We demonstrate that cation-related localized states strongly perturb the band structure of Al1−xInxN leading to a strong band gap bowing at low In content. Our first-principles calculations show that In-related localized states are formed both in the conduction and the valence band in Al1−xInxN for low In composition, x, and that these localized states dominate the evolution of the band structure with increasing x. Therefore, the commonly used assumption of a single composition-independent bowing parameter breaks down when describing the evolution both of the conduction and of the valence band edge in Al1−xInxN.
REFERENCES
1.
S.
Pandey
, D.
Cavalcoli
, B.
Fraboni
, A.
Cavallini
, T.
Brazzini
, and F.
Calle
, Appl. Phys. Lett.
100
, 152116
(2012
).2.
J.
Wu
, J. Appl. Phys.
106
, 011101
(2009
).3.
I.
Vurgaftman
, J. R.
Meyer
, and L. R.
Ram-Mohan
, J. Appl. Phys.
89
, 5815
(2001
).4.
K.
Wang
, R. W.
Martin
, D.
Amabile
, P. R.
Edwards
, S.
Hernandez
, E.
Nogales
, K. P.
O'Donnell
, K.
Lorenz
, E.
Alves
, V.
Matias
, A.
Vantomme
, D.
Wolverson
, and I. M.
Watson
, J. Appl. Phys.
103
, 073510
(2008
);E.
Sakalauskas
, H.
Behmenburg
, C.
Hums
, P.
Schley
, G.
Rossbach
, C.
Giesen
, M.
Heuken
, H.
Kalisch
, R. H.
Jansen
, J.
Bläsing
, A.
Dadgar
, A.
Krost
, and R.
Goldhahn
, J. Phys. D: Appl. Phys.
43
, 365102
(2010
);S.
Schulz
, M. A.
Caro
, L.-T.
Tan
, P. J.
Parbrook
, R. W.
Martin
, and E. P.
O'Reilly
, Appl. Phys. Express
6
, 121001
(2013
).5.
I.
Vurgaftman
and J. R.
Meyer
, J. Appl. Phys.
94
, 3675
(2003
);R. R.
Pel
, C.
Caetano
, M.
Marques
, L. G.
Ferreira
, J.
Furthmüller
, and L. K.
Teles
, Appl. Phys. Lett.
98
, 151907
(2011
).6.
M. A.
Caro
, S.
Schulz
, and E. P.
O'Reilly
, Phys. Rev. B
88
, 214103
(2013
).7.
P. G.
Moses
, M.
Miao
, Q.
Yan
, and C. G.
Van de Walle
, J. Chem. Phys.
134
, 084703
(2011
).8.
K. S.
Kim
, A.
Saxler
, P.
Kung
, M.
Razeghi
, and K. Y.
Lim
, Appl. Phys. Lett.
71
, 800
(1997
).9.
T.
Aschenbrenner
, H.
Dartsch
, C.
Kruse
, M.
Anastasescu
, M.
Stoica
, M.
Gartner
, A.
Pretorius
, A.
Rosenauer
, T.
Wagner
, and D.
Hommel
, J. Appl. Phys.
108
, 063533
(2010
).10.
W.
Walukiewicz
, W.
Shan
, K. M.
Yu
, J. W.
Ager
, E. E.
Haller
, I.
Miotkowski
, M. J.
Seong
, H.
Alawadhi
, and A. K.
Ramdas
, Phys. Rev. Lett.
85
, 1552
(2000
).11.
P. D. C.
King
, T. D.
Veal
, P. H.
Jefferson
, C. F.
McConville
, T.
Wang
, P. J.
Parbrook
, H.
Lu
, and W. J.
Schaff
, Appl. Phys. Lett.
90
, 132105
(2007
).12.
J. R.
Waldrop
and R. W.
Grant
, Appl. Phys. Lett.
68
, 2879
(1996
).13.
S.-H.
Wei
and A.
Zunger
, Appl. Phys. Lett.
69
, 2719
(1996
).14.
A.
Rizzi
, R.
Lantier
, F.
Monti
, H.
Lüth
, F. D.
Sala
, A. D.
Carlo
, and P.
Lugli
, J. Vac. Sci. Technol., B
17
, 1674
(1999
).15.
P. D. C.
King
, T. D.
Veal
, C. E.
Kendrick
, L. R.
Bailey
, S. M.
Durbin
, and C. F.
McConville
, Phys. Rev. B
78
, 033308
(2008
).16.
S. F.
Chichibu
, A.
Uedono
, T.
Onuma
, B. A.
Haskell
, A.
Chakraborty
, T.
Koyama
, P. T.
Fini
, S.
Keller
, S. P.
DenBaars
, J. S.
Speck
, U. K.
Mishra
, S.
Nakamura
, S.
Yamaguchi
, S.
Kamiyama
, H.
Amano
, I.
Akasaki
, J.
Han
, and T.
Sota
, Nature Mater.
5
, 810
(2006
).17.
B.
Lee
and L. W.
Wang
, J. Appl. Phys.
100
, 093717
(2006
).18.
X.
Wu
, E. J.
Walter
, A. M.
Rappe
, R.
Car
, and A.
Selloni
, Phys. Rev. B
80
, 115201
(2009
).19.
Q.
Liu
, J.
Lu
, Z.
Gao
, L.
Lai
, R.
Qin
, H.
Li
, J.
Zhou
, and G.
Li
, Phys. Status Solidi B
247
, 109
(2010
).20.
J. A.
Chan
, J. Z.
Liu
, and A.
Zunger
, Phys. Rev. B
82
, 045112
(2010
).21.
G.
Kresse
and J.
Furthmüller
, Phys. Rev. B
54
, 11169
(1996
).22.
R. W.
Martin
, Phys. Rev. B
6
, 4546
(1972
).23.
J. P.
Perdew
and M.
Levy
, Phys. Rev. Lett.
51
, 1884
(1983
).24.
J.
Heyd
, G. E.
Scuseria
, and M.
Ernzerhof
, J. Chem. Phys.
118
, 8207
(2003
);25.
M. A.
Caro
, S.
Schulz
, and E. P.
O'Reilly
, Phys. Rev. B
86
, 014117
(2012
).26.
E. P.
O'Reilly
, A.
Lindsay
, P. J.
Klar
, A.
Polimeni
, and M.
Capizzi
, Semicond. Sci. Technol.
24
, 033001
(2009
).27.
A.
Lindsay
and E. P.
O'Reilly
, Solid State Commun.
118
, 313
(2001
).28.
G. F.
Koster
, J. O.
Dimmock
, R. G.
Wheeler
, and H.
Statz
, Properties of Thirty-Two Point Groups
(MIT Press
, Massachusetts
, 1969
).29.
W.
Shan
, W.
Walukiewicz
, J. W.
Ager
, E. E.
Haller
, J. F.
Geisz
, D. J.
Friedman
, J. N.
Olson
, and S. R.
Kurtz
, J. Appl. Phys.
86
, 2349
(1999
).30.
A.
Lindsay
and E. P.
O'Reilly
, Phys. Rev. Lett.
93
, 196402
(2004
).31.
A.
Lindsay
and E. P.
O'Reilly
, Solid State Commun.
112
, 443
(1999
).32.
I.
Gorczyca
, A.
Kaminska
, G.
Staszczak
, R.
Czernecki
, S. P.
Lepkowski
, T.
Suski
, H. P. D.
Schenk
, M.
Glauser
, R.
Butte
, J. F.
Carlin
, E.
Feltin
, N.
Grandjean
, N. E.
Christensen
, and A.
Svane
, Phys. Rev. B
81
, 235206
(2010
).© 2014 AIP Publishing LLC.
2014
AIP Publishing LLC
You do not currently have access to this content.