Using hybrid functional calculations we investigate the effects of carbon on the electrical and optical properties of GaN. In contrast to the currently accepted view that C substituting for N (CN) is a shallow acceptor, we find that CN has an ionization energy of 0.90 eV. Our calculated absorption and emission lines also indicate that CN is a likely source for the yellow luminescence that is frequently observed in GaN, solving the longstanding puzzle of the nature of the C-related defect involved in yellow emission. Our results suggest that previous experimental data, analyzed under the assumption that CN acts as a shallow acceptor, should be re-examined.

1.
S.
Pimputkar
,
J. S.
Speck
,
S. P.
DenBaars
, and
S.
Nakamura
,
Nat. Photonics
3
,
180
(
2009
).
2.
U. K.
Mishra
,
P.
Parikh
, and
Y. F.
Wu
,
Proc. IEEE
90
,
1022
(
2002
).
3.
Gallium Nitride (GaN) I
,
Semiconductors and Semimetals
Vol.
50
, edited by
J. I.
Pankove
and
T. D.
Moustakas
(
Academic
,
San Diego
,
1998
);
Gallium Nitride (GaN) II
,
Semiconductors and Semimetals
Vol.
57
, edited by
J. I.
Pankove
and
T. D.
Moustakas
(
Academic
,
San Diego
,
1999
).
4.
E. R.
Glaser
,
W. E.
Carlos
,
G. C. B.
Braga
,
J. A.
Freitas
,
W. J.
Moore
,
B. V.
Shanabrook
,
A. E.
Wickenden
,
D. D.
Koleske
,
R. L.
Henry
,
M. W.
Bayerl
,
M. S.
Brandt
,
H.
Obloh
,
P.
Kozodoy
,
S. P.
DenBaars
,
U. K.
Mishra
,
S.
Nakamura
,
E.
Haus
,
J. S.
Speck
,
J. E.
Van Nostrand
,
M. A.
Sanchez
,
E.
Calleja
,
A. J.
Ptak
,
T. H.
Myers
, and
R. J.
Molnar
,
Mater. Sci. Eng., B
93
,
39
(
2002
).
5.
H.
Morkoç
,
Handbook of Nitride Semiconductors and Devices
(
Wiley
,
New York
,
2008
), Vol.
1–3
.
6.
C.
Poblenz
,
P.
Waltereit
,
S.
Rajan
,
S.
Heikman
,
U. K.
Mishra
, and
J. S.
Speck
,
J. Vac. Sci. Technol. B
22
,
1145
(
2004
).
7.
A.
Armstrong
,
A. R.
Arehart
,
B.
Moran
,
S. P.
DenBaars
,
U. K.
Mishra
,
J. S.
Speck
, and
S. A.
Ringel
,
Appl. Phys. Lett.
84
,
374
(
2004
).
8.
S.
Fischer
,
C.
Wetzel
,
E. E.
Haller
, and
B. K.
Meyer
,
Appl. Phys. Lett.
67
,
1298
(
1995
).
9.
J.
Neugebauer
and
C.
Van de Walle
,
Appl. Phys. Lett.
69
,
503
(
1996
).
10.
P.
Bogusławski
and
J.
Bernholc
,
Phys. Rev. B
56
,
9496
(
1997
).
11.
D. J.
As
and
U.
Köhler
,
J. Phys.: Condens. Matter
13
,
8923
(
2001
).
12.
C. H.
Seager
,
A. F.
Wright
,
J.
Yu
, and
W.
Götz
,
J. Appl. Phys.
92
,
6553
(
2002
).
13.
A.
Armstrong
,
A. R.
Arehart
,
D. S.
Green
,
U. K.
Mishra
,
J. S.
Speck
, and
S. A.
Ringel
,
J. Appl. Phys.
98
,
053704
(
2005
).
14.
D. S.
Green
,
U. K.
Mishra
, and
J. S.
Speck
,
J. Appl. Phys.
95
,
8456
(
2004
).
15.
A.
Armstrong
,
C.
Poblenz
,
D. S.
Green
,
U. K.
Mishra
,
J. S.
Speck
, and
S. A.
Ringel
,
Appl. Phys. Lett.
88
,
082114
(
2006
).
16.
M. A.
Reshchikov
and
H.
Morkoç
,
J. Appl. Phys.
97
,
061301
(
2005
).
17.
A. F.
Wright
,
J. Appl. Phys.
92
,
2575
(
2002
).
18.
V.
Fiorentini
,
L. F.
Bernardini
,
A.
Bosin
, and
D.
Vanderbilt
,
Proceedings of the 23rd International Conference on Physics of Semiconductors
(
World Scientific
,
Singapore
,
1996
), Vol.
4
, p.
2877
.
19.
T.
Ogino
and
M.
Aoki
,
Jpn. J. Appl. Phys.
19
,
2395
(
1980
).
20.
S. O.
Kucheyev
,
M.
Toth
,
M. R.
Phillips
,
J. S.
Williams
,
C.
Jagadish
, and
G.
Li
,
J. Appl. Phys.
91
,
5867
(
2002
).
21.
K.
Saarinen
,
T.
Laine
,
S.
Kuisma
,
J.
Nissilä
P.
Hautoj ärvi
,
L.
Dobrzynski
,
J. M.
Baranowski
,
K.
Pakula
,
R.
Stepniewski
,
M.
Wojdak
,
A.
Wysmolek
,
T.
Suski
,
M.
Leszczynski
,
I.
Grzegory
, and
S.
Porowski
Phys. Rev. Lett.
79
,
3030
(
1997
).
22.
R.
Armitage
,
W.
Hong
,
Y.
Qing
,
H.
Feick
,
J.
Gebauer
,
E. R.
Weber
,
S.
Hautakangas
, and
K.
Saarinen
,
Appl. Phys. Lett.
82
,
3457
(
2003
).
23.
A.
Sedhain
,
J.
Li
,
J. Y.
Lin
, and
H. X.
Jiang
,
Appl. Phys. Lett.
96
,
151902
(
2010
).
24.
F.
Reurings
and
F.
Tuomisto
,
Proc. SPIE
6473
,
64730M
(
2007
).
25.
R.
Zhang
and
T. F.
Kuech
,
Appl. Phys. Lett.
72
,
1611
(
1998
).
26.
L. E.
Ramos
,
J.
Furthmüller
,
J. R.
Leite
,
L. M. R.
Scolfaro
, and
F.
Bechstedt
,
Phys. Status Solidi B
234
,
864
(
2002
).
27.
T. A. G.
Eberlein
,
R.
Jones
,
S.
Öberg
, and
P. R.
Briddon
,
Appl. Phys. Lett.
91
,
132105
(
2007
).
28.
J. L.
Lyons
,
A.
Janotti
, and
C. G.
Van de Walle
,
Appl. Phys. Lett.
95
,
252105
(
2009
).
29.
W.
Kohn
and
L. J.
Sham
,
Phys. Rev.
140
,
A1133
(
1965
).
30.
J.
Heyd
,
G. E.
Scuseria
, and
M.
Ernzerhof
,
J. Chem. Phys.
118
,
8207
(
2003
).
31.
G.
Kresse
and
J.
Furthmüller
,
Phys. Rev. B
54
,
11169
(
1996
).
32.
J. P.
Perdew
,
K.
Burke
, and
M.
Ernzerhof
,
Phys. Rev. Lett.
77
,
3865
(
1996
).
33.
Semiconductors: Basic Data
, 2nd ed., edited by
O.
Madelung
(
Springer
,
Berlin
,
1996
).
34.
P. E.
Blöchl
,
Phys. Rev. B
50
,
17953
(
1994
).
35.
G.
Kresse
and
D.
Joubert
,
Phys. Rev. B
59
,
1758
(
1999
).
36.
C. G.
Van de Walle
and
J.
Neugebauer
,
J. Appl. Phys.
95
,
3851
(
2004
).
You do not currently have access to this content.