Codoping of p-type GaN nanowires with Mg and oxygen was investigated using first-principles calculations. The Mg becomes a deep acceptor in GaN nanowires with high ionization energy due to the quantum confinement. The ionization energy of Mg doped GaN nanowires containing passivated Mg–O complex decreases with increasing the diameter, and reduces to 300 meV as the diameter of the GaN nanowire is larger than 2.01 nm, which indicates that Mg–O codoping is suitable for achieving p-type GaN nanowires with larger diameters. The codoping method to reduce the ionization energy can be effectively used in other semiconductor nanostructures.

1.
S.
Strite
and
H.
Morkoç
,
J. Vac. Sci. Technol. B
10
,
1237
(
1992
).
2.
J. C.
Johnson
,
H. J.
Choi
,
K. P.
Knutsen
,
R. D.
Schaller
,
P. D.
Yang
, and
R. J.
Saykally
,
Nature Mater.
1
,
106
(
2002
).
3.
H.
Morkoç
,
S.
Strite
,
G. B.
Gao
,
M. E.
Lin
,
B.
Sverdlov
, and
M.
Burns
,
J. Appl. Phys.
76
,
1363
(
1994
).
4.
A.
Zunger
,
Appl. Phys. Lett.
83
,
57
(
2003
).
5.
Y. F.
Yan
,
J. B.
Li
,
S. H.
Wei
, and
M. M.
Al-Jassim
,
Phys. Rev. Lett.
98
,
135506
(
2007
).
6.
P.
Perlin
,
T.
Suski
,
H.
Teisseyre
,
M.
Leszczynski
,
I.
Grzegory
,
J.
Jun
,
S.
Porowski
,
P.
Boguslawski
,
J.
Bernholc
,
J. C.
Chervin
,
A.
Polian
, and
T. D.
Moustakas
,
Phys. Rev. Lett.
75
,
296
(
1995
).
7.
J.
Neugebauer
and
C. G.
Van de Walle
,
Phys. Rev. B
50
,
8067
(
1994
).
8.
T.
Suski
,
P.
Perlin
,
H.
Teisseyre
,
M.
Lesszcynski
,
I.
Grzegory
,
J.
Jun
,
M.
Bockowski
, and
S.
Porowski
,
Appl. Phys. Lett.
67
,
2188
(
1995
).
9.
S.
Nakamura
,
M.
Senoh
,
N.
Iwasa
,
S.
Nagahama
,
T.
Yamada
, and
T.
Mukai
,
Jpn. J. Appl. Phys., Part 2
34
,
L1332
(
1995
).
10.
T.
Tanaka
,
A.
Watanabe
,
H.
Amano
,
Y.
Kobayashi
, and
I.
Akasaki
,
Appl. Phys. Lett.
65
,
593
(
1994
).
11.
W.
Kim
,
A.
Salvador
,
A. E.
Botchkarev
,
O.
Akatas
,
S. M.
Mahammad
, and
H.
Morkoç
,
Appl. Phys. Lett.
69
,
559
(
1996
).
12.
W.
Kim
,
A. E.
Botchkarev
,
A.
Salvador
,
G.
Popovici
,
H.
Tang
, and
H.
Morkoç
,
J. Appl. Phys.
82
,
219
(
1997
).
13.
R. Y.
Korotkov
,
J. M.
Gregie
, and
B. W.
Wessels
,
Appl. Phys. Lett.
78
,
222
(
2001
).
14.
G.
Kipshidze
,
V.
Kuryatkov
,
B.
Borisov
,
Y.
Kudryavstsev
,
R.
Asomoza
,
S.
Nikishin
, and
H.
Temkin
,
Appl. Phys. Lett.
80
,
2910
(
2002
).
15.
P.
Ma
,
Y. Q.
Gai
,
J. X.
Wang
,
F. H.
Yang
,
Y. P.
Zeng
,
J. M.
Li
, and
J. B.
Li
,
Appl. Phys. Lett.
93
,
102112
(
2008
).
16.
X. F.
Duan
and
C. M.
Lieber
,
J. Am. Chem. Soc.
122
,
188
(
2000
).
17.
D. S.
Han
,
J.
Park
,
K. W.
Rhie
,
S.
Kim
, and
J.
Chang
,
Appl. Phys. Lett.
86
,
032506
(
2005
).
18.
X. H.
Chen
,
J.
Xu
,
R. M.
Wang
, and
D. P.
Yu
,
Adv. Mater.
15
,
419
(
2003
).
19.
J.
Goldberger
,
R. R.
He
,
Y. F.
Zhang
,
S.
Lee
,
H. Q.
Yan
,
H. J.
Choi
, and
P. D.
Yang
,
Nature (London)
422
,
599
(
2003
).
20.
S. C.
Hung
,
Y. K.
Su
,
S. J.
Chen
,
L. W.
Ji
,
T. H.
Fang
,
L. W.
Tu
, and
M.
Chen
,
Appl. Phys. A: Mater. Sci. Process.
80
,
1607
(
2005
).
21.
T.
Kuykendall
,
P. J.
Pauzauskie
,
Y. F.
Zhang
,
J.
Goldberger
,
D.
Sirbuly
,
J.
Denlinger
, and
P. D.
Yang
,
Nature Mater.
3
,
524
(
2004
).
22.
J.
Zhang
,
L. D.
Zhang
,
X. F.
Wang
,
C. H.
Liang
,
X. S.
Peng
, and
Y. W.
Wang
,
J. Chem. Phys.
115
,
5714
(
2001
).
23.
S. Y.
Bae
,
H. W.
Seo
,
J.
Park
,
H.
Yang
,
H.
Kim
, and
S.
Kim
,
Appl. Phys. Lett.
82
,
4564
(
2003
).
24.
T.
Kuykendall
,
P.
Pauzauskie
,
S.
Lee
,
Y. F.
Zhang
,
J.
Goldberger
, and
P. D.
Yang
,
Nano Lett.
3
,
1063
(
2003
).
25.
D. J.
Carter
,
J. D.
Gale
,
B.
Delley
, and
C.
Stampfl
,
Phys. Rev. B
77
,
115349
(
2008
).
26.
D. Q.
Fang
,
A. L.
Rosa
,
Th.
Frauenheim
, and
R. Q.
Zhang
,
Appl. Phys. Lett.
94
,
073116
(
2009
).
27.
A.
Gulans
and
I.
Tale
,
Phys. Status Solidi C
4
,
1197
(
2007
).
28.
Z. H.
Zhong
,
F.
Qian
,
D. L.
Wang
, and
C. M.
Liever
,
Nano Lett.
3
,
343
(
2003
).
29.
Y. S.
Park
,
J. H.
Na
,
R. A.
Taylor
,
C. M.
Park
,
K. H.
Lee
, and
T. W.
Kang
,
Nanotechnology
17
,
913
(
2006
).
30.
D. D.
Zhang
,
C. S.
Xue
,
H. Z.
Zhao
,
H. B.
Sun
,
Y. P.
Gao
,
Y. L.
Huang
,
Z. P.
Wang
, and
Y.
Wang
,
ChemPhysChem
10
,
571
(
2009
).
31.
F.
Furtmayr
,
M.
Vielemeyer
,
M.
Stutzmann
,
A.
Laufer
,
B. K.
Meyer
, and
M.
Eickhoff
,
J. Appl. Phys.
104
,
074309
(
2008
).
32.
G.
Kresse
and
D.
Jouber
,
Phys. Rev. B
59
,
1758
(
1999
).
33.
J. P.
Perdew
and
Y.
Wang
,
Phys. Rev. B
33
,
8800
(
1986
).
34.
G.
Kresse
and
J.
Furthmuller
,
Comput. Mater. Sci.
6
,
15
(
1996
).
35.
H. J.
Monkhorst
and
J. D.
Pack
,
Phys. Rev. B
16
,
1748
(
1977
).
36.
J.
Heyd
,
G. E.
Scuseria
, and
M.
Ernzerhof
,
J. Chem. Phys.
118
,
8207
(
2003
).
37.
J. E.
Northrup
and
J.
Neugebauer
,
Phys. Rev. B
53
,
R10477
(
1996
).
38.
Z. G.
Wang
,
X. T.
Zu
,
F.
Gao
, and
W. J.
Weber
,
J. Mater. Res.
22
,
742
(
2007
).
39.
J.
Li
and
L. W.
Wang
,
Phys. Rev. B
72
,
125325
(
2005
).
40.
41.
J.
Neugebauer
and
C. G.
Van de Walle
,
Appl. Phys. Lett.
68
,
1829
(
1996
).
You do not currently have access to this content.