Perpustakaan Digital ITB

Efisiensi energi dan energi terbarukan merupakan topik yang sangat menarik untuk diteliti seiring dengan meningkatnya kebutuhan energi global. Penelitian ini dimotivasi oleh isu efisiensi energi penerangan mengingat penerangan menjadi salah satu kebutuhan energi terbesar. Light emitting diode (LED) terus dikembangkan untuk mendapatkan efisiensi dan warna yang optimal sebagai sumber penerangan. Semikonduktor golongan III-Nitride seperti GaN sangat menarik bagi peneliti karena sifat celah pita energi yang lebar dan langsung (direct wide band gap). GaN yang didoping oleh rare earth (RE) memiliki karakteristik emisi optis unik yaitu rentang emisi cahaya penuh. Simulasi untuk mempelajari struktur elektronik, geometri kristal dan sifat optis dari material semikonduktor GaN dan GaN:RE (RE 12.5%) dilakukan dalam penelitian ini. Sebagai tambahan, sifat magnetik juga sedikit disinggung untuk melengkapi karakteristik material. Simulasi ini menggunakan program Phase/0 yang berbasis density functional theory dan pseudopotential. Diawali dengan optimasi struktur unitsel wurtzite GaN yang merupakan struktur paling stabil. Selanjutnya dilakukan ekspansi supersel 2x2x2 dan substitusi Ga dengan beberapa RE (Eu,Er,Tm). Hasil kalkulasi menunjukkan celah pita energi GaN murni sebesar 2.61 eV dengan celah pita langsung (direct band-gap) dan distribusi spin simetri sehingga momen magnetik saling meniadakan. Pada GaN:RE (Eu,Er,Tm) ditemukan penambahan pita energi impuritas di sekitar level fermi yang lebih dekat dengan level valensi sehingga tergolong semikonduktor tipe-p. Distribusi sebaran spin ditemukan tidak simetri sehingga GaN:RE menunjukkan sifat magnetik. Berdasarkan DOS, GaN:RE (Eu,Er,Tm) menjadi sebuah material semikonduktor tipe-p magnetik. Dimensi atom RE yang lebih besar dibandingkan atom Ga menjadikan susunan kristal terekspansi. Pada GaN:RE dengan konsentrasi RE sebesar 12.5%ditemukan bahwa celah pita energi terlalu sempit sehingga menghasilkan emisi cahaya di sekitar inframerah. Berdasarkan hal ini maka direkomendasikan GaN:RE dengan konsentrasi lebih rendah sebagai aplikasinya dalam LED-putih.