google Scholar 

  112. D. C. Look, D. C. Reynolds, J. R. Sizelove, R. L. Jones, C. W. Litton, G. Gantwell, W. C. Harsch: Solid State Commun. 105, 399 (1988)

    Google Scholar 

  113. T. Sekiguchi, S. Miyashita, K. Obara, T. Shishido, N. Sakagami: J. Cryst. Growth 214/215, 72 (2000)

    CAS  Google Scholar 

  114. P. Höschl, Yu. M. Ivanov, E. Belas, J. Franc, R. Grill, D. Hlidek, P. Moravec, M. Zvara, H. Sitter, A. Toth: J. Cryst. Growth 184/185, 1039 (1998)

    Google Scholar 

  115. T. Fukuda, K. Umetsu, P. Rudolph, H. J. Koh, S. Iida, H. Uchiki, N. Tsuboi: J. Cryst. Growth 161, 45 (1996)

    CAS  Google Scholar 

  116. A. Omino, T. Suzuki: J. Cryst. Growth 117, 80 (1992)

    CAS  Google Scholar 

  117. I. Kikuma, M. Furukoshi: J. Cryst. Growth 71, 136 (1985)

    CAS  Google Scholar 

  118. J. F. Wang, A. Omino, M. Isshiki: J. Cryst. Growth 214/215, 875 (2000)

    CAS  Google Scholar 

  119. J. Wang, A. Omino, M. Isshiki: J. Cryst. Growth 229, 69 (2001)

    CAS  Google Scholar 

  120. J. F. Wang, A. Omino, M. Isshiki: Mater. Sci. Eng. B 83, 185 (2001)

    Google Scholar 

  121. P. Rudolph, N. Schäfer, T. Fukuda: Mater. Sci. Eng. R 15, 85 (1995)

    Google Scholar 

  122. T. Asahi, A. Arakawa, K. Sato: J. Cryst. Growth 229, 74 (2001)

    CAS  Google Scholar 

  123. M. Ohmori, Y. Iwase, R. Ohno: Mater. Sci. Eng. B 16, 283 (1999)

    Google Scholar 

  124. R. Triboulet: Prog. Cryst. Growth Char. Mater. 128, 85 (1994)

    Google Scholar 

  125. H. H. Woodbury, R. S. Lewandowski: J. Cryst. Growth 10, 6 (1971)

    CAS  Google Scholar 

  126. R. Triboulet: Cryst. Res. Technol. 38, 215 (2003)

    CAS  Google Scholar 

  127. T. Asahi, T. Yabe, K. Sato: The Japan Society of Applied Physics and Related Societies, Extended Abstracts, The 50th Spring Meeting, (2003) p. 332

    Google Scholar 

Download references

Author information

Authors and Affiliations

Authors

Corresponding authors

Correspondence to Jifeng Wang Ph.D. or Minoru Isshiki Prof. .

Editor information

Editors and Affiliations

Rights and permissions

Reprints and permissions

Copyright information

© 2006 Springer-Verlag

About this entry

Cite this entry

Wang, J., Isshiki, M. (2006). Wide-Bandgap II–VI Semiconductors: Growth and Properties. 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_16

Download citation

Publish with us

Policies and ethics