[論文レビュー] Comments on "Band gap and band parameters of InN and GaN from quasiparticle energy calculations based on exact-exchange density-functional theory" [Appl. Phys. Lett. 89, 161919 (2006)]

Diola Bagayoko, Lashounda Franklin+1 more|arXiv (Cornell University)|Feb 2, 2011

GaN-based semiconductor devices and materials被引用数 5

ひとこと要約

この論文は、2006年の論文で主張された密度汎関数理論（DFT）がInNおよびGaNの電子的性質を記述できないという主張に反論し、先行する局所密度近似（LDA）計算がバンドギャップおよび関連する性質を正しく予測していたと主張する。本研究では、発線型および立方晶InNおよび発線型GaNの自己無撞着LDA解が、以前の研究で正確に報告されていたことを示し、DFTがこれらの材料に対して根本的な限界を有するという主張を否定する。

ABSTRACT

An oversight of some previous density functional calculations of the band gaps of wurtzite and cubic InN and of wurtzite GaN by Rinke et al. [Appl. Phys. Lett. 89,161919, 2006] led to an inaccurate and misleading statement relative to limitations of density functional theory (DFT) for the description of electronic properties of these materials. These comments address this statement. In particular, they show that some local density approximation (LDA) calculations have correctly described or predicted electronic and related properties of these systems [Phys. Rev. B 60, 1563, 1999; J. Appl. Phys. 96, 4297, 2004, and 97, 123708, 2005]. These successful calculations solved self-consistently the system of equations defining LDA, i.e., the Kohn-Sham equation and the equation giving the ground state charge density in terms of the wave functions of the occupied states.

研究の動機と目的

• 2006年のAppl. Phys. Lett. 論文で主張されたDFTがInNおよびGaNに対して失敗するという誤解を是正すること。
• 発線型および立方晶InNおよび発線型GaNのバンドギャップおよび電子的性質が、以前のLDA計算によって正しく記述されていたことを強調すること。
• LDAにおけるKohn-Sham方程式および電荷密度方程式の自己無撞着解が、これらの材料に対して有効であることを強調すること。
• 過去の研究の誤った解釈に基づく、III族窒化物半導体に対してDFTが本質的に失敗するとする主張を反証すること。

提案手法

• Rinkeたちは2006年に発表した研究を分析し、先行するDFT研究の評価において重大な見過ごしを指摘する。
• 発線型および立方晶InNおよび発線型GaNにLDAを適用した3つの先行研究（Phys. Rev. B 60, 1563; J. Appl. Phys. 96, 4297; J. Appl. Phys. 97, 123708）をレビューし、引用する。
• これらの先行研究が、Kohn-Sham方程式の自己無撞着解を、占有状態の波動関数から得られる基底状態の電荷密度を含めて正しく実行していたことを検証する。
• 適切に実装されたLDAアプローチが、発線型および立方晶InNおよび発線型GaNの電子構造を正確に予測できることを示す。
• 結果の直接比較を通じて、先行LDAの結果と実験データとの一貫性を示す。
• 2006年の論文のDFTの限界に関する結論は、有効な先行LDA研究を十分に考慮していないため、根拠がないと主張する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 Rinkeたちは2006年に発表した研究で、LDAがInNおよびGaNのバンドギャップを予測する能力を正確に表現していたか？
• RQ2 発線型および立方晶InNおよび発線型GaNの電子的性質に関する以前のLDA計算は、自己無撞着に解かれており、物理的に意味を持っていたか？
• RQ3 一部のDFT手法の失敗が、III族窒化物半導体に対してDFTに根本的な限界があると示唆するのか？
• RQ4 LDAは、発線型および立方晶InNおよび発線型GaNのバンド構造を正確に記述できるか？
• RQ5 過去の研究に基づく、DFTがこれらの材料の電子的性質を記述できないという主張の妥当性は何か？

主な発見

• Rinkeたちは2006年に発表した研究で、先行するLDA研究を無視したため、DFTがInNおよびGaNに対して失敗すると誤って主張した。
• 発線型および立方晶InNおよび発線型GaNのLDA計算は、それらのバンドギャップおよび電子的性質を正しく予測していた。
• LDAにおけるKohn-Sham方程式および電荷密度方程式の自己無撞着解は、以前の研究で成功裏に達成されていた。
• 1999年のPhys. Rev. B、2004年のJ. Appl. Phys.、2005年のJ. Appl. Phys.の研究は、これらの材料の電子構造を正確に記述していた。
• DFTがこれらの系を記述できないという主張は根拠がなく、以前の正しいLDA実装と矛盾している。
• 本論文は、適切に適用されたLDAが、InNおよびGaNの電子的性質を予測する有効で正確な方法であると確認する。