Studi Emisi Spontan Fotodioda Galium Arsenida P-I-N Junction Pada Daerah Cahaya Tampak

Abstract

Fotodioda merupakan devais optoelektronik yang dapat mengkonversi energi cahaya (opto) menjadi energi listrik (elektronik). Fotodioda merupakan jenis dioda yang sangat sensitif terhadap cahaya, dimana resistansinya bergantung pada intensitas cahaya yang diterima. Semakin banyak intensitas cahaya yang di terima maka resistansi fotodioda semakin kecil, begitupun sebaliknya semakin sedikit intensitas cahaya yang masuk maka resistansinya akan semakin besar. Pada umumnya fotodioda terbuat dari bahan semikonduktor. Bahan yang sering digunakan yaitu bahan semikonduktor murni Silikon (Si) dan Germanium (Ge), kedua bahan tersebut tersedia melimpah di alam setelah Oksigen (O2). Bahan semikonduktor paduan lain juga digunakan seperti Galium Arsenida (GaAs). Sebagai bahan yang digunakan dalam pembuatan fotodioda, terdapat fenomena optik dan elektrik pada bahan semikonduktor yang dapat mempengaruhi daya hantar listrik akibat penyerapan gelombang elektromagnetik. Hamburan foton yang dihasilkan dari proses penyerapan cahaya dapat mempengaruhi transport elektron dan hole yaitu absorpsi dan emisi. Pada penelitian ini telah dilakukan simulasi peristiwa emisi spontan devais fotodioda GaAs untuk menggambarkan nilai daya maksimum foton terhambur yang dihasilkan akibat variasi panjang gelombang foton datang dari 445 nm hingga 875 nm. Devais dimodelkan ke dalam geometri 2 dimensi (5 μm x 1 μm). Selanjutnya yaitu pembuatan mesh pada geometri devais dengan distribusi banyaknya elemen yaitu 500. Solusi persamaan differensial parsial dari devais semikonduktor dihitung pada setiap elemen yaitu persamaan Poisson dan persamaan kontinuitas pembawa muatan. Selanjutnya, parameter input yang di variasikan yaitu nilai panjang gelombang foton datang pada devais. Hasil penelitian menggambarkan profil kurva emisi spontan dalam geometri 2D pada devais fotodioda GaAs, dimana kurva daya emisi spontan yang dihasilkan oleh GaAs untuk variasi panjang gelombang foton datang memiliki bentuk kurva yang sama hanya saja nilai maksimum daya emisi fotonnya berbeda. Pada seluruh foton datang dengan panjang gelombang dari (445-875) nm, tidak terjadi emisi foton dengan energi di bawah energi bandgap GaAs. Daya maksimum emisi spontan paling besar berada pada panjang gelombang 725 nm dengan energi foton terhambur 1,438 eV. Perhitungan nilai FWHM dilakukan untuk mendeteksi daerah energi foton terhambur yang dapat menghasilkan besarnya perubahan terkecil dari daya emisi spontan. Hasil perhitungan menunjukkan adanya 6 pengelompokan nilai FWHM, dimana setiap pengelompokan data memiliki bentuk yang sama yakni menurun secara linier ketika panjang gelombang foton datang semakin besar.