Predicting polaronic defect states by means of generalized Koopmans density functional calculations

Physica Status Solidi (B) Basic Research

Volumn 248, Issue 5, 2011, Pages 1052-1060

  Lany, Stephan ^a  

^a NATIONAL RENEWABLE ENERGY LABORATORY   (United States)

Author keywords

Defects; Density functional theory; Hybrid functionals; Polarons

Indexed keywords

EID: 78651265758     PISSN: 03701972     EISSN: 15213951     Source Type: Journal    
DOI: 10.1002/pssb.201046274     Document Type: Article

References (89)

1. J. R. Woodyard, U.S. Patent No. 2, 530, 110 (filed June 2, 1944, awarded Nov. 14, 1950).
2. S. T. Pantelides (ed.), Deep Centers in Semiconductors: A State of the Art Approach ( Gordon and Breach, Yverdon, 1986).
3. O. F. Schirmer, J. Phys.: Condens. Matter 18, R667 (2006).
4. P. Hohenberg and W. Kohn, Phys. Rev. 136, B864 (1964).
5. W. Kohn and L. J. Sham, Phys. Rev. 140, A1133 (1965).
6. U. von Barth and L. Hedin, J. Phys. C 5, 1629 (1972).
7. D. M. Ceperley and B. J. Alder, Phys. Rev. Lett. 45, 566 (1980).
8. J. P. Perdew and A. Zunger, Phys. Rev. B 23, 5048 (1981).
9. C. Lee, W. Yang, and R. G. Parr, Phys. Rev. B 37, 785 (1988).
10. J. P. Perdew and Y. Wang, Phys. Rev. B 45, 13244 (1992).
11. J. P. Perdew, K. Burke, and M. Ernzerhof, Phys. Rev. Lett. 77, 3865 (1996).
12. M. C. M. O'Brien, Proc. R. Soc. Lond. A 231, 404 (1955).
13. J. Schneider and O. F. Schirmer, Z. Naturf. 18a, 20 (1963).
14. L. S. Vlasenko and G. D. Watkins, Phys. Rev. B 72, 035203 (2005).
15. X. J. Wang, L. S. Vlasenko, S. J. Pearton, W. M. Chen, and I. A. Buyanova, J. Phys. D, Appl. Phys. 42, 175411 (2009).
16. D. Y. Jeon, H. P. Gislason, and G. D. Watkins, Phys. Rev. B 48, 7872 (1993).
17. G. Pacchioni, F. Frigoli, D. Ricci, and J. A. Weil, Phys. Rev. B 63, 054102 (2000).
18. J. Lægsgaard and K. Stokbro, Phys. Rev. Lett. 86, 2834 (2001).
19. S. Lany and A. Zunger, Phys. Rev. B 80, 085202 (2009).
20. J. A. Chan, S. Lany, and A. Zunger, Phys. Rev. Lett. 103, 016404 (2009).
21. M. H. Du and S. B. Zhang, Phys. Rev. B 80, 115217 (2009).
22. A. Lichanot, C. Larrieu, C. Zicovich-Wilson, C. Roetti, R. Orlando, and R. Dovesi, J. Phys. Chem. Solids 59, 1119 (1998).
23. J. To, A. A. Sokol, S. A. French, N. Kaltsoyannis, and C. R. A. Catlow, J. Chem. Phys. 122, 144704 (2005).
24. A. Carvalho, A. Alkauskas, A. Pasquarello, A. K. Tagantsev, and N. Setter, Phys. Rev. B 80, 195205 (2009).
25. F. Gallino, C. Di Valentin, G. Pacchioni, M. Chiesa, and E. Giamello, J. Mater. Chem. 20, 689 (2010).
26. S. J. Clark, J. Robertson, S. Lany, and A. Zunger, Phys. Rev. B 81, 115311 (2010).
27. M. Nolan and G. W. Watson, J. Chem. Phys. 125, 144701 (2006).
28. I. S. Elfimov, A. Rusydi, S. I. Csiszar, Z. Hu, H. H. Hsieh, H.-J. Lin, C. T. Chen, R. Liang, and G. A. Sawatzky, Phys. Rev. Lett. 98, 137202 (2007).
29. B. J. Morgan and G. W. Watson, Phys. Rev. B 80, 233102 (2009).
30. D. O. Scanlon, A. Walsh, B. J. Morgan, M. Nolan, J. Fearon, and G. W. Watson, J. Phys. Chem. C 111, 7971 (2007).
31. M. d'Avezac, M. Calandra, and F. Mauri, Phys. Rev. B 71, 205210 (2005).
32. A. Droghetti, C. D. Pemmaraju, and S. Sanvito, Phys. Rev. B 78, 140404(R) (2008).
33. C. Kittel and A. H. Mitchell, Phys. Rev. 96, 1488 (1954).
34. J. M. Luttinger and W. Kohn, Phys. Rev. 97, 869 (1955).
35. M. G. Wardle, J. P. Goss, and P. R. Briddon, Phys. Rev. B 71, 155205 (2005).
36. C. H. Park, S. B. Zhang, and S. H. Wei, Phys. Rev. B 66, 073202 (2002).
37. O. F. Schirmer and D. Zwingel, Solid State Commun. 8, 1559 (1970).
38. B. K. Meyer, H. Alves, D. M. Hofmann, W. Kriegseis, D. Forster, F. Bertram, J. Christen, A. Hoffmann, M. Straßburg, M. Dworzak, U. Haboeck, and A. V. Rodina, Phys. Status Solidi B 241, 231 (2004).
39. A. D. Becke, J. Chem. Phys. 98, 1372 (1993); J. Chem. Phys. 98, 5648 (1993).
40. J. P. Perdew, M. Ernzerhof, and K. Burke, J. Chem. Phys. 105, 9982 (1996).
41. J. Heyd, G. E. Scuseria, and M. Ernzerhof, J. Chem. Phys. 118, 8207 (2003). A. V. Krukau, O. A. Vydrov, A. F. Izmaylov, G. E. Scuseria, J. Chem. Phys. 125, 224106 (2006).
42. J. P. Perdew, R. G. Parr, M. Levy, and J. L. Balduz, Jr., Phys. Rev. Lett. 49, 1691 (1982).
43. J. P. Perdew, A. Ruzsinszky, G. I. Csonka, O. A. Vydrov, G. E. Scuseria, V. N. Staroverov, and J. Tao, Phys. Rev. A 76, 040501(R) (2007).
44. P. Mori-Sánchez, A. J. Cohen, and W. Yang, Phys. Rev. Lett. 100, 146401 (2008).
45. J. C. Slater, Quantum Theory of Molecules and Solids, Vol. 4 ( McGraw-Hill, New York, 1974).
46. J. F. Janak, Phys. Rev. B 18, 7165 (1978).
47. J. P. Perdew and M. Levy, Phys. Rev. Lett. 51, 1884 (1983).
48. L. J. Sham and M. Schlüter, Phys. Rev. Lett. 51, 1888 (1983).
49. S. Lany and A. Zunger, Phys. Rev. B 78, 235104 (2008).
50. T. C. Koopmans, Physica 1, 104 (1934).
51. A. Zunger and A. J. Freeman, Phys. Rev. B 16, 2901 (1977).
52. V. I. Anisimov, I. V. Solovyev, M. A. Korotin, M. T. Czyzyk, and G. A. Sawatzky, Phys. Rev. B 48, 16929 (1993).
53. S. L. Dudarev, G. A. Botton, S. Y. Savrasov, C. J. Humphreys, and A. P. Sutton, Phys. Rev. B 57, 1505 (1998).
54. S. Lany and A. Zunger, Modelling Simul. Mater. Sci. Eng. 17, 084002 (2009).
55. S. Lany, H. Raebiger, and A. Zunger, Phys. Rev. B 77, 241201(R) (2008).
56. S. Lany and A. Zunger, Phys. Rev. B 81, 113201 (2010).
57. A. M. Stoneham, J. Gavartin, A. L. Shluger, A. V. Kimmel, D. Muñoz Ramo, H. M. Rønnow, G. Aeppli, and C. Renner, J. Phys.: Condens. Matter 19, 255208 (2007).
58. B. M. Bylander and L. Kleinman, Phys. Rev. B 41, 7868 (1990).
59. R. Asahi, W. Mannstadt, and A. J. Freeman, Phys. Rev. B 59, 7486 (1999).
60. J. Robertson, K. Xiong, and S. J. Clark, Thin Solid Films 496, 1 (2006).
61. C. H. Patterson, Phys. Rev. B 74, 144432 (2006).
62. A. Gali, T. Hornos, N. T. Son, E. Janzén, and W. J. Choyke, Phys. Rev. B 75, 045211 (2007).
63. F. Oba, A. Togo, I. Tanaka, J. Paier, and G. Kresse, Phys. Rev. B 77, 245202 (2008).
64. J. L. Lyons, A. Janotti, and C. G. Van de Walle, Appl. Phys. Lett. 95, 252105 (2009).
65. M. M. Islam, T. Bredow, and A. Gerson, Phys. Rev. B 76, 045217 (2007).
66. A. Stroppa and G. Kresse, Phys. Rev. B 79, 201201(R) (2009).
67. P. Deák, B. Aradi, T. Frauenheim, E. Janzén, and A. Gali, Phys. Rev. B 81, 153203 (2010).
68. S. Lany and A. Zunger, Phys. Rev. B 81, 205209 (2010).
69. M. D. McCluskey and S. J. Jokela, J. Appl. Phys. 106, 071101 (2009).
70. W. E. Carlos, E. R. Glaser, and D. C. Look, Phys. B 308-310, 976 (2001).
71. A. T. Brant, S. Yang, S. M. Evans, L. E. Halliburton, and N. C. Giles, Mater. Res. Soc. Fall meeting, abstract H10.46 (2009).
72. hs=0.
73. For the underlying DFA we used the gradient corrected exchange correlation potential of Ref. [11] and an on-site Coulomb interaction [53] for Zn-d with U=6eV, see Ref. [49]. The conduction band edge was shifted to reflect the experimental band gap.
74. A. Zeuner, H. Alves, D. M. Hofmann, B. K. Meyer, A. Hoffmann, U. Haboeck, M. Strassburg, and M. Dworzak, Phys. Status Solidi B 234, R7 (2002).
75. M. Pan, J. Nause, V. Rengarajan, R. Rondon, E. H. Park, and I. T. Ferguson, J. Electron. Mater. 36, 457 (2007).
76. W. Liu, S. L. Gu, J. D. Ye, S. M. Zhu, Y. X. Wu, Z. P. Shan, R. Zhang, Y. D. Zheng, S. F. Choy, G. Q. Lo, and X. W. Sun, J. Cryst. Growth 310, 3448 (2008).
77. M. Schirra, R. Schneider, A. Reiser, G. M. Prinz, M. Feneberg, J. Biskupek, U. Kaiser, C. E. Krill, K. Thonke, and R. Sauer, Phys. Rev. B 77, 125215 (2008).
78. S. Lany and A. Zunger, Phys. Rev. B 72, 035215 (2005).
79. The fact that the C3v point group symmetry of the wurtzite lattice sites is already lower than the Td symmetry plays practically no role for the present discussion. Analogous effects are observed also in the zincblende modification of ZnO [20].
80. S. Lany and A. Zunger, Phys. Rev. Lett. 93, 156404 (2004).
81. S. Lany and A. Zunger, J. Appl. Phys. 100, 113725 (2006).
82. S. Lany and A. Zunger, Appl. Phys. Lett. 96, 142114 (2010).
83. B. K. Meyer, N. Volbers, A. Zeuner, J. Sann, A. Hofmann, and U. Haboeck, Mater. Res. Soc. Symp. Proc. 891, 491 (2006).
84. B. K. Meyer, J. Stehr, A. Hofstaetter, N. Volbers, A. Zeuner, and J. Sann, Appl. Phys. A 88, 119 (2007).
85. B. Monemar, P. P. Paskov, G. Pozina, C. Hemmingsson, J. P. Bergman, T. Kawashima, H. Amano, I. Akasaki, T. Paskova, S. Figge, D. Hommel, and A. Usui, Phys. Rev. Lett. 102, 235501 (2009).
86. E. R. Glaser, W. E. Carlos, G. C. B. Braga, J. A. Freitas, Jr., W. J. Moore, B. V. Shanabrook, R. L. Henry, A. E. Wickenden, D. D. Koleske, H. Obloh, P. Kozodoy, S. P. DenBaars, and U. K. Mishra, Phys. Rev. B 65, 085312 (2002).
87. E. R. Glaser, M. Murthy, J. A. Freitas, Jr., D. F. Storm, L. Zhou, and D. J. Smith, Physica B 401-402, 327 (2007).
88. S. Nakamura, T. Mukai, M. Senoh, and N. Iwasa, Jpn. J. Appl. Phys. 31, L139 (1992).
89. N. Magnea, D. Bensahel, J. L. Pautrat, and J. C. Pfister, Phys. Status Solidi B 94, 627 (1979).