BAB IV SEMIKONDUKTIVITAS - BABIV SEMIKONDUKTOR

BAB IV SEMIKONDUKTIVITAS

4.1. BAHAN SEMIKONDUKTOR

  Bahan-bahan yang mempunyai sifat semikonduktif umumnya memiliki konduktivitas listrik antara

  6

  4

  1

  1 − − −

  , dan celah energinya lebih kecil dari 6 eV. Bahan Semikonduktor dapat berupa bahan

  10 − 10 Ω m

  murni atau bahan paduan. Beberapa jenis bahan Semikonduktor dan nilai celah energinya diberikan pada tabel 4.1.

Tabel 4.1. Bahan Semikonduktor dan Nilai Celah Energinya. B a h a n Celah Energi (eV) B a h a n Celah Energi (eV) Golongan IV Golongan III-V

  Si 1,11 Ga As 1,40 Ge 0,67 Ga P 2,24

  Sn 0,08 Ga Sb 0,77 In As 0,33 In P 1,29 In Sb 1,16

  Golongan II-VI Golongan IV-VI

  CdS 2,40 Pb S 0,40 Zn Te 2,26

  • Zn S - Cd Te Cd Se -

  Selain bahan semikonduktor komersial yang ditunjukkan di atas, masih terdapat bahan semikonduktor lain yang oleh karena masalah teknis sintesisnya dan juga masih dalam taraf penelitian dan pengembangan, bahan tersebut belum dipakai secara luas. Bahan-bahan yang bersangkutan adalah bahan semikonduktor oksida dan bahan polimer. Contoh bahan oksida antara lain : CuO, ZnO, Ag O, PbO, Fe O , SnO dan seterusnya,

  2

  2

  3

  sedangkan contoh bahan polimer misalnya : poliasetilen, polipirol, politiofen, polianilin dan polimer konduktif sejenisnya.

  Ditinjau dari jenis pembawa muatan yang menghantarkan listrik di dalamnya, bahan semikonduktor dapat dibedakan menjadi bahan semikonduktor intrinsik dan ekstrinsik. Bahan semikonduktor intrinsik merupakan bahan semikonduktor yang tidak mengandung atom-atom takmurnian (impuritas), sehingga hantaran listrik yang terjadi pada bahan tersebut adalah elektron dan lubang (hole). Sedangkan pada bahan semikonduktor ekstrinsik, karena mengandung atom-atom pengotor, pembawa muatan didominasi oleh elektron saja atau lubang

4.2. SEMIKONDUKTOR INTRINSIK

  Dalam pembahasan ini akan diambil contoh bahan semikonduktor silikon ( Si), meskipun demikian

  14

  2

  • – uraian serupa juga akan berlaku bagi bahan semikonduktor lainnya. Silikon memiliki konfigurasi elektron : 1s

  2

  6

  2

  2

  2

  2

  2

  2

  2s – 2p – 3s – 3p . Ini berarti orbital valensi bagi silikon adalah 3s – 3p atau disingkat s p . Dalam

  2

  2

  3

  pembentukan kristal silikon, atom-atom silikon mengalami Hibridisasi orbitan valensi dari s p menjadi sp ; yaitu

  3

  sebuah elektron pada orbital S dipromosikan ke orbital P, sehingga sering disebut hibridisasi sp . Dengan orbital

  3

  hibrida sp , atom-atom silikon berikatan kovalen satu sama lain dengan bilangan koordinasi empat, artinya setiap atom silikon dikelilingi oleh empat buah atom silikon tetangga terdekat. Keadaan ini menghasilkan kristal yang berstruktur intan (bangun tetrahedral); lihat kembali Bab I tentang struktur intan.

  o

  Pada gambar 4.1. disajikan gambar kristal silikon dalam dua-dimensi. Pada suhu O K, semua elektron menempati orbital-orbital ikatan dalam keadaan terikat. Susunan ini memberikan keadaan struktur pita energi sebagai berikut : Pita Valensi terisi penuh elektron dan Pita Konduksi kosong, sehingga pada bahan semikonduktor tidak terjadi aliran arus listrik meskipun dikenakan medan listrik padanya.

  Pita Konduksi E

  c

  Celah E

  F

  Pita elektron E

  v

  Pita Valensi a.

  b. Teras atom silikon Gambar 4.1. Kristal silikon dua-dimensi (a), dan struktur pita energinya (b).

  o

  Pada suhu yang lebih tinggi, misalnya pada suhu ruang (300 K), sebagian elektron di pita valensi memiliki energi yang cukup untuk bertransisi ke pita konduksi. Hasilnya, terdapat elektron pada pita konduksi dan tercipta lubang pada pita valensi. Terciptanya lubang ini oleh karena terbentuk kekosongan (muatan) sebagai akibat transisi elektron antar pita, dari valensi ke konduksi. Baik elektron pada pita konduksi maupun lubang pada pita valensi dapat bergerak bila pada semikonduktor tersebut diberikan medan listrik. Dengan kata lain, dalam keadaan intrinsik ini (tanpa pengotor) aliran listrik dalam semikonduktor dihantarkan oleh elektron dan lubang. menggambarkan mudah tidaknya (kelincahan) gerak pembawa muatan (elektron, lubang) karena adanya

  µ ( )

  medan listrik. Jika pembawa muatan mengalami medan listrik dengan kuat medan E, maka pembawa muatan bergerak dengan kecepatan alir V menurut hubungan :

  d

  (4.1)

  V = µ E d

  2 -1 -1

  adalah mobilitas listrik dengan satuan (SI) m volt det . Jika dihubungkan dengan rapat arus listrik :

  µ J = ne v d

  = ne E µ

  (4.2)

  ne E = µ

  ( )

  dan ungkapan terakhir ini dibandingkan dengan hukum Ohm :

  J = σ E

  maka diperoleh rumusan konduktivitas listrik dalam hubungannya dengan mobilitas :

  = ne (4.3) σ µ

  Selanjutnya, karena

  2 ne τ

  σ = ∗ m

  maka :

  e τ

  (4.4)

  µ = ∗ m

  diperoleh ungkapan eksplisit mobilitas dalam kaitannya dengan besaran mikroskopik lainnya (m* dan τ ). Di sini jelas bahwa mobilitas berbanding terbalik dengan massa efektif pembawa muatan, artinya bila pembawa muatan besar nilai mobilitas kecil, yang menunjukkan pembawa muatan “tidak lincah”, begitu sebaliknya. Untuk selanjutnya, mobilitas listrik ini digunakan untuk merumuskan hantaran listrik dalam semikonduktor intrinsik.

  Konduktivitas listrik bahan semikonduktor intrinsik dapat dituliskan sebagai berikut :

  σ σ = σ e h

  • (4.5)

  dengan masing-masing menunjukkan konduktivitas oleh elektron dan lubang (hole), yang memiliki

  σ dan σ e h

  bentuk : e muatan/lubang, n dan n menyatakan konsentrasi elektron dan lubang, serta dan menunjukkan

  e h µ e µ h mobilitas elektron dan lubang.

  Konsentrasi elektron dan lubang dapat ditentukan berdasarkan perumusan dasar umum yang merupakan penerapan teori elektron bebas kuantum :

  ∞

  (4.7)

  n = f E g E d E ( ) ( )

  ∫ −∞

  f(E) adalah fungsi distribusi Fermi - Dirac dan g(E) adalah rapat keadaan elektron/lubang. Dengan menggunakan persamaan (3.22) dan (3.38) serta menerapkan struktur pita seperti pada gambar 4.1.b., akan didapatkan konsentrasi elektron (n ) dan lubang (n ) sebagai berikut :

  e n 3 2  

  • 2 m k T E E / k T

  

π − −

e B ( ) c F B n = 2 e e  

  2 h

    3 (4.8) 2   2 m k T E E / k T

  • h B ( ) F v B

  

π − −

  n = 2 e h  

  2 h

   

  dengan m * dan m * adalah massa efektif elektron dan lubang, dan E , E serta E berturut-turut menyatakan

  e h c v F

  tingkat energi dasar pita konduktif, tingkat energi puncak pita valensi, dan tingkat energi Fermi dalam struktur pita.

  Selanjutnya, dapat didefinisikan konsentrasi pembawa muatan intrinsik, atau sering disebut konsentrasi intrinsik (n ) menurut pengungkapan :

  i 3 2

   

  2 3 m m E E / k T

  3 3 e h − − ( c v ) B

  (4.9)

  n = n n = 32 π k T e i e h B  

  4 h

   

  atau dapat ditulis : 3 E E /

  2 k T 2 c v B − ( − ) n = CT e (4.10) i

  dengan : 3 4 3 * * 2 e hm m

  C 32 k (4.11) = π  

  ( B )

  4 h

   

  Besarnya celah energi :

  3 Eg / 2 k T 2 B

  (4.13)

  n = CT e i

  Kembali pada perumusan konduktivitas listrik semikonduktif intrinsik di atas, dan dengan menggunakan persamaan-persamaan tersebut dapat diungkapkan :

  σ σ = σ + e h

  (4.14)

  

= µ µ

e e h h

  • +

    en en

  untuk semikonduktor intrinsik : n = n (4.15)

  e h

  dan sebagai akibatnya :

  1 E ≅ ( EE ) F c v

  2

  (4.16)

  1Eg

2 Dengan ini persamaan (4.14.) menjadi :

  • 3 (4.17)

  = en σ e µ µ h

e

  ( )

  2 k T 2 B − = C T e

µ µ

e ( e h )

  • Eg /

  dalam selang suhu yang tidak besar di sekitar suhu ruang persamaan (4.17) dapat didekati dengan :

  Eg / 2 k T

B

  (4.18)

  ≈ e σ σ o

  suatu tetapan yang berubah “relatif lambat” terhadap suhu dibandingkan faktor exp (-Eg / k T). Dari

  σ B o

  persamaan terakhir jelas bahwa konduktivitas listrik akan meningkat dengan meningkatnya suhu, dan inilah salah satu ciri bahan semikonduktor.

4.3. SEMIKONDUKTOR EKSTRINSIK

  Berbeda dengan semikonduktor intrinsik, pada semikonduktor ekstrinsik jenis pembawa muatan hanya salah satu saja yang dominan, elektron atau lubang. Semikonduktor ekstrinsik dengan pembawa muatan mayoritas elektron disebut semikonduktor tipe-n, dan sebaliknya disebut semikonduktor tipe-p.

4.3.1. Semikonduktor Tipe-n

  Pada semikonduktor tipe ini, bahwa intrinsik seperti silikon memerlukan takmurnian atom yang mempunyai elektron vatensi lebih dari empat. Ini dimaksudkan ada elektron sisa dalam membentuk ikatan dan dengan demikian elektron tersebut dapat berkonduksi (menjadi elektron bebas). Atom-atom pengatur dalam hal ini sering dipakai posfor ( ρ) atau arsen (As) yang bervalensi lima dalam konsentrasi berorde ppm (= part per million / bagian dalam sejuta). Pada gambar 4.2. ditunjukkan kristal silikon dengan takmurnian serta pita energinya.

  • yang merupakan elektron kelima dari setiap atom donor (pemberi elektron). Bila atom donor terionisasi (P atau
  • As ), elektron bertransisi dari tingkat donor ke pita konduksi. Di pihak lain, transisi dari pita valensi tetap terjadi meskipun dalam intensitas yang kecil.

  Pita Konduksi E

  c

  elektron E

  D

  E

  F

  donor E

  v

  Pita Valensi atom donor a.

  b. (takmurnian)

Gambar 4.2. Kristal Silikon dengan takmurnian posfor atau arsen (a), dan pita energinya (b).

  Meskipun jumlahnya lebih sedikit transisi ini menghasilkan lubang pada pita valensi. Sementara itu, pada pita konduksi terdapat elektron yang jumlahnya jauh lebih banyak. Dengan demikian dapat dikatakan bahwa dalam semikonduktor tipe-n, elektron sebagai pembawa muatan mayoritas sedangkan lubang merupakan pembawa muatan minoritas.

  Dalam keadaan atom-atom donor telah terionisasi seluruhnya, konsentrasi pembawa muatan : (4.19)

  nN e D

  dengan N adalah konsentrasi atom donor, dan konduktivitas listriknya :

  D

  (4.20)

  σ ≈ eN µ D e

4.3.2. Semikonduktor Tipe-p

  Kebalikan dari semikonduktor tipe-n, pada semikonduktor tipe-p atom-atom yang ditambahkan sebagai takmurnian adalah atom dengan valensi yang lebih kecil dari empat. Pada gambar 4.3. ditunjukkan kristal silikon yang mengandung atom takmurnian bervalensi tiga (boron, galium), dan struktur pita yang dihasilkannya.

  Pita Konduksi E

  c

  E

  F

  E

  A

  E

  v

  Pita Valensi Lubang Atom Akseptor (impuritas) a.

  b.

Gambar 4.3. Kristal silikon dengan takmurnian boron dan atau galium (a), dan struktur pitanya (b).

  Energi Fermi bergeser mendekati ke pita valensi karena munculnya tingkat energi akseptor (E ).

  A

  Tingkat ini muncul oleh karena adanya kekurangan elektron pada atom impuritas. Bila atom impuritas terionisasi, atom ini akan mendapatkan elektron dari elektron-elektron terikat pada pita valensi. Oleh karena itu atom impuritas disebut atom akseptor (penerima elektron). Elektron yang bertransisi ketingkat akseptor meninggalkan lubang pada pita valensi. Seperti halnya pada semikonduktor tipe-n, elektron juga mungkin bertransisi ke pita konduksi meskipun dengan probabilitas yang lebih kecil. Dengan mekanisme ini dihasilkan elektron bebas pada pita konduksi dalam jumlah yang jauh lebih kecil dari pada jumlah lubang pada pita valensi. Jadi, dalam semikonduktor tipe-p, pembawa muatan mayoritas adalah lubang dan pembawa muatan minoritas adalah elektron.

  Bila atom-atom akseptor terionisasi, tingkat akseptor terisi elektron. Dan bila ionisasi maksimum, artinya seluruh atom terionisasi maka konsentrasi lubang :

  n N (4.21) ≈ h A

  N A adalah konsentarsi atom akseptor, dan konduktivitas yang dihasilkannya : (4.22)

  ≈ e Ν σ µ h Α

  Pada suhu yang bertambah terus, semikonduktor ekstrinsik baik tipe-n maupun tipe-p akan berubah menjadi semikonduktor intrinsik. Hal ini dimungkinkan karena bila suhu meningkat akan terjadi transisi elektron dari pita valensi ke pita konduksi yang terus-menerus. Akibatnya, konsentrasi intrinsik (n ) akan melebihi

  i n

  e

  ekstrinsik intrinsik N

  D

  T n

  h

  N

  A

  T Gambar 4.4. Konsentrasi pembawa muatan sebagai fungsi suhu.

4.4. PIRANTI SEMIKONDUKTOR

4.4.1. Dioda : Sambungan p-n

  Sambungan antara semikonduktor tipe-p dan tipe-n dapat dibuat dengan berbagai teknik. Pada dasarnya, keping silikon didifusi dengan atom-atom pengatur dalam fasa gas dari kedua sisi masing-masing untuk setiap tipe semikonduktor. Distribusi atom pengatur sebagai fungsi jarak dalam bahan semikonduktor ditunjukkan pada gambar 4.5. p n

  N

  A

  N

  D

  x

Gambar 4.5. Distribusi konsentrasi atom-atom takmurnian dalam bahan sambungan tipe p dan n.

  Struktur pita energi bahan sambungan adalah gabungan antara pita energi bahan tipe-n (gambar 4.2) dan gambar bahan tipa-p (gambar 4.3). Penyambungan ini terjadi dengan prinsip bahwa tingkat Fermi (E ) haruslah

  F atau energi potensial sambungan . Pemberian bias tegangan pada ujung-ujung bahan sambungan akan

  φ e φ ( ) ( ) meningkatkan atau menurunkan energi potensial sambungan, bergantung arah tegangan bias yang diberikan.

  E cp e

  φ E cn

  E

  F

  E

  vp daerah n daerah p

  daerah sambungan

Gambar 4.6. Struktur pita energi daerah sambungan p-n

  Lihat gambar 4.7., tegangan maju akan menurunkan energi potensial sambungan, sehingga arus listrik (pembawa muatan) dapat menyeberang sambungan. Sebaliknya, untuk tengangan mundur, energi potensial sambungan bertambah. Akibatnya, pembawa muatan tidak dapat menyeberang sambungan, arus listrik sulit mengalir. Berdasarkan sifat inilah sambungan p-n berfungsi sebagai penyearah arus (dioda).

  Sambungan p-n sebagai dioda memiliki karakteristik hubungan arus (I) dan tegangan (V) seperti pada gambar 4.8., menurut persamaan :

  eV k T / B

  (4.23)

  Ι

V = Ι e

  1 o

  ( ) ( )

  I adalah kebocoran yang menerobos potensial sambungan pada saat tegangan mundur (V<0), e muatan elektron,

  o

  dan T suhu dioda. Dari persamaan dioda ini dapat dirumuskan hambatan-dalam dioda (r ) menurut ungkapan :

  d 1 d V ( ) Ι

  = r dv d

  (4.24)

  e

Ι eV k T /

o B

e

  = k Τ

  B

  Tampak bahwa hambatan-dalam dioda ini tidak bernilai tetap, melainkan berubah menurut tegangan yang diberikan.

  V V p p p p

  p

  n n A A e( φ-V) e( φ+V)

   a.

  b.

Gambar 4.7. Pemberian bias tegangan dan pita energi untuk :

  a. tegangan maju b. tegangan mundur.

  I I

  V I

  o a.

  b.

Gambar 4.8. a. Karakteristik arus (I) - tegangan (V) dioda b. simbol dioda dalam rangkaian.

  Berikut akan ditinjau daerah sambungan. Dalam masing-masing bahan, tipe-p dan tipe-n, distribusi muatan yang dikandungnya terdiri dari muatan positif bebas dan ion negatif statik dalam tipe-p, dan muatan negatif bebas serta ion positif statik dalam bahan tipe-n. Tepat pada daerah sambungan dan sekitarnya, terjadi difusi muatan bebas : elektron nenuju tipe-p dan lubang menuju tipe-n. Peristiwa difusi tersebut disertai terjadinya rekombinasi, yaitu penggabungan elektron dan lubang lalu lenyap. Dengan rekombinasi ini, di sekitar daerah sambungan tidak ada lagi muatan-muatan bebas, dan yang tertinggal hanyalah ion-ion statik; yaitu ion-ion sisi yang lain, maka timbul medan listrik pada daerah deplesi tersebut dan ini dapat dipandang sebagai sebuah keping sejajar. Dengan demikian daerah deplesi memiliki nilai kapasitansi. Ilustrasi lapisan deplesi ditunjukkan pada gambar 4.9.

  Perhatikan kembali karakteristik arus-tegangan (I-V) dioda terutama dalam keadaan tegangan mundur (gambar 4.8a). Pada V<0, berapapun nilai V besarnya arus yang mengalir tetap I . Apakah arus ini akan tetap I meskipun nilai V terus diperbesar ke arah negatif ? Apabila beda tegangan mundur telah mencapai nilai tertentu; elektron-elektron bebas pada tipe-n mempunyai energi kinetik cukup besar yang mampu menumbuk ke luar elektron-elektron valensi menjadi elektron bebas..

  Tipe-p Tipe-n

  a.

  Atom-atom Atom-atom Akseptor Donor a.

  b. elektron

  Lubang c.

  E d.

  Í Lapisan deplesi

Gambar 4.9. Karakteristik daerah sambungan p-n :

  a. Skema sambungan p-n

  b. Kandungan muatan bebas dan ion-ion dalam setiap tipe bahan

  c. Muatan bebas berdifusi dan berekombinasi di daerah muatan dari ion-ion statik atom- atom donor dan akseptor d. Lapisan deplesi yang terbentuk dan arah medan listrik (E) yang dihasilkannya. orbital teras (kulit-penuh) inti elektron bebas valensi

  I V

  br

  (c) Terpental (elektron sekunder)

  Elektron sekunder Lubang sekunder

  Pita valensi

  Pita konduksi

  (a) (b) o

  V Gambar 4.10. a. Elektron bebas yang dipercepat menumbuk elektron valensi atom- atom di daerah sambungan, menghasilkan elektron sekunder Elektron ini disebut elektron sekunder, untuk membedakan dengan elektron bebas yang memang sudah ada sebelumnya (gambar 4.10a). Elektron sekunder yang menuju pita konduksi (menjadi elektron bebas) meninggalkan lubang sekunder pada pita valensi dalam struktur pita energinya (gambar 4.10b). Dengan terciptanya pembawa muatan sekunder ini akan meningkatkan arus listrik dalam dioda pada keadaan tegangan mundur. Keadaan ini memberikan karakteristik I-V seperti pada gambar 4.10c. Tegangan yang menyebabkan keadaan ini terjadi disebut tegangan “break-down” (V ). Atau disebut juga tegangan “peak-inverse-voltage”

  

br

(V ). Dioda yang dibuat dengan nilai V tertentu disebut dioda zener. piv br

4.4.2. Dioda Terowongan

  Dioda terowongan (tunneling dioda) dibuat berdasarkan mekanisme terowongan/terobosan elektron melalui potensial penghalangan (kontak sambungan) pada daerah sambungan. Elektron dengan energi kinetik tertentu memiliki kemungkinan menerobos potensial penghalang yang “tingginya” φ dan “lebarnya” d meskipun energinya E<e φ, seperti pada gambar 4.11. elektron E e φ d

Gambar 4.11. Elektron dengan energi E memiliki kemungkinan menerobos penghalang e φ, meskipun E<eφ.

  Ukuran potensial penghalang dapat dirumuskan sebagai berikut : (4.25)

    k T N N

  B A D   ln

  φ =

  2   e n i

    1 2 (4.26)  2

  εε 

  1 1

  d = φ     e N N

  • o

  A D dengan N , N dan n adalah konsentrasi atom akseptor, konsentrasi atom donor dan konsentrasi pembawa

  A D i

  muatan intrinsik. Sedangkan ε dan ε adalah permitivitas listrik bahan semikonduktor dan ruang hampa. Sebagai

  o 19 -3 12 -3 o

  contoh, untuk bahan germanium (Ge) dengan N = N = 10 cm dan n = 10 cm , pada suhu ruang (300 K)

  A D i memberikan φ = 0,805 volt dan d = 120 angstrom.

  Dioda terowongan mempunyai karakteristik arus-tegangan (I-V) seperti pada gambar 4.12. Efek terowongan terjadi pada daerah tegangan 0&lt;V&lt;V dan V&lt;0. Sedangkan pada V&gt;V terjadi peristiwa difusi.

  2

  2 Mekanisme terobosan dan difusi sehingga menghasilkan kurva I-V seperti pada gambar 4.12 ditunjukkan pada gambar 4.13.

  I I

1 I

  2

  o

  V V

  V

  1

  2 Gambar 4.12. Karakteristik arus-tegangan dioda terowongan.

  E c E F Í

  V &lt;V&lt;V

  1

  2 V = 0

  Terobosan E

  V V &gt; V

  2 Í

  Difusi 0&lt;V&lt;V

1 Terobosan

  Í

  V = V

1 V < 0

  Terobosan Terobosan

  4.4.3. Dioda Varaktor

  Varaktor adalah singkatan dari variabel reaktor, maksudnya bahwa dioda ini dapat berfungsi pembangkit tegangan bolak-balik dengan frekuensi yang dapat diatur (variabel). Dalam rangkaian, dioda varaktor biasanya dihubungankan dengan induktor (kuparan) dengan induktansi L, dan bila tegangan yang diberikan V maka frekuensi yang dihasilkan : 1 2

  1 εε 

  (4.27)

  f = φ

  • o

  

V

( )

    4 eN L π o dengan N = /N -N /. Jadi, ferkuensi gelombang listrik dalam rangkaian dikendalikan oleh tegangan dioda (V). o A D Dioda varaktor banyak digunakan sebagai modulator frekuensi, penstabil osilator dan konverter frekuensi.

  4.4.4. Dioda Gunn

  Dioda gunn dibuat berdasar efek gunn (J.B. gunn, 1963). Dioda ini beroperasi pada daerah berkonduktansi negatif (NDDC : negatif difference conductance) dalam kurva I-V seperti pada gambar 4.14. Penggunaannya antara lain untuk amplifier, osilator dan rangkaian lainnya. Sebagai osilator, dioda gunn dapat menghasilkan gelombang elektro magnet dalam daerah gelombang mikro (microwave); dengan frekuensi yang bergantung dimensi dioda (gambar 4.15).

  I I

  amb

  NDC

  V V

  ambang Gambar 4.14. Kurva I-V dioda Gunn.

  f (GH )

  z

  10 GaAs

  3

  n

  1 L

  • 2

  L (x10 cm)

  0,3

  1 3 10 30

4.4.5. Dioda Laser

  Proses pembangkit laser pada semikonduktor pada dasarnya adalah transisi elektron dari pita konduksi ke pita valensi dan diserai dengan radiasi gelombang elektro-magnet (laser). Perhatikan gambar 4.16, Suatu bahan sambungan dengan masing-masing tipe diberi takmurnian yang konsentrasinya besar. h ν h ν daerah-p daerah-n

  Daerah aktif

Gambar 4.16. Sambungan p-n yang menghasilkan emisi laser

  Transisi elektron akan terjadi bila dipicu oleh sinyal listrik (elektron) dan diikuti oleh transisi elektron-elektron lain yang ada di pita konduksi sehingga terjadi mekanisme penguatan. Dengan kata lain, transisi antar pita ini menimbulkan radiasi gelombang elektromagnet yang diperkuat (laser).

  Untuk menjaga agar transisi yang menghasilkan laser terus berlangsung maka harus diberikan elektron dari arah kanan (pita konduksi tipe-n) dan lubang dari arah kiri (pita valensi tipe-p). Aliran elektron dan lubang ke daerah sambungan ini dilakukan oleh rangkaian luar yang dipasang. Laser terpancar dari daerah aktif (sambungan) seperti pada gambar 4.17. Sedangkan daerah panjang gelombang laser yang dihasilkan bergantung pada bahan semikonduktor yang dipakai, lihat tabel 4.2.

Tabel 4.2. Beberapa bahan semikonduktor laser dan panjang gelombang laser yang dihasilkan. BAHAN BAHAN

  λ (Angstrom) λ (Angstrom) ZnS 3200 InP 9000 CdS 4900 GaSb 15.000

  CdSe 6800 InSb 52.000 CdTe 7800 pbS 42.000

  Ga (As Px) 8800 pbTe 65.000

  1-x

  GaAs 8400