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.

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
);
J.
Heyd
and
G. E.
Scuseria
,
J. Chem. Phys.
121
,
1187
(
2004
).
[PubMed]
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
).
You do not currently have access to this content.