Kajian teoritis ragam polariton eksiton dalam bahan Semikonduktor Galium Nitrida (GaN)

YUNIANTO, Mohtar, Dr. Kamsul Abraha

2006 | Tesis | S2 Fisika

Telah dilakukan penelitian untuk menurunkan relasi dispersi ragam polariton eksiton dalam bahan semikonduktor uniaxial GaN yang bergeometri semi-takhingga, yang memiliki fungsi dielektrik yang tergantung pada frekuensi gelombang dan vektor gelombang e (q,w) sehingga muncul efek dispersi spasial didalamnya dengan arah perambatan tegak lurus sumbu mudah. Kajian teoritis terlebih dahulu dilakukan dengan menurunkan perumusan relasi dispersi. Relasi dispersi diperoleh melalui persamaan-persamaan Maxwell dan kemudian diterapkan syarat-syarat batas untuk komponen medan listrik dan magnetnya, dan selanjutnya analisa numerik digunakan untuk mendapatkan kurva dispersinya. Ditunjukkan bahwa polariton permukaan hanya merambat dalam ragam TM ( Transverse Magnetic ) dan bersifat resiprokal, dengan perubahan arah vektor gelombang tidak menyebabkan perubahan frekuensi atau q ( q) r r w( ) =w - . Sedangkan dalam ragam TE ( Transverse Electric ) tidak diperoleh Polariton permukaan tetapi hanya polariton bulk yang merambat dalam ragam ini. Ditunjukkan pula bahwa pada kurva relasi dispersi untuk bahan semikonduktor GaN yang mengalami dispersi spasial memiliki frekuensi resonansi yang lebih mendekati nilai frekuensi eksiton serta celah pita yang lebih sempit daripada yang tidak mengalami dispersi spasial. Perhitungan reflektivitas ATR menggunakan prisma ZnS ( p e = 5.616) menunjukkan bahwa polariton permukaan secara optimal dapat terdeteksi keberadaannya pada saat jarak antar prisma dan sampel mencapai nilai optimum sebesar 0.5 μm dan hasil yang diperoleh bersesuaian dengan relasi dispersi dalam sistem yang terkait.

The purpose of this research is to derive the dispersion relations for exciton polaritons in uniaxial Gallium Nitride semiconductor materials which have spatial dispersion effect inside, that is, dependence on frequency and wave vector of dielectric function e (q,w) . The direction of wave propagation is perpendicular to the easy axis. Theoretical studies start from derivating the dispersion relation . The dispersion relation is obtained through Maxwell equations and then the boundary conditions are applied on the components of electric and magnetic fields. Next, the dispersion curved are obtained numerically with suitable parameters for the Gallium Nitride (GaN). It has been shown that the surface polaritons only propagate in TM ( Transverse Magnetic ) mode and they are reciprocal in the sense that the change of wave vector direction does not cause the change of frequency q ( q) r r w( ) =w − . There is no surface polariton propagates in TE ( Transverse Electric ) mode, but only bulk polaritons can propagates in this mode. In GaN semiconductor, the relation dispersion curves with spatial dispersion effect show that the resonance frequency w is near to frequency of the uncoupled exciton 0 w and has a few stop band rather than without spatial dispersion effect. The Computation of ATR ( Attenuated Total Reflection ) using ZnS prism ( p e = 5.616) shows that the surface polaritons can be detected optimally when the distance between the prism and the sample reaches an optimum value of 0.5 μm, surface modes are also verified its spectra, which is in agreement with the related dispersion relations.

Kata Kunci : Eksiton,Semikonduktor GaN