Phase diagram, structure, and electronic properties of (Ga1−xZnx)(N

相图 鞠躬 材料科学 电子结构 带隙 格子(音乐) 蒙特卡罗方法 凝聚态物理 统计物理学 相(物质) 物理 数学 量子力学 统计 哲学 神学 声学
作者
Li Li,James T. Muckerman,Mark S. Hybertsen,Philip B. Allen
出处
期刊:Physical Review B [American Physical Society]
卷期号:83 (13) 被引量:53
标识
DOI:10.1103/physrevb.83.134202
摘要

We construct an accurate cluster expansion for the (Ga${}_{1\ensuremath{-}x}$Zn${}_{x}$)(N${}_{1\ensuremath{-}x}$O${}_{x}$) solid solution, based on density functional theory (DFT). The subsequent Monte Carlo simulation reveals a phase diagram which has a wide miscibility gap and an $x=0.5$ ordered compound. The disordered phase displays strong short-range order (SRO) at synthesis temperatures. To study the influences of SRO on the lattice and electronic properties, we conduct DFT calculations on snapshots from the Monte Carlo simulation. Consistent with previous theoretical and experimental findings, lattice parameters were found to deviate from Vegard's law with small upward bowing. Bond lengths depend strongly on local environment, with a variation much larger than the difference of bond length between ZnO and GaN. The downward band gap bowing deviates from parabolic by having a more rapid onset of bowing at low and high concentrations. An overall bowing parameter of 3.3 eV is predicted from a quadratic fit to the compositional dependence of the calculated band gap. Our results indicate that SRO has significant influence over both structural and electronic properties.
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