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.

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.
G.
Thomas
,
Nature
389
,
907
(
1997
).
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
).
You do not currently have access to this content.