We report direct evidence of conduction band filling in 3% La-doped BaSnO3 using hard x-ray photoelectron spectroscopy. Direct comparisons with hybrid density functional theory calculations support a 3.2 eV indirect band gap. The use of hybrid DFT is verified by excellent agreement between our photoelectron spectra and O K-edge x-ray emission and absorption spectra. Our experimental and computational results demonstrate that the conduction band is primarily of Sn 5s orbital character with little O 2p contribution, which is a prerequisite for designing a perovskite-based transparent conducting oxide.
REFERENCES
1.
W.
Wang
, D.
Wu
, Q.
Zhang
, L.
Wang
, and M.
Tao
, J. Appl. Phys.
107
, 123717
(2010
).2.
A.
Walsh
, A. B.
Kehoe
, D. J.
Temple
, G. W.
Watson
, and D. O.
Scanlon
, Chem. Commun.
49
, 448
(2013
).3.
T.
Minami
, Semicond. Sci. Technol.
20
, S35
(2005
).4.
5.
K.
Hayashi
, S.
Matsuishi
, T.
Kamiya
, M.
Hirano
, and H.
Hosono
, Nature
419
, 462
(2002
).6.
X.
Luo
, Y. S.
Oh
, A.
Sirenko
, P.
Gao
, T. A.
Tyson
, K.
Char
, and S. W.
Cheong
, Appl. Phys. Lett.
100
, 172112
(2012
).7.
H. J.
Kim
, U.
Kim
, H. M.
Kim
, T. H.
Kim
, H. S.
Mun
, B. G.
Jeon
, K. T.
Hong
, W. J.
Lee
, C.
Ju
, K. H.
Kim
et al., Appl. Phys. Express
5
, 061102
(2012
).8.
K. U.
Kim
, H. J.
Kim
, T. H.
Kim
, J.
Kim
, H. M.
Kim
, B. G.
Jeon
, W. J.
Lee
, H. S.
Mun
, K. T.
Hong
, J.
Yu
, K.
Char
et al., Phys. Rev. B
86
, 165205
(2012
).9.
B. G.
Kim
, J. Y.
Jo
, and S. W.
Cheong
, J. Solid State Chem.
197
, 134
(2013
).10.
T.
Wolfram
and S.
Elliatioglu
, Electronic and Optical Properties of d-Band Perovskites
(Cambridge University Press
, 2006
).11.
W.
Meevasana
, P. D. C.
King
, R. H.
He
, S. K.
Mo
, M.
Hashimoto
, A.
Tamai
, P.
Songsiririttthigul
, and Z. X.
Baumberger
, Nature Mater.
10
, 114
(2011
).12.
P. D. C.
King
, R. H.
He
, T.
Eknapakul
, P.
Buaphet
, S. K.
Mo
, Y.
Kaneko
, S.
Harashima
, Y.
Hikita
, M. S.
Bahramy
, C.
Bell
et al., Phys. Rev. Lett.
108
, 117602
(2012
).13.
H.
Mizoguchi
, H. W.
Eng
, and P. M.
Woodward
, Inorg. Chem.
43
, 1667
(2004
).14.
D. O.
Scanlon
, Phys. Rev. B
87
, 161201
–R
(2013
).15.
H. R.
Liu
, J. H.
Yang
, H. J.
Xiang
, X. G.
Gong
, and S. H.
Wei
, Appl. Phys. Lett.
102
, 112109
(2013
).16.
G.
Kresse
and J.
Furthmüller
, Phys. Rev. B
54
, 11169
(1996
).17.
C.
Adamo
and V.
Barone
, J. Chem. Phys.
110
, 6158
(1999
).18.
A.
Kotani
, M.
Okado
, T.
Jo
, A.
Bianconi
, A.
Marcelli
, and J. C.
Parlebas
, J. Phys. Soc. Jpn
56
, 798
(1987
).19.
A. M.
Kaiser
, A. X.
Gray
, C.
Conti
, B.
Jalan
, A. P.
Kajdos
, A.
Closkovskii
, S.
Ueda
, Y.
Yamashita
, K.
Kobasyashi
, W.
Drube
et al., Appl. Phys. Lett.
100
, 261603
(2012
).20.
W.
Zhang
, J.
Tang
, and J.
Ye
, J. Mater. Res.
22
, 1859
(2007
).21.
C.
Dallera
, L.
Duo
, L.
Braicovich
, G.
Panaccione
, G.
Paolicelli
, B.
Cowie
, and J.
Zegenhagen
, Appl. Phys. Lett.
85
, 4532
(2004
).22.
J. J.
Yeh
and I.
Lindau
, At. Data Nucl. Data Tables
32
, 1
(1985
).23.
N. F.
Quackenbush
, J. P.
Allen
, D. O.
Scanlon
, S.
Sallis
, J. A.
Hewlett
, A. S.
Nandur
, B.
Chen
, K. E.
Smith
, C.
Weiland
, D. A.
Fischer
et al., “Origin of the Bipolar Doping Behavior of SnO from X-ray Spectroscopy and Density Functional Theory
,” Chem. Mater.
(submitted).24.
A.
Walsh
, J. L. F.
Da Silva
, and S. H.
Wei
, Phys. Rev. B
78
, 075211
(2008
).25.
J. W.
Wells
and K.
Birkinshaw
, J. Electron Spectrosc. Relat. Phenom.
152
, 37
(2006
).26.
L.
Zhang
, N.
Schwertfager
, T.
Cheiwchanchamnangij
, X.
Lin
, P. A.
G.-Suzuki
, L. F. J.
Piper
, S.
Limpijumnong
, Y.
Luo
, J. F.
Zhu
, W. R. L.
Lambrecht
et al., Phys. Rev. B
86
, 245430
(2012
).27.
A. R. H.
Preston
, B. J.
Ruck
, L. F. J.
Piper
, A.
DeMasi
, K. E.
Smith
, A.
Schleife
, F.
Fuchs
, F.
Bechstedt
, J.
Chai
, and S. M.
Durbin
, Phys. Rev. B
78
, 155114
(2008
).28.
M.
Burbano
, D. O.
Scanlon
, and G. W.
Watson
, J. Am. Chem. Soc.
133
, 15065
(2011
).© 2013 AIP Publishing LLC.
2013
AIP Publishing LLC
You do not currently have access to this content.
