149-133 : 2019ุ 2ุ ุงูุนุฏุฏ 28ุงูู ุฌูุฏ ู ุฌูุฉ ุงูุชุฑุจูุฉ ูุงูุนูู ุ
133
Design of ZnO Nanowire Laser Single Mode and Study Its Properties
Rafid A. Abdulla Ahmed A. Ahmed
Biophysics Dept., Science College Physics Dept., Education College
University of Mosul, Mosul, Iraq University of Mosul, Mosul, Iraq
Accepted
Received
04/07/2018 05/04/2018
Abstract
Designing of single-mode ZnO nanowire laser has been achieved. Studying its
properties has also been considered. Analysis of single-mode rate equations indicates
that the laser has threshold current of 53 mA, the output power of 30 mW at bias
current of 70 mA and the slope efficiency around 1.77 mW/mA for the output power
from both mirrors. The critical diameter for nanowire has been calculated and it is
found to be 128 nm. The number of nanowire rods through designed area of
dimensions (21ยตmร21ยตm) has also been calculated. The cavity of nanowire laser is (F-P). The results are compared with some experimental work of ZnO nanowire lasers
and good agreement is found.
Keywords: ZnO nanowire laser , Ultraviolet (UV) , Threshold current , power output
, Fabry-Perot (F-P) micro cavity , waveguide .
mailto:[email protected]
ุงุญุงุฏู ุงููู ุท ZnOููุฒุฑ ูุงูู ูุงูุฑ ูุฏุฑุงุณุฉ ุฎูุงุตุชุตู ูู
134
ุงุญุงุฏู ุงููู ุท ZnOููุฒุฑ ูุงูู ูุงูุฑ ูุฏุฑุงุณุฉ ุฎูุงุตุชุตู ูู
ุฏ ุงุญู ุฏ ุนุจุฏ ูููุงูุฑุงู ุงุญู ุฏ ุนูู ุงุญู ุฏ ูุณู ุงูููุฒูุงุก ุงูุญูุงุชูุฉ ุ ูุณู ุงูููุฒูุงุก ูููุฉ ุงูุนููู ุูููุฉ ุงูุชุฑุจูุฉ ููุนููู ุงูุตุฑูุฉ
ุฌุงู ุนุฉ ุงูู ูุตู ุฌุงู ุนุฉ ุงูู ูุตู [email protected]@uomosul.edu.iq
ุชุงุฑูุฎ ุงุงูุณุชุงูู
ุชุงุฑูุฎ ุงููุจูู
05/04/2018 04/07/2018
ูุฎุงูุตุฉุง
ูุนู ู ุจูู ุท ู ููุฑุฏ ูุชู ุฏุฑุงุณุฉ ุฎูุงุตู ุงูุถูุง. ู ู ุชุญููู ู ุนุงุฏุงูุช ZnOุชู ูู ูุฐุง ุงูุจุญุซ ุชุตู ูู ููุฒุฑ ูุงูู ูุงูุฑ ุนูุฏ mW 30, ููุฏุฑุฉ ุฎุฑุฌ ููุฒุฑ ุจุญุฏูุฏ mA 53ู ูู ุชูุงุฑ ุนุชุจุฉ ุจุญุฏูุฏ ุฃูุฌุฏ ,ูู ุนุฏู ูููู ุท ุงูู ููุฑุฏ ููุฐุง ุงูููุฒุฑุง
ููุฏ ุชู ,ุนูุฏ ูุฏุฑุฉ ุงูุฎุฑุฌ ุงููููุฉ ู ู ููุชุง ุงูู ุฑุขุชูู 1.77mW/mA ุจุญุฏูุฏ ูุฐู ููุงุกุฉ ู ูู mA 70ุชูุงุฑ ุงูุญูุงุฒ . ูู ุง nm 128ูุฌุฏ ุงูู ุจุญุฏูุฏ ูุฏ ู ุจูู ุท ู ููุฑุฏ ZnO ููู ูู ูุทุฑ ุงูุฒู ููุนู ู ุงููุงูู ูุงูุฑุญุณุงุจ ุงููุทุฑ ุงูุญุฑุฌ
ูุฃู ุชุฌููู ุงููุงูู 21ยตmร21ยตm)ุจุฃุจุนุงุฏ )ูุงูุฑ ุงูู ูุฌูุฏุฉ ุฎุงูู ู ุณุงุญุฉ ู ุตู ู ุฉ ุญุณุงุจ ุนุฏุฏ ุฃุนู ุฏุฉ ุงููุงูู ุชู ููุฏ ุชู ู ูุงุฑูุฉ ุงููุชุงุฆุฌ ุงููุธุฑูุฉ ู ุน ุงููุชุงุฆุฌ ุงูุนู ููุฉ ูุจุนุถ , F-P)ุจูุฑูุช ) -ูุนู ู ูุชุฌููู ูุงุจุฑู ZnOูุงูุฑ
ููุฌุฏ ุชุทุงุจู ุฌูุฏ ุจูููู ุง. ZnOููุฒุฑุงุช ูุงูู ูุงูุฑ
ุงููุฏุฑุฉ ุงูุฎุงุฑุฌุฉุ ,ุชูุงุฑ ุญุฏ ุงูุนุชุจุฉ , UV)ุงุงูุดุนุฉ ููู ุงูุจููุณุฌูุฉ ) , ZnOููุฒุฑ ูุงูู ูุงูุฑ ุงูููู ุงุช ุงูุฏุงูุฉ: ุฏููู ุงูู ูุฌุฉ . (Fabry-Perot (F-P , ุจูุฑูุช -ุชุฌููู ูุงุจุฑู
ุงูู ูุฏู ุฉ
ุฏููู ู ูุฌุฉ ูุฑูุฏ ู ู ููุนู ุงูุฐู ููุดุฃ ุนู ูุงุจููุชู ุฅูุธูุงุฑ ุงูุตูุงุช ุงูููุชูููุฉ ู ูุนุฏ ูุงูุฑ ูุงููุดุจู ู ูุตู ููุฒุฑ ุฅู ูู ุงุญุฏ ุงูู ู ูุงุฏ ุงุดุจุงู ุงูู ูุตุงูุช ุงููุงุนุฏุฉ ูู ZnO ูุนุชุจุฑ ุงููุณูุฏ ุงูุฒูู .[1]ุงูุญุตุฑ ุงุงูููุชุฑููู ูู ุจุนุฏูู ุฃู
ุฏุฑุฌุฉ ุญุฑุงุฑุฉ ุงูุบุฑูุฉ ูุนูุฏ ((eV 3.37ูุฌูุฉ ุทุงูุฉ ูุจูุฑุฉ ูุณุจููุง ููุงู ุชู ุง( ุจุณุจุจ UVู ูุทูุฉ ุงูููู ุงูุจููุณุฌูุฉ )ููุฒุฑุงุช ุงุดุจุงู ุงูู ูุตุงูุช ุงูุชู .[meV [2 60 ุจุญุฏูุฏูุฌูุฉ( -ูุชุฑูู ) ุงุงูู ุทุงูุฉ ุฑุจุทููู ุทุงูุฉ ุฑุจุท ุฅูุณูุชูู ุจู
, ููู ุงูู ุนููู ุงุช , ูู ุงูุชุทุจููุงุช ุงูููุชูููุฉ ุงุงูุณุชุนู ุงููู ูุงุณุนุฉ (UV)ูู ุงูุจููุณุฌูุฉ ุชุนู ู ูู ู ุฏู ุงุงูุดุนุฉ ู ูู ุชุฒุงูุฏ ู ุณุชู ุฑ ูู ุง ูุงู ูุฐู ุงูุชุทุจููุงุช ุงูุนุงูุฌุงุช ุงูุทุจูุฉ ูู ุนุงูุฌ ุงุงูุดุงุฑุฉ , ู ุงูุญูุงุฉู ุนู ,ุฎุฒู ุงูู ุนููู ุงุช
. ู ู ุฎุตุงุฆุต ุงููุงูู ูุงูุฑ ุจุตูุฑุฉ ุนุงู ุฉ ุงูู ูู ุจุนุฏ ูุงุญุฏ [3,4]ุจุงูุชูุงุฒู ู ุน ุงูุชุญุณู ูู ุงูู ูุงุตูุงุช ุงูู ุฑุบูุจุฉ (1Dููุงู ูุฑู ุฅุฐู ู ุง ูุณู ุญ ุจุชูููู ุฏููู ู ูุฌุฉ ุฐุงุชู ููุฐูู ุฐู ู ุนุงู ู ุงููุณุงุฑ ุนุงู , ( ูุฐู ูุฌูุฉ ุทุงูุฉ ู ุจุงุดุฑุฉ
mailto:[email protected]
ุนุจุฏููุง ุฑุงูุฏ ุฃุญู ุฏ ุฃุญู ุฏ ุนูู ุงุญู ุฏ ู
135
ููุฐูู ุฐู ุทูู ูุงุณุน ู ู ุงุงูุทูุงู ,ูุจูุฑ ุจูู ู ุนุงู ู ุงููุณุงุฑู ูู ุนุงู ู ุงููุณุงุฑ ุงููุณุท ุงูู ุญูุท ุจู )ุงูููุงุก ุนุงุฏูุฉ( ูู ุตูุน ุงููุงูู ุนู ูุฉุฏุฉ ุงูู ุณุชุงูู ูุฌูุฉ ุงูุชู ูู ูู ุงูุญุตูู ุนูููู ุง ุจุณุจุจ ุงุงูุฎุชุงูู ูู ูุฌูุงุช ุงูุทุงูุฉ ุจุญุณุจ ุงูู ุง
ูุชูุถู ูู ุงุบูุจ ุชุทุจููุงุช ุกู ุงูุชู ุชุนู ู ุจุถุฎ ููุฑุจุงุฆู ุชููู ุงูุถู ุงุฏุง ู ู ุงูู ุนุฑูู ุจุฃู ุงูููุฒุฑุงุช .[5]ูุงูุฑุชุชุทูุจ ุถุฎ ูุจุงููุณุจุฉ ูููุฒุฑุงุช ุงุดุจุงู ุงูู ูุตุงูุช ูุฅู ุงุบูุจ ุชุทุจููุงุชู , ู ู ุจุถุฎ ุถูุฆูุงูููุฒุฑ ุนู ุชูู ุงูุชู ุชุน
.[6]. ูู ู ููุง ุฌุงุกุช ุงูู ูุฉ ุชุตู ูู ูุชุตููุน ููุฒุฑุงุช ูุงูู ูุงูุฑ ุชุนู ู ุจุงูุถุฎ ุงูููุฑุจุงุฆู ุนู ูููุฑุจุงุฆู ูููุฒุฑ ุงูู ุณุช
ููู ุนูู ุงูุนูุณ .[ZnO [6,7ูุงูุฑ ุงูุถุฎ ุงูุถูุฆู ูููุฒุฑุงุช ูุงูู ุทุฑููุฉ ู ู ุงูู ุฌุงู ูุน ุงูุจุญุซูุฉ ุฐูุฑุช ููุงู ูุซูุฑูุงุฏู ููู ุงู ูุจุฑูุชูุฏ. ุจููุฑุฉ ูุงูุฑุถุฎ ุงูููุฑุจุงุฆู ูููุฒุฑุงุช ูุงูู ุงู [8].ุนุฏุฏ ูููู ู ู ุงุงูุจุญุงุซ ุงูุชู ุชุตู ููุงู
(CdSููุฑุจุงุฆู ุงูุถุฎ ุทุฑููุฉ ุงูุจ ูุงูุฑูุชุตููุน ููุฒุฑ ูุงูู ุนู ูุชุณููููู ู ุชุนุฏุฏ ุงููุตุงูุช ูุฏ ุงุณุช \ ูุงูุฑ ( ุงููููุฉ ูุงููุนุชุจุฉ ูุจุชูุงุฑ nm 509 ุจุญุฏูุฏุทูู ู ูุฌู ุจุชู ุงูุญุตูู ุนูู ููุฒุฑ ู. [8] ูุงุฎุฑูู Duan ูุชู ุฐูู ุจูุงุณุทุฉ
200 ยตA [8]. ุชุฑููุจ ู ู ุงูู ููู ููู ุงูุจููุณุฌูุฉ ูุณููู ุงูููุฒุฑ ุงุงูุดุนุฉ ุงูุงูููุฑุจุงุฆู ูู ู ูุทูุฉ ุถุฎ ุทุฑููุฉ ุงู ุงูุงุซุจุช ุนู ูููุง ุฅุฐ[Zhang . [9ูุฏ ูุตู ู ู ูุจู ุงูุนุงูู ุนูุฏ ุฏุฑุฌุฉ ุญุฑุงุฑุฉ ุงูุบุฑูุฉ ู ุชุนุฏุฏ ุงููุตุงูุช ุดุจู ู ูุตู
ููุฏ ุชู mA 24ุจุญุฏูุฏ ูุณุจููุง ุงู ุงู ู ูููู ุตูุฉ ุงุญุงุฏูุฉ ุงูููู ูููุฒุฑ ุงูุฎุงุฑุฌ ู ู ูุฐู ุงูุชุฑุงููุจ ุจุชุณููุท ุชูุงุฑ ุงูุญูุงุฒ 390.4 ู nm 386.8 ุนูู ุงูุชูุงูู ูู ุจุซุงูุซ ูู ู ุนูุฏ ุงุงูุทูุงู ุงูู ูุฌูุฉุนุดูุงุฆู ุงูุญุตูู ุนูู ุงูุจุนุงุซ ููุฒุฑู
nm 394.0 ู nm [9].Chu. S ูุงูุฑ ุนูู ุงูุจุนุงุซ ููุฒุฑู ู ู ูุงูู ุญุตู ุฅุฐ. [4]ูุงุฎุฑูู ZnO ูู ู ุฏูุนูุฏ ุชูุงุฑ ููุฏุฑุฉ ุฎุฑุฌ ููุฒุฑู mA 50 ูุจุชูุงุฑ ุญุฏ ุนุชุจุฉ nm 385ุจุทูู ู ูุฌู ู ุงุงูุดุนุฉ ููู ุงูุจููุณุฌูุฉ ุงููุฑูุจุฉ
ุจุงูุจุนุงุซ ููุฒุฑู ุฐู ุงุชุฌุงููุฉ ุจุถุฎ ููุฑุจุงุฆู ุงูููุฒุฑ ุงููุงููู ุงูุจุงุญุซูู ุงุณุงุณ ุนู ู ูุถุญ ููุงูุกูู ุง mA 40ุงูุญูุงุฒุบูุฑ ูููุกุฉ ูุฐูู ุงููู ู ู ุงูุตุนุจ ูุถุญูุง ุงู ุงูููุฒุฑุงุช ุฐุงุช ุงุงููุจุนุงุซ ุงูุนุดูุงุฆู ุชููู ุง ุฅุฐุนุงููุฉ ูููุณุช ุนุดูุงุฆูุฉ
-Fabry-Perot (F ุชุจูุฑู -ู ู ุฑูุงู ูุงุจุฑ ุนู ุงูููุฐุง ุงูููุน ู ู ุงููุฒุฑุงุช ุจุงุณุชุงูุณูุทุฑุฉ ุนูู ุนู ููุฉ ุงูุถุฎ ุงูุถูุฆู P) 4]ุนูุฏ ุฏุฑุฌุฉ ุญุฑุงุฑุฉ ุงูุบุฑูุฉ ูุจุฃุณููุจ ุงูุถุฎ ุงูู ุณุชู ุฑ].
ูุนุฏ ZnOูุงูุฑ ูููุฒุฑ ูุงูููุฒุฑุงุช ุงุดุจุงู ุงูู ูุตุงูุช ุฎุงุตุฉ ู ุซู ู ุงุช ุนุงู ุฉู ููุนูุฉ ุงููู ุท ุงูุฐู ูุนู ู ุจู ุงูููุฒุฑ ุฅุงูู ุชุญุณุณุงุช ูู ุนุงูุฌุงุช ,ูุงุญุฏูุง ู ู ุงูู ุฎูุงุต ุงูููุฒุฑ ูุงูุชู ุชุญุฏุฏ ููุนูุฉ ุชุทุจููุงุชู ู ุซุงู ูู ุงุงูุชุตุงุงูุช ุงูุถูุฆูุฉ
ุงุถุงูุฉ ุฅูู ุงูุถุฎ ุงูููุฑุจุงุฆู ูุจุตูุบุฉ ,ูุฐูู ูุฅู ุงูุญุตูู ุนูู ููุฒุฑ ูุงูู ูุงูุฑ ูุนู ู ุจูู ุท ู ููุฑุฏ ,ุงุงูุดุงุฑุฉ ูู ุซู ุงูุฎุทูุฉ ุงุงูููู ุจุงุชุฌุงู ู ุนุธู ุงูุชุทุจููุงุช ุงูู ู ูุฒุฉ ูุงูู ุฑุบูุจุฉ ู ู ุง ูุคุฏู ุฅูู ูุชุญ ุงุจูุงุจ ูุจุญูุซ ุนุฏูุฏุฉ ,ู ุณุชู ุฑุฉ
. [10]ูู ุชููุนุฉ ูู ู ุฎุชูู ููุงุญู ูู ุฌุงุงูุช ุงููุงูู ูุงูุฑ ููุฒุฑ
ุนูุงูุฉ ูุจูุฑุฉ ุจ ูุฏ ุญุธูุช ุงูุชูู ู ุงุงูู ูุฑ ุงูู ูู ุฉ ูู ู ุถู ููุง ุงูููุฒุฑุงุช ุงููุงูููุฉ ูุนุฏ ุท ุงูููุชูููุฉ ุฆุฅู ุชุตุบูุฑ ุงููุจุงุงุถุงููุฉ ุฅูู ,ูุฐูู ูุฎูุงุตูุง ุงููุฑูุฏุฉ ู ู ุงูู ุฑููุฉ ุงูุนุงููุฉ ูู ุงูุชุนุงู ู ูุงุงูุฏุงุก ุงุงููุถู ,ู ุงูุนุฏูุฏ ู ู ุงูุจุงุญุซูู ุจู ู ู
ูู ุญุฏูุฏ ,. ุฅู ุชุตุบูุฑ ุงูููุฒุฑุงุช ุฅูู ุงูู ุญุฏ ู ู ูู [10] ุงููุซุงูุฉ ุงูุนุงููุฉ ูู ุงูุชูุงู ู ูู ุงูุฏูุงุฆุฑ ุงุงูููุชุฑูููุฉ ู ุซู ููุฉ ุงููุฏุฑุฉ ุงูู ุณุชูููุฉ ูุชูุฌุฉ ,ูู ูู ุงู ูุฌูุจ ุงูุนุฏูุฏ ู ู ุงูู ูุงูุน ููุชุทุจููุงุช ุงูุชูููุฉ ุงูู ุชููุนุฉ ,ุงููุงูู ู ุชุฑ ุญุงูููุง
. [11,12] ูููุฉ ุชูุงุฑ ุงุงููุญูุงุฒ ู ู ุง ูุฏ ูุฒูุฏ ู ู ุณุฑุนุฉ ุงูุชุถู ูู ูุงููุซุงูุฉ ุงูุนุงููุฉ ููุชูุงู ู ูู ุงูุฏูุงุฆุฑ ุงูู ุชูุงู ูุฉ
ุงูุฒู ุฉ ูุฐูู ููุนู ู ุจูู ุท ู ููุฑุฏ ูุชุญุฏูุฏ ุงูุดุฑูุท ุง ZnOูู ูุฐุง ุงูุจุญุซ ุณูุชู ุชูุงูู ููููุฉ ุชุตู ูู ููุฒุฑ ูุงูู ูุงูุฑ ู ู ุทูู ููุทุฑ ูุงูู ูุงูุฑ ู ูุงุณุจ ูุฏุฑุงุณุฉ ุฎูุงุตู.
ุงุญุงุฏู ุงููู ุท ZnOููุฒุฑ ูุงูู ูุงูุฑ ูุฏุฑุงุณุฉ ุฎูุงุตุชุตู ูู
136
ZnO : ููุฒุฑ ูุงูู ูุงูุฑ ุชุตู ูู -1
ุนูู ุงูุฐู ูู ูู ุงููุงูุน ุณุฏุงุณู ู ุถูุน , ูู ูู ุงุนุชุจุงุฑู , ุงูุนุฑุถูู ู ุญูุซ ุงูู ูุทุน ZnOุดูู ุงููุงูู ูุงูุฑ ุงูุงู ูุฐู ุงูููุฒุฑุงุช . [1] ุงูู ูุงุฑุจุฉ ู ูุจููุฉ ูู ุนุชู ุฏุฉ ู ู ูุจู ุนุฏุฏ ูุจูุฑ ู ู ุงูุจุงุญุซููุ ููุฐู ุงุณุทูุงูู ุงูุดูู ุชูุฑูุจุงู ุงูู
. [3]ูู ู ุซู ูุฐู ุงูููุฒุฑุงุช ุงูุนุชุจุฉ ุงูุญุตุฑ ุงูุถูุฆู ููุณุจ ุชุนุฒุฒ ุนู ููุฉ
ุงูู ูุฏู ู ู ูุจู ููุฒุฑู ุจุนุถ ุฌูุงูุจู ู ู ุญูุซ ุงูุชุฑููุจ ูู ููุฏ ุงูุฏุฑุงุณุฉ ูู ูุดุงุจู ZnOูู ููุฒุฑ ูุงูู ูุงูุฑ ู ู ุชุตุฅChu.S [4] . ุงุงููุนูุงุณุงุช ู ู ููุงูุฉ ุณุทุญ ุงููุงูู ูุงูุฑ ูุนุฏ ูุงุญุฏูุง ู ู ุงูู ุนูู ุงุช ุงููุจูุฑุฉ ุงุงููู ูุฉ ุจุงููุณุจุฉ ูููุฒุฑุงุช
ูุงูุชู ู ู ุดุฃููุง ุชุญุฏูุฏ ููุนูุฉ ุงููุฌูุฉ ูุจุงูุชุงูู ุชูุงุฑ ุนุชุจุฉ (FP)ุจูุฑูุช -ุงููุงูู ูุงูุฑ ุงูุชู ุชุนุชู ุฏ ุนูู ู ุฑูุงู ูุงุจุฑู ุงููุงูุน ุถู ู ู ูุทูุฉ ุงุงูุดุนุฉ ุงูููู nm 385ุฐู ุงูุทูู ุงูู ูุฌู ZnOุงู ููุฒุฑ ุงุดุจุงู ุงูู ูุตุงูุช . [4]ุงูููุฒุฑ
ูุงูุฐู ูุนู ู ุจุงูุตูุบุฉ ุงูู ุณุชู ุฑุฉ ูุจุฏุฑุฌุฉ ุญุฑุงุฑุฉ ุงูุบุฑูุฉ ูููู ู ูุชุธู ุฐุงุชููุง ูุทุจูุนููุง ุงุซูุงุก ุนู ููุฉ UVุงูุจููุณุฌูุฉ CVTD) Chemical Vapour Transparent andุงุงููู ุงุก ุจุทุฑููุฉ ุงูุจุฎุงุฑ ุงูููู ูุงุฆู ุงูู ูุชูู ูุงูู ุชูุงุซู
Deposition )( 150-20)ูุจุงูุทุงุฑ ุชุชุฑุงูุญ ู ู nm . ุงู ุงูููุฒุฑ ุงูู ูุจุนุซ ู ู ูุงูู ูุงูุฑ ZnO ูุดุงูุฏ ุนูู ุงููุชุชูุงุณุจ ูุงู ูุฐู ุงุงููู ุงุท ููุชุฌ ู ู ุงูู ุงุท ู ุชุดุงููุฉ ุจุณุจุจ ููุงุชู ุงูุณูู ุงูุชู ุชุดุจู ุงูู ุญุฏ ู ุง ุงูุดูู ุงููุฑูู
ุงู ุงูุถุฎ ุงูููุฑุจุงุฆู ูููุฒุฑ [F-P .[5,6,7ุจูุฑุช -ุนูุณููุง ู ุน ุทูู ุงูุณูู ุงูุฐู ูุนุชุจุฑ ุนูู ุงูู ุชุฌููู ูุงุจุฑู ู ุตุฏุฑ ุถูุก ูุจุชูุงุฑ ุญุฏ ุนุชุจุฉ ูููู ูุณุจููุง ูู ุถุฑูุฑู ููุนุฏูุฏ ู ู ุงูุชุทุจููุงุช ุงูู ุณุชูุจููุฉ ูุงูุฐู ูุนุฏ ZnO ูุงูู ูุงูุฑ
ูุงุซูุงุก ุนู ููุฉ ุจููุณ ุทุฑููุฉ ุงุงููู ุงุก ุงูุณุงุจูุฉ ู ููุฒุฑ ู ุซุงูู ู ููู ู ู ู ูุงุฏ ูุงูููุฉ ุชุญุตุฑ ุงูููุฒุฑ ุจุจุนุฏ ูุงุญุฏ ุงูู ุตูุน n-ZnOูุงูู ูุงูุฑ/ ุทุจูุฉ ู ู ููุน p-ZnOููุน ู ุฑูุจููุชููู ุจุฐูู ุชุฑููุจ ู ุชุนุฏุฏ ุงููุตุงูุช ู ู ุงูุชุฑุณูุจ
ููุงูู ูุงูุฑ ู ู ุงูู ูุฌุฉุฅู ุฏููู ู ูุฌ . [9,10] ูุฉุนุงูุทูููุฉ ุงุธูุฑุช ููุฒุฑ ุจุตูุฉ ุงุญุงุฏูุฉ ุงูููู ุจููุงูุฉ ุฅุฐูุบุดุงุก ุฑููู ุงู ุชุตุบูุฑ ุงูู ูุทูุฉ ุงููุนุงูุฉ ูู ูู ุงู ุฅุฐ. [10]ูู ุงุงูุณุงุณ ูุญุงูู ุฏููู ุงู ุงูููู ุงูุถูุฆู ุงูุณูููููู ุงุงูุนุชูุงุฏู
ููู ู ู ูุงุญูุฉ ุงุฎุฑู ูู ูู ุงู ูุณุงุนุฏ ุฐูู ูู ุฌุนู ู ุซู ,ูุคุฏู ุฅูู ุฒูุงุฏุฉ ุชูุงุฑ ุงูุนุชุจุฉ ุจุงููุณุจุฉ ูููุฒุฑุงุช ุงููุงูููุฉ ูุงูู ูุชุฑููุจ ุจุดูู ุนุงู ุฅุนุฏุงุฏ . [10]ูุฐู ุงูููุฒุฑุงุช ุชุนู ู ุจูู ุท ู ููุฑุฏ ุจุดูู ุงูุถู ู ุน ูุฌูุฏ ุทุฑููุฉ ุถุฎ ู ุงูุฆู ุฉ
ุฏ ุงููุงูู ูุงูุฑ ุจุงุชุฌุงู ุทููู ูุงุญุฏ ููุชู ุฐูู ุจุงุงูุณุชูุงุฏุฉ ู ู ุนู ููุฉ ููุงูุฑ ูุชุทูุจ ุงุถุงูุฉ ู ูุงุฏ ุฎุงูู ุนู ููุฉ ุงููู ู ูุชูู -)ุงุณููุจุทุฑููุฉ ููู ุงูู ุงุก ุจุทุฑููุฉ ุชุฑุณูุจ ููู ูุงุฆูุฉ ุชุณู ู ุงูุถูุง VLC ุงูุตูุจ( -ุงูุณุงุฆู -ุฑููุฉ )ุจุฎุงุฑุชุฏุนู ุจุท
ุนู ูููุง ูู ุงูู ุฎุชุจุฑุงุช ุงูุชุฑููุจ ุงูู ูุชุฌ ูู ุงุซู ูู ูุฐุง ุงูุจุญุซ ZnO ุงููุงูู ูุงูุฑ ุงูู ุตู ู ูุฐุง ูุฅู. [11,12]ุงุนูู( ู ู ุง ูุณุงุนุฏ ูู ุชูููู ุฏููู ู ูุฌุฉ ู ุซุงูู ูุชูุฌูู ุถูุก ุงูููุฒุฑ ุฏุงุฎูู ,ูููู ุฐู ุชุฌุงูุณ ูุงูุชุธุงู ูููุงูุฉ ุนุงููุฉ ุงูุฐู . (1ู ูุถุญ ูู ุงูุดูู )ูู ุง ูู ู . [13]
ุฃู ุงุงูุทูุงู ุงุงููุจุนุงุซ ุงูุชู ุชูุชุฌ ู ู ููุงูุฉ ุงูุฌู ุงููุงูู ูุงูุฑ ูุงูุช ุงูุซุฑ ููุฉ ู ู ุงุงููุฌู ุงูุฌุงูุจูุฉ ูููุงูู ูุงูุฑ ูุฐู ุงูุชุบุฐูุฉ ูุชุญุณูู ุงููุตูุฑุฉ ุงูู ูุฌุงุช ุนูู ุงูุจุนุงุซ ุงุงูุนุชู ุงุฏ ุฉุทุฑูู ุนู ุงููุงูู ูุงูุฑ ููุฒุฑ ูุนู ูุงููุชูุฌุฉ ุชุฏู ุนูู ุงู
ุงู ุงููุงูู ูุงูุฑ ุงูู ู ู ูุทุฑ ู ุนูู )ุงููุทุฑ ุงูุญุฑุฌ ( ูููู ุบูุฑ ูุงุฏุฑ ุนูู , ูู ุงูุชุฌููู ุงูุจุตุฑู ุงุงูุณุชุฑุฌุงุนูุฉ. ุงููุงูู ูุงูุฑ ุงูุฐู ูุนู ู ูุฏููู ู ูุฌู ุบูุฑ ูุงุฏุฑ ุนูู ุญุตุฑ ุงุงููู ุงุท ุจุฏุงุฎู ุงููุงูู ูุงูุฑุชูููุฏ ุงูููุฒุฑ ุจุณุจุจ ุงู
ุฌููู ุจุงุงูุถุงูุฉ ุงูู ุงู ููุงู ุนุงููุฉ ุฎุทูุฉ ุจูู ุงููุงุตูุฉ ุจูู ุงุงููู ุงุท ูุทูู ุงููุงูู ูุงูุฑ ุงูุฐู ูุชุตุฑู ุนูู ุงูู ุช . [F-P) [15,16)ุจูุฑูุช โูุงุจุฑู
ุนุจุฏููุง ุฑุงูุฏ ุฃุญู ุฏ ุฃุญู ุฏ ุนูู ุงุญู ุฏ ู
137
ู ุนุงู ู ุงูุนูุงุณ ุนุงูู ุนูู ุงููููุถ ู ูู ุงููุณุท ุงูู ุญูุท ุจูู ุฐู ููุจ ูู ุชุงุฒ ZnOู ุดุจู ู ูุตู ูุงูู ูุงูุฑ ุฅ-Fุจูุฑูุช โูุนู ู ูุชุฌููู ูุงุจุฑู ูุฐุง ุชูุฑูุจูุง ูุงุญุฏุงูุฐู ูุณุงูู )ุงูููุงุก( ุงูุฐู ูู ุชูู ู ุนุงู ู ุงููุณุงุฑ ูููู ูุณุจููุง
P)) [17].
ูู ู ู ูุงุฏ ุฎุงุตุฉ ุจุญูุซ ( ุตู ู ุช ุจุทุฑููุฉ ููุฏุณูุฉp-typeูู ู ู ููุน )ูููุงูู ูุงูุฑ ูุฉ ุงุงูุชุตุงู ุงูุนููุงู ู ูุทุฅ)ุงูู ุณุงูุฉ ุจูู ุทูู ุงูุชุฌููููุฅู . [4]ูููุฒุฑ ุงูุฎุงุฑุฌ ุฆุฉู ูุงูู ุฉ ููุฑุจุงุฆูุฉ ูุงุทุจุฌูุฏุฉ ู ุจุตูุฑุฉ ุกุถู ูู ุฉุดูุงูููู ุช
ุชูุงู ูุงููุชุทุจูุฉ ู ู ุงู \ZnO ุบุดุงุก ุงููููุฉ ูุฃุณูู ZnOูุงูู ูุงูุฑ ุจูู ุงูููุงูุฉ ุงูุนููุง ูุจููุฑุฉ ููุงูุชู ุงูู ุฑุขุชูู( . [4]ุงูุณุทุญ ุงููุงุตู ุชุดูู
ูุฅู ูุฐุง ,ูุงูุฑุงู ูุนุฏ ุทูุงูู ุถุฑูุฑููุง ูู ุชุฑุงููุจ ููุฒุฑ ูุงูู ุชู ุงููุฌููู ูููุงูู ูุงูุฑููุงู ุจููุฑุชูุงุน ุงูุงุงู ,ุชุฌุฑูุจูุงู ุคุฏู ุฅูู ุงู ูุงููุฉ ุช ุชูุงู ,ู ุน ู ุฑุงุนุงุฉ ุงุงููุฌู ุงูุฌุงูุจูุฉ ู ูุงู ูู ูู ุญุฏูุซูุง ุนูู ุงูุนู ูุฏ ุงูุงู ู ุชุนุฏุฏุฉ ุงููุนูุงุณุงุช ุงูุง
ุฐูู ู ุซู ูุฐู ุงูุธุงูุฑุฉ ุชู ูู ููุฐุง ููุน ู ู ููุฒุฑุงุช ูุงููู. [18] (ุงูู ุฑูุงูุงุชุงูุชุฌุงููู )ุงููุงุน ุนุฏูุฏุฉ ู ู ู ุชุตู ู .[18] ุงู ูุชุงุฌ ูุณุจ ุนุงู ูุงูุฑ
ุงุงูุฎุฑู ุงูุญุณุงุจุงุช ุงููุธุฑูุฉุชู ุช ููุฏ , [1,4]ู ู ุงุฑุชุจุงุทูุง ุจุงูุนู ู ุงูุชุฌุฑูุจู ุชุฎุฐุฃููุฐุง ุงูุชุตู ูู ุงูุญุณุงุจุงุช ุงุงููููุฉ
ุงูุชุฃุซูุฑุงุช ุงููุงูููุฉ . ู ูุงุณุจุฉ ู ุน ุงุงูุฎุฐ ุจุงุงูุนุชุจุงุฑ ุงุดุจุงู ู ูุตุงูุชู ุนุงุฏุงูุช ููุฒุฑ ุนู ุงูุจุงุณุช
ูุนูุฏ ุชุญููู ูุญุฏุฉ ุงูุทูู ุฅูู ุงููุงูู ู ุชุฑ ((ยตm ร 21 ยตm 21ุงูุชุฑุถุช ุงูู ุณุงุญุฉ ุงูู ููุฆุฉ ููุชุตู ูู ูู ุฅุฐ ูุญุตู ุนูู :
21 ยตm = 21ร103 nm
ูู : nm 321ร10ุนุฏุฏ ุงููุงูู ูุงูุฑ ููููุงู
21 ร 103 nm
120 ๐๐= 175
ูู : ยตm 21ุนุฏุฏ ุงููุงูู ูุงูุฑ ุนูู ุงูู ูุทูุฉ ุงููุนุงูุฉ ูู ุจุนุฏ ูุงุญุฏ ุจุทูู
ุงุญุงุฏู ุงููู ุท ZnOููุฒุฑ ูุงูู ูุงูุฑ ูุฏุฑุงุณุฉ ุฎูุงุตุชุตู ูู
138
175
3= 58.33
ูู : ุงูุชุตู ูู ุนุฏุฏ ุงููุงูู ูุงูุฑ ูู ุจุนุฏูู ุฃู ูุซุงูุฉ ุงููุงูู ูุงูุฑ ูู ุงูู ูุทูุฉ ุงููุนุงูุฉ ุนูู ู ุณุงุญุฉ
N=58.33ร58.33=3402 nanowires
ุฃู ุถุนู ูุทุฑ ุงููุงูู ูุงูุฑ. nm 240ุงูู ุณุงูุฉ ุจูู ุงุซููู ู ู ุงููุงูู ูุงูุฑ ุงูู ุชุชุงูููู ูู ุงูู ูุทูุฉ ุงููุนุงูุฉ ูููุฒุฑ ูู . [4]ููุฐุง ุงูุชุฑููุจ ูุญุงูู ุงููุงูู ูุงูุฑ ุงูู ูุชุฌ ุนู ููุงู
ุญุฌู ุงููุงูู ูุงูุฑ ุงููุงุญุฏ:
Volume of nanowire= Length of active region (Lar) ร cross sectional area (A)
Vn=Lac รA (1)
Vn=2.60ร10-14 cm3
ุชูุฉ :ุงูุนุงููุฉ ุงุขู ุนู ุงูุงูุญุฌู ุงูููู ูุฌู ูุน ุงููุงูู ูุงูุฑ ุชู ุญุณุงุจู ุจุงุณุช
The total equivalent volume= volume of one nanowire รnumber of nanowire per unite
area
VT=2.60ร10-14 cm3ร3402=8845ร10-14 cm3
cm 18=1.1ร10 thN-3ูู: [4]ุญูุซ ูุซุงูุฉ ุงูุญุงู ุงูุช ุนูุฏ ุงูุนุชุจุฉ
ูุนุทู ุจุงูุนุงููุฉ ุงุฃูุชูุฉ : th nู ุชุฑููุฒ ุงูุญุงู ุงูุช ุนูุฏ ุงูุนุชุจุฉ ุฅ
n th= VTรNth (2)
n th =8845ร10-14 cm3ร1.1ร1018 cm-3 =9.729ร107
:ุงููุธุฑูุฉุงูุญุณุงุจุงุช -2
ูู ูู ู ุนุงูุฌุชูุง ุจู ุณุงุนุฏุฉ ูุธุฑูุงุช ุฏููู ุงูู ูุฌุฉ ุงูุถูุฆู ุง ุงูููุน ู ู ุงููุงูู ูุงูุฑุงูู ุงุท ุฏููู ุงูู ูุฌุฉ ููุฐู ุฅุงูุฐู ูุนุทู ุจุงูุนุงููุฉ (r)ุฏุงุฎู ุฏููู ุงูู ูุฌุฉ ุจูุตู ูุทุฑ ูู )ุงููุณุฑู( ุท ุงูุฌุฒุฆูู . ูุฏุฑุฉ ุงูู [1]ุงููุงูุณููู
: [19] ุงูุชุงููุฉ
ฦ๐๐ = 1 โ [2.405 exp (1
๐)]
2
๐โ3 (3)
๐ = ๐๐(๐2 โ 1)0.5 ๐ = (2ฯ๐/ฮป)(๐2 โ 1)0.5
ุนุจุฏููุง ุฑุงูุฏ ุฃุญู ุฏ ุฃุญู ุฏ ุนูู ุงุญู ุฏ ู
139
. nm 385: ูู ุงูุทูู ุงูู ูุฌู ูุงูุฐู ูุณุงูู k=2ฯ/ฮป ฮป: ู ุชุฌู ุงูู ูุฌุฉ k ูุฃ ุฅุฐ
:n ุนูุฏ ุงูุชุนููุถ ูู ุงูู ุนุงุฏูุฉ ุนู ู ุฏู ู ู ุงุงููุทุงุฑ ู 2.5ูู ู ุนุงู ู ุงููุณุงุฑ ููุจ ุงููุงูู ูุงูุฑ ูุงูุฐู ูุณุงูู ( .2)ุงูุดูู ุฑูู ( ุชู ุงูุญุตูู ุนูู D=50-150)nmู ู ูููุงูู ูุงูุฑ
D=128 nmุนูุฏ ุงููุทุฑ ููุงู ุฐูู 0.96ฮ=ู ู ุฎุงูู ุงูุฑุณู ุชู ุงูุญุตูู ุนูู ุนุงู ู ุงูุญุตุฑ ุงูุถูุฆู ู ููู ูุนู ู ุจูู ุท ู ููุฑุฏ ZnOููู ุงูุจุฑ ูุทุฑ ูููุงูู ูุงูุฑ , cut off(ฮป)ุงูุทูู ุงูู ูุฌู ุงููุงุทุน ุนูุฏู ูุญุตู ูุงูุฐู
ุจูู ุท ู ุชุนุฏุฏ ูุงูุชู ูู ุบูุฑ ู ุฑุบูุจุฉ ูู ุงูุนุฏูุฏ ู ู ุงูุชุทุจููุงุช ZnOูุนูุฏ ุงูุจุฑ ุชูู ุงูููู ุฉ ูุนู ู ุงููุงูู ูุงูุฑ ูุจุฎุงุตุฉ ูู ุงุงูุชุตุงูุช ุงูุถูุฆูุฉ .
ู ุณุชุนุฑุถุฉ ูู ูู ุงู ุชุชูุงุฌุฏ ูู ุงุทุงูุฃู ุนู ุงูููู ุฉ ุงูุญุฑุฌุฉ ููุฐุง ุงูุชุตู ูู ูุงูุฑ ุจุฒูุงุฏุฉ ูุตู ูุทุฑ ุฏููู ู ูุฌุฉ ูุงููู . ูุงูู ูุงูุฑ ุฐู ูู ุท ู ููุฑุฏุงูุฐู ูุนู ู ุนูู ู ุฏุงุฎู ุงููุงูู ูุงูุฑ
ุงูุชู ุซูู ุงูุฑูุงุถู ูู ุง ูู ู ุงูุญุธ ู ู ,ูู ุท ู ููุฑุฏ ุจ ููุนู ู ูุงูุฑ ููุงู ููู ุญุฑุฌุฉ ููุตู ูุทุฑ ุฏููู ู ูุฌุฉ ูุงูู ุจูู ุท ูุนู ู ุณูู ูุนู ู ูุฏููู ู ูุฌุฉ ุถูุฆู ูุงูุฑ ูุงููุงู ูุฅ ุนู ูู ุงู ( . 2ุงูุดูู ) ุงูู ุชุถู ู ูู( 4ููู ุนุงุฏูุฉ )
.[20]ู ููุฑุฏ ุนูุฏู ุง ูุชุญูู ุงูุดุฑุท ุงูุชุงูู
1 โ (๐๐ท
๐) (๐2 โ nยบ
2)0.5 < 2.4 (4)
๐๐ท) . ุฅู ููู ุฉ ุงูุญุฏูู ุงูุญุฏ ุงุฃูุฏูู ุงูุนู ูู1:ุฅุฐ ุฃู๐
) (๐2 โ nยบ 2.4ูู ุจูู ุงููุงุญุฏ ู 0.5(2
Dูุงูุฑ : ูุทุฑ ุงููุงูู, n ูnฬฅ ูุงูู ูุงูุฑูู ู ุนุงู ุงูุช ุงููุณุงุฑ ู ZnO ูุงููุณุท ุงูู ุญูุท )ุงูููุงุก( ุนูู ุงูุชูุงูู.
-50) ุจุญุฏูุฏ ููุงุนุธู ูุทุฑ ูุญุชุงุฌู ูุบุฑุถ ุงูุญุตูู ุนูู ุงููู ุท ุงูู ููุฑุฏ ููุฅู ุงูู ZnO ูุงูู ูุงูุฑูู ุญุงูุฉ 130) nm .
ุงุญุงุฏู ุงููู ุท ZnOููุฒุฑ ูุงูู ูุงูุฑ ูุฏุฑุงุณุฉ ุฎูุงุตุชุตู ูู
140
ูู ุจุงุฃูุตู ู ูุจุนุซ ูู ู ููุน ุฅุนุงุฏุฉ ุงูุชุญุงู ุงููุงูุงูุช )ุญุงู ุงูุช ZnOุงูู ูุชุฌ ู ู ููุฒุฑ ูุงูู ูุงูุฑ ู ุงูุถูุก ุฅ pู ู ุฎุงูู ุงุงููุชุดุงุฑ ุงููุงู ู ุนูู ุทูู ููุน ูุฐูู ุชุชู ,ูุงูุฑูุฏููู ู ูุฌุฉ ูุงูู p-nู ูุชูู ููุงูุดุญูุฉ( ุงูุชู ูู
ุงูุญูููู ูู ูุณุจู ุงูุชุฌููู ุงูููุฒุฑู ูู ุงู ูุณุงูู ูู ุงูุบุงูุจ ุทูู ูุงูู ูุงูุฑ ุทูู ุฏููู ู ูุฌุฉ ููุฒุฑ ูุงูู nูุญุณุงุจ ุนูุฏ ูุฌุจ ุงู ุชุฃุฎุฐ ุจุงูุญุณุจุงู nู pุทูู ุงูุชุดุงุฑ ุญู ุงูุช ุงุงููููุฉ ุงูููุงุน ,ุตุงูู ู ูุทูุฉ ุงููุณุจ ูุจุงูุชุงูู
.ู ูุทูุฉ ุตุงูู ุงููุณุจ
ูุนุฑู ุนูู ุงูู : ูุงูุฐู g> ((Gain modal>ุงูุดูููุงููุณุจ
< ๐ >=โซ ๐ธโ๐๐ธ๐๐๐
โซ ๐ธโ๐ธ๐๐๐ (5)
ูู ุญุฌู ุงูู ูุทูุฉ aVูู ุงูู ุฌุงู ุงูููุฑุจุงุฆู ู E , )ุงููุณุจ ุงูุดููู( ูููุณุท ุงููุนุงู ููู ุงููุณุจ ุงูู ุงุฏ :g ุฅุฐ)ุงูู ูุทูุฉ ุงููุนุงูุฉ( ูุตูุฑ ูู ู ูุงู ุขุฎุฑ. ูุงูุฑุฏุงุฎู ูุงูู ูู ุนูู ูุฑุถ ุงู ุงููุณุจ ูู ุซุงุจุช ,ูุงูู ูุงูุฑ ุงููุนุงูุฉ ู
ุซู
< ๐ >= ฮ๐ = ฮ๐งฮ๐ฅ๐ฆ๐ (6)
ุงูุทูู ุงูู ูุฌู ุงููุนุงู ูููู ุท ุงูู ูุฌู ูู ุงูุจุฑ ุจูุซูุฑ ู ู ZnO ูุงูู ูุงูุฑุทูู ุชุฌููู ู ,ูู ุนุงู ู ุงูุญุตุฑ ฮ ุฅุฐ ู ู ุงูุชูุฒูุน ุงูู ุฌุงู ุงูู ูุฏู ูู: Zฮ 1= ูู
)7( =0.96 ฮ = x yฮ
ุงูุชูููุฏูุฉ ูุญุณุงุจูุง ุชุชุทูุจ ู ุงุฆุงูุทุฑ ุฃูู ุงูู ููุฑุฏ ูุงูุฑ ูููุฒุฑ ูุงูู (g)ุชุญุฏูุฏ ููู ุฉ ู ุนุงู ู ุงููุณุจ ูู ู ุงูุตุนูุจุฉ ุจู ูุงูุงูุนูุงุณุงุช ููุงูุฉ ูุฅู ููุถุงู ุนู ุฐูู. [21]ุซุงุจุชุฉ ( A)( ู ุน ุจูุงุก ู ุณุงุญุฉ ุงูู ูุทุน ุงูุนุฑุถู L) ุชุฌูููุทูู ุงูุทููู ุงูุฐู ูุญุฏุซ ูู ุจุงูุชุฒุงู ู ู ุน ูู ุฉ ุงููู ุท ุฃู ุงูุงู , ูุงุทุฆุฉ ุชููู ( R 2R ,1) ุงูุนูุงุณูุฉ ุงูู ุฑุขุชูู ุงููุฌู
ูุฐุง ,ุฌูุฏููุฒุฑ ูุงูู ูุงูุฑ ูุชุตู ูู [22] .ูุจูุฑุฉ ููุฐุฉ ุงูููุน ู ู ุงููุงูู ูุงูุฑ ุชุฌููู ุงูุฎุณุงุฑุฉ ูุฅููุฐูู , ุฉูุณุจ ุงูู ุงุฏูู ุงุดุจุงู ุงูู ูุตุงูุช ูุงู ุงุงูููุชุฑููุงุช ู ู ุน ุงุงูุฎุฐ ุจูุธุฑ ุงุงูุนุชุจุงุฑ ุงูุฌุจ ุงู ุชููู ุทูู ู ูุทูุฉ ุงููุณุจ ู ูุงุณุจุฉ
ูู ูุงูู .[22]ูุงููุฌูุงุช ุชุชูุงุฌุฏ ุจูุซุฑุฉ ูู ู ูุทูุฉ ุงูุชุงููู ูููุงู ูุญุฏุซ ุงุนุงุฏุฉ ุงูุชุญุงู ูุงูุชุงุฌ ุงูููุฒุฑ ูู ุงููุงูู ูุงูุฑ p. ููุนูุงูุฑ ููุงูู ยตm 2.1 ุจุญุฏูุฏ ููุทูู ุงูุชุดุงุฑ ุญุงู ุงูุช ุงุงููููุฉ ZnO ูุงูุฑ
ุฅูู ุนุฑุถ ู ูุทูุฉ ูุฑุงุบ ุงูุดุญูุฉ . ุงูู ูุฏ ูุฌุฏ ุจุฃู ุทูู ุงูุชุดุงุฑ ุญุงู ุงูุช ุงุงููููุฉ ุชุนุชู ุฏ ุนูู ุฏุฑุฌุฉ ุงูุญุฑุงุฑุฉ ุจุงุงูุถุงูุฉ. ู ูุทูุฉ [ยตm [22,23,24 0.2ุฃู nm 200ูู ุญูุงูู nููุน ZnO ุบุดุงุกุจุฏุฑุฌุฉ ุญุฑุงุฑุฉ ุงูุบุฑูุฉ ูุฃูุฌู ุฅุฐ ,
ุงููููุฉ ZnOุจููุฑุฉ ู ููููุฒุฑ ุงููุฐุง ูุฅู ุตุงูู ุงููุณุจ , 0.1ยตmุฃู ุชูุฑูุจูุง nm 100ูุฑุงุบ ุงูุดุญูุฉ ูู ุชูุฑูุจูุง ูู:[4]
๐ฟ๐๐ = ๐ฟ๐ + ๐ฟ๐ + ๐ฟ๐ = 2 ๐๐ + 0.2 ๐๐ + 0.1 ๐๐ = 2.3 ๐๐ (8)
: ุนุฑุถ ๐ฟ๐๐ : ุนุฑุถ ู ูุทูุฉ ูุฑุงุบ ุงูุดุญูุฉ type-P sLุทูู ุงูุทุจูุฉ type-n p:L: ุทูู ุทุจูุฉ nLุญูุซ ู ูุทูุฉ ุงููุณุจ .
ุนุจุฏููุง ุฑุงูุฏ ุฃุญู ุฏ ุฃุญู ุฏ ุนูู ุงุญู ุฏ ู
141
= =
ฮปQ
ฮฮป
ุฎุณุงุฑุงุช ุงูุฐูุงุจ ุงู ุงูุจุฑ ู ู ูุงุจ ูุณุงูู ุงูุฐูุงุจ ูุฅุงูุญุงุตู ูู ุงููุณุจ ูููู ุงูุชุฐุจุฐุจ ุงูููุฒุฑ ูุญุฏุซ ุนูุฏู ุง ุงูุฎุณุงุฑุฉ ุณุงุฑุงุช ุชุชููู ู ู ุฎุณุงุฑุฉ ุงุงููุชุดุงุฑ ู ุงูุฎ , ูุงูุฑูุงูู ุงูุชุฑุงููุจ ุงุดุจุงู ุงูู ูุตุงูุช ูู ,ููู ุฏูุฑุฉ ูุงุงููุงุจ
1R. ุญูุซ: [4] ู ู ูุจู ุงูู ุฑุฃุชูู ุงูุนุงูุณุชูู ุชูููุฑูุง. ุงูุชุบุฐูุฉ ุงุงูุณุชุฑุฌุงุนูุฉ ุงูุถูุฆูุฉ ูุชู 2]5[ ุฉุงูู ุฑุงูุง ุงูู ุณูุทุฑ ู ZnO \ูููุงููุช ุงุงูุฒุฑู 1R=0.04) ููุฏ ุงูุฏุฑุงุณุฉ ูุงูู ูุงูุฑูุงู ููุงูุชู ุชุฌููู ููู ุงูุนูุงุณูุฉ 2Rู
0.09=2R ูZnO \ITO\ .)ุฒุฌุงุฌ
. [11]ูุนุทู ุจูุงุณุทุฉ F-Pูุชุฌููู ฮฮปุงูุทูููุฉ ู ุชูุณุท ุงูุชุจุงุนุฏ ุจูู ุงุฃููู ุงุท
โฮป=๐2
[2๐ฟ(๐โ๐(๐๐
๐๐)] (9)
L ุงููุนุงูุฉ ุฉุงูููู ูุงูุฐู ูุฎุชูู ุนู ุทูู ุงูู ูุทู: ุทูู ุงูุชุฌููู๐ฟ๐๐ ูุงูู ูุงูุฑ ูู ููุฒุฑ ZnO ู ุฐูุงู ยตm 2.3) . ูู ) ๐ฟ๐๐ุฅู ุง ุทูู ุงูู ูุทูุฉ ุงููุนุงูุฉ ยตm 4.5ูุณุงูู
โฮป=1.993 nm
โ 2nm ฮฮปู ุชูุณุท ุงูุชุจุงุนุฏ ุจูู ุงุงููู ุงุท ุงูุทูููุฉ ุชูุฑูุจุง ูุชุจูู ุงู 9)ูู ู ุงูู ุนุงุฏูุฉ )
:ูุณุงูู Quality factor) Q) ุนุงู ู ุงูููุนูุฉุชุจูู ุงู 10)ูู ู ุงูู ุนุงุฏูุฉ )
10))
ูุณุงูู: ูู ุฃ ุญุณุงุจู ุนููููุฏ ุชู
Q =193.17 ๐ = 385ร10โ9
1.993ร10โ9
[25,26,27,28] . ููุงู ู ู ูุฐู ุงูููู ุฉ ู ูุงุฑุจุฉ ููููู ุงูุชู ุญุตู ุนูููุง ุจุงุญุซูู ุนุฏูุฏูู ุนุฅ
. [35 , 28-25]ูุฐู ููููุฉ ูุณุจููุง ููููุง ุดุงุฆุนุฉ ูู ุนุฑููุฉ ุจุงููุณุจุฉ ูููุฒุฑุงุช ุงููุงูู ูุงูุฑ (Q)ู ููู ุฉ ุนุงู ู ุงูููุนูุฉ ุฅุจุงูุฑุบู ู ู ุงู ูุฐู ุงูููู ุฉ ุตุบูุฑุฉ ุงุงู ุงูู ุจุงุงูู ูุงู ุงูุญุตูู ุนูู ููุฒุฑ ุจุณุจุจ ููู ุฉ ุงููุณุจ ุงูุนุงูู ููุฐู ุงุงูููุงุน ู ู
ุงูููุฒุฑุงุช .
ูู ูู ูุงูุฑ ูุงูู ุงู ูู ูู ุชูุณูุฑู ุนูู ุฃูููุฏ ุงูุฏุฑุงุณุฉ ูุงูุฐู ZnOูุงูุฑ ูุงูู ูููุฒุฑุฅู ุงูุฎูุงุถ ุนุงู ู ุงูููุนูุฉ ุงุถุงูุฉ ุฅูู ุฃู ุจุงูุนูุงุณูุฉ ููููุฉ ูุฌูุงู ุนุงูุณุงู ุชุตุฑูุงู ุนูู ุงููู ุงูุจููุงูุชู ูุฌููู (F-P)ุงูุญุงู ุชุฌููู ุฉุทุจูุน
ูุฐZnO ูุงูู ูุงูุฑ ูุดุจู ุงูู ูุตู Q ูุฐุงูู ููู ุฉ ,ุจุญุฏูุฏ ุจุนุถ ุงูู ุงููุฑูู ุชุฑ ูุทูู ,ุงูุชุฌููู ุทููู ูุณุจููุง . ู ุฆุงุช ุนุฏุฉ ุจุญุฏูุฏููู ููู ูู ุฃู (F-P)ุชุฌููู
. ุงูุฐู ูุนุชู ุฏ ุจุงุฃูุณุงุณ ุนูู ๐๐)) ูููุชูู ุงุนู ุฑ ุงุดุจุงู ุงูู ูุตุงูุช ุงููุณุจ ูู ููุฒุฑ ู ู ุงูุนูุงู ู ุงูุชู ูุนุชู ุฏ ุนูููุง ู ูุถุญ ูู ุงูู ุนุงุฏูุฉ ุงูุชุงููุฉ: ููู ุง ูู , (mฮฑ) ุขุชูููุฎุณุงุฑุฉ ุงูู ุฑ , (iฮฑ) ุงูุฎุณุงุฑุฉ ุงูุฏุงุฎููุฉ
1
๐๐=
๐
๐(๐ผ๐ +
1
2๐ฟ๐๐In
1
๐ 1๐ 2) (11)
๐๐ = 6.8 ร 10โ15๐ = 6.8 f๐
ุงุญุงุฏู ุงููู ุท ZnOููุฒุฑ ูุงูู ูุงูุฑ ูุฏุฑุงุณุฉ ุฎูุงุตุชุตู ูู
142
ุงุดุจุงู ุงูู ูุตุงูุชุงูุชู ูุชู ุญุณุงุจูุง ูู ููุฒุฑ ููุณูุง ุงูุทุฑููุฉ ุจุชุญุณุจ ูู ููุฒุฑ ูุงูู ูุงูุฑ (tฮฑ)ุงูุฎุณุงุฑุงุช ุงููููุฉ ู ุฅ . [1]ุงูุชูููุฏู
ุงูุชุดุชุช ูุนุชู ุฏ ุนูู ุงูุทูู ุงูู ูุฌู ุจุณุจุจ ุงูุนูุงุณูุชูุง ุงูููููุฉ. ูุงูุฑุฉ ูู ุงูู ููู ูุฉ ูู ููุฒุฑ ูุงูู ุข ู ุฎุณุงุฑุฉ ุงูู ุฑ ุฅ : ูู ุนุงู ู ุงุงูููุณุงุฑ ููุนุจุฑ ุนูู
1-nm 0.015-=ฮปdn/d [4] .
ุชุดุชุช ุงูู ุฌู ูุน ูุงุชุฌ ู ู ูู ZnOูู ุฑูุจ ุงูููุฒุฑ ููุฏ ุงูุฏุฑุงุณุฉ . ุงูุชุดุชุช ูู ู ุนุงู ู ุงุงูููุณุงุฑ ูู ูุงูู ูุงูุฑ ,ู ุซุงุจุช ุนูู ุทูู ุฏููู ู ูุฌุฉ ูููุงูู ูุงูุฑูููุฑุถ ุชูู ู ุงูู . ุงูุชุดุชุช ูู [29]ุงูู ุงุฏู ูุชุดุชุช ุฏููู ุงูู ูุฌุฉ
ZnO ูุฅู ูุณุจ ุงูุนุชุจุฉ ,ููุงูุฆ ุงูุฎุณุงุฑุฉ ุงูุฏุงุฎููุฉ(thg) .ูุณุงูู ุงูุฎุณุงุฑุฉ ุงููููุฉ
ูููุฒุฑ mฮฑ โ thg ูุฅูุฐุฃูู ูู ูู ุงูู ุงููุง ูุจุงููุชูุฌุฉ ู ,ุฉ ุข ุงู ููู ุฉ ุงูุชุดุชุช ูุงุทุฆุฉ ุจุดุฏุฉ ุนูุฏ ู ูุงุฑูุชูุง ุจุฎุณุงุฑุฉ ุงูู ุฑ ุงููุณุจ ุนูุฏ ุงูุนุชุจุฉ . ูู )thg)ุฅุฐ , ููุฏ ุงูุฏุฑุงุณุฉูุงูู ูุงูุฑ
ูุญุณุจ ู ู ุงูุนุงููุฉ ุงูุชุงููุฉ : th(g)ูุณุจ ุงูุนุชุจุฉ ููุญุฏุฉ ุงูุทููู ุฅ
๐๐กโ = ๐ผ๐ = ๐ผ๐ + ๐ผ๐ (12)
๐๐กโ = ๐ผ๐ +1
2๐ฟ๐๐In
1
๐ 1๐ 2 (13)
๐ผ๐ = 0
๐๐กโ = ๐ผ๐ =1
2๐ฟ๐๐In
1
๐ 1๐ 2 (14)
ยตmarL 2.3=ููุฏ ุงูุฏุฑุงุณุฉ : ZnO: ุทูู ู ูุทูุฉ ุงููุณุจ ูููุฒุฑ ูุงูู ูุงูุฑ raL ุฅุฐ
๐๐กโ =1
2 ร 2.3 ร 10โ4In
1
0.04 ร 0.09
๐๐กโ = 1.223 ร 104๐๐โ1
ูู ุงูุนุฏูุฏ cm-1ูุงูุชู ุชุคุฎุฐ ุจูุญุฏุฉ ุชุฌุฑูุจูุงู ุงูู ูุงุณุฉ ูููุณุจ ุชูุชุฑุจ ู ู ุงูููู ุฉ ุงูุชูุฑูุจูุฉ thgุงูููู ุฉ ุงูุนุงููุฉ ู ููุฐุฅู ุงุฃููู ุนูู ูุณุจุงู ูููู ุฃู ุฐู ุงููู ุท ุงูู ููุฑุฏ ูุฌุจ ZnO ุตู ู ููุฒุฑ ูุงูู ูุงูุฑุชูุฐุง [4,5] .ู ู ุงูุจุญูุซ
ูููุฒุฑ ุฐู ุงููู ุท ุงูู ููุฑุฏ ุงูู ุนุฏู ู ุนุงุฏุงูุช ุนู ุงูุจุงุณุช ุฐุงูู ุชุฃููุฏ ุงููุนู ุงูููุฒุฑู . ููู ูู ูุจุฏุก ุงูููู ุฉ ูุฐู ูุณุงูู ูุงูู ูุงูุฑ .
].30[ูุขูุชู (s-1) ุญูู ุฅูู ูุณุจ ุงูุนุชุจุฉ ููุญุฏุฉ ุงูุฒู ู( ููู ูู ุฃู ู cm-1ููุญุฏุฉ ุงูุทูู )ุฅู ุงููุณุจ
๐๐ = ๐๐ ๐๐กโ (15)
= ๐๐: ูู ุณุฑุนุฉ ุงูู ุฌู ูุนุฉ gVุญูุซ ๐๐ , ูog ุงููุณุจ ููุญุฏุฉ ุงูุฒู ู:
๐๐ =3 ร 108
2.5
ุนุจุฏููุง ุฑุงูุฏ ุฃุญู ุฏ ุฃุญู ุฏ ุนูู ุงุญู ุฏ ู
143
๐๐ = 1.2 ร 10
8 ๐/๐
ุชู :ูุงุขู ZnOูุจุฐูู ูู ูู ุญุณุงุจ ุงููุณุจ ููุญุฏุฉ ุงูุฒู ู ุจุงููุณุจุฉ ูููุงูู ูุงูุฑ ููุฒุฑ
๐๐ = 1.2 ร 1010 ร 1.22 ร 104
๐๐ = 1.46 ร 1014๐ โ1
: ูููู ุท ุงูู ููุฑุฏ ZnOูููุฒุฑ ูุงูู ูุงูุฑ ู ุนุงุฏุงูุช ุงูู ุนุฏู ุชุญููู -3
ุงุดุจุงู ุงู ู ุนุงุฏุงูุช ุงูู ุนุฏู ูููุฒุฑ ูุงูู ูุงูุฑ ุฐู ุงููู ุท ุงูู ููุฑุฏ ูู ุชูุฑูุจูุง ู ุดุงุจูุง ูู ุนุงุฏุงูุช ุงูู ุนุฏู ูููุฒุฑ ุนุฏุฏ ุงูููุชููุงุช ุฅูุฌุงุฏ ู ุนุฏู ุชุบูุฑูู ูู ู ุนุงุฏุงูุช ุงูู ุนุฏู ูู ู ุฎุงูู ูู ุงูุญุงุงูุช ุงูู ุณุชูุฑุฉ , ุฉุงูุชูููุฏู ุงูู ูุตุงูุช
(S) , ูุนุฏุฏ ุงุงูููุชุฑููุงุชN)) ุนู ุงูุฏ ูุชุญุช ุดุฑุท ุงูุถุฎ ุงูููุฑุจุงุฆู ูุจุงุณุชูู ููุฒุฑุงุช ุงููู ุท ุงูู ููุฑ ,ู ุน ุงูุฒู ู . [30] ูู ุนุงุฏุงูุช ุงูู ุนุฏู ุงูุชุญููู ุงูุนุฏุฏู
๐๐
๐๐ก=
๐ผ(๐ก)
๐โ
๐
๐๐โ ฮ๐๐ (16)
๐๐
๐๐ก= ฮฒ
๐
๐๐+ ฮ๐๐ โ
๐
๐๐ (17)
ูู ูู ุงู ูุนุจุฑ ุนูู ุนูู ุงูู : ูุณุจ ุงููุณุท ุงููุนุงู
๐ = ๐ผ(๐ โ ๐๐) (18)
ุงูููุชูู ูุนู ุฑ ุช ุญุงู ุงูุงูุนู ุฑ (pฯู nฯ) , ูู ุซุงุจุช ุงููุณุจ: ฮฑ, ุดูุงูุฉ : ูู ุนุฏุฏ ุงูุญุงู ุงูุช ุงู oNุญูุซ ูู ู ุนุฏู ุงูุถุฎ ุงูููุฑุจุงุฆู . ูุจุชุทุจูู ุดุฑุท ุงูุญุงูุฉ I(t)/qู ,ูู ู ุนุงู ู ุงุงููุจุนุงุซ ุงูุชููุงุฆู ฮฒุนูู ุงูุชูุงูู .
ุงูู ุณุชูุฑุฉ : ๐๐
๐๐ก=
๐๐
๐๐ก= 0 (19)
( ูุญุตู ุนูู : 17ูู ู ุงูู ุนุงุฏูุฉ ) ,ุนูุฏ ุงูุญุงูุฉ ุงูู ุณุชูุฑุฉ ฮฒูุจุงูู ุงู ู ุนุงู ู ุงุงููุจุนุงุซ ุงูุชููุงุฆู
ฮ๐ โ1
๐๐ (20)
ูุจุชุนููุถ ุงูููู ุงูุชู ุชู ุญุณุงุจูุง ูู ( 20( ู)19( ู)17ู) 16)ูู ู ู ุนุงุฏูุฉ ) ,ูุจุชุทุจูู ุดุฑูุท ุงูุญุงูุฉ ุงูู ุณุชูุฑุฉ : ุงุงููุญูุงุฒ ููุฑุฉ ุงูุญุณุงุจุงุช ูุชุนููุถ ุจุนุถ ุงูุซูุงุจุซ ูุญุตู ุนูู ุนุฏุฏ ุงูููุชููุงุช ูุฏุงูุฉ ูุชูุงุฑ
๐ =(
๐ผ
๐)โ(
๐๐กโ๐๐
)
๐ค๐๐ (21)
. [4]ูู ุง ูู ps=nฯ 300ุนู ุฑ ุงูุญุงู ุงูุช ูุงูุชู ุชุณุงูู : nฯุฅุฐ
: ุนุฏุฏ ุงูุญุงู ุงูุช ุนูุฏ ุงูุนุชุจุฉ . thn ุฅุฐ
ุงุญุงุฏู ุงููู ุท ZnOููุฒุฑ ูุงูู ูุงูุฑ ูุฏุฑุงุณุฉ ุฎูุงุตุชุตู ูู
144
( ูุงูุถูุง ู ู ุฎุงูู ููุณ ุงูุจุฑูุงู ุฌ ุชู 3( ุชู ุงูุญุตูู ุนูู ุงูุดูู )Matlabูู ู ุฎุงูู ุงุณุชุฎุฏุงู ุจุฑูุงู ุฌ ู ุงุชุงูุจ ) . Sุญุณุงุจ ุนุฏุฏ ุงูููุชููุงุช
. [4] ูุงูู ูุฏู ุฉ ู ู ูุจู ZnOูููุงูู ูุงูุฑ ูุฅู ูุฐู ุงููุชูุฌุฉ ูุชูุงุฑ ุญุฏ ุงูุนุชุจุฉ ูู ูุฑูุจุฉ ุฌุฏุฃ ู ู ุงููุชุงุฆุฌ ุงูุนู ููุฉ
ููุฐู ุงูุนุงููุฉ ูู ูู ุชู ุซูููุง ุจุงูุดูู ,( ุชู ุซู ุนุฏุฏ ุงูููุชููุงุช ูุฏุงูุฉ ููุชูุงุฑ ุงูููุฑุจุงุฆู )ุชูุงุฑ ุงุงููุญูุงุฒ( 21ุฅู ุงูุนุงููุฉ ) ุณุงูู ูู ูุฐูุง th(I (ุญุตูู ุนูู ุชูุงุฑ ุญุฏ ุงูุนุชุจุฉุงูุชู ูุชุนููุถ ุงูููู ุงูุณุงุจูุฉ ุงูุฑุณู ุงูุจูุงูู ุฎุงูู ู ู ู ( . 3)
53 mA= thI
ูู ุงูุนุงููุฉ ุชุจูู ุงูู ุนูู ุงุชููุฐุง ูุงุถุญ ู ู ุงูุนุงููุฉ ู ู ุญูุซ ุจููุฉ S,Iููู ุง ูุงูุญุธ ุจุฃู ููุงู ุชูุงุณุจ ุฎุทู ุจูู ุฃู ุนุฏุฏ ูุชุจูู ( 3 ุงูุดููุฎุงูู . ูู ุง ูุงูุญุธ ู ู ุงูุนุงููุฉ ุงูุถูุง )ุฃู ู ู [q nฯ, th, n og, ฮ )[36 ,ุซุงุจุชุฉ )
ุจุญุฏูุฏ ููุฐุง ุงูุนุฏุฏ ูุชูุงุณุจ ู ุน ุชูุงุฑ ุงุงููุญูุงุฒ ุงููููู ,ุงูููุชููุงุช ุงูุชู ุชู ุงูุญุตูู ุนูููุง ูู ุจุญุฏูุฏ ุจุถุนุฉ ุงุงูู ููู ูุชุทุงุจู ู ุน ุนุฏุฏ ุงูููุชููุงุช ุงูู ูุจุนุซุฉ ูููุฒุฑุงุช ุงุดุจุงู ุงูู ูุตุงูุช ุงุงูุฎุฑู ุงูุชู ุชุนู ู (ุนุดุฑุงุช ุงูู ูู ุงู ุจูุฑ)
. [31]ู ู ุชูุงุฑ ุงุงููุญูุงุฒ ููู ุฉุถู ู ูุฐุง ุงู
ู ุงูู ุนูู ุงุช ูุซ ูุฐุญูู ุชูุฑูุจูุง ูู ุชูู ุฎุตุงุฆุต ู ุดุงุจูุฉ ูุชุฑููุจ ุงูููุฒุฑ ููุฏ ุงูุฏุฑุงุณุฉ ZnOูู ููุฒุฑ ูุงูู ูุงูุฑ ( )ุงููุฏุฑุฉ ุงูุถูุฆูุฉ ูุดุฏุฉ ุงุงูุถุงุกุฉ( Photoluminescence (PLูููุงุณ ุทูู ู ูู ุฌุฏุงู ููุงูุณุงุจูุฉ
ููุณุช ุชุฌุฑูุจููุง ูููุฒุฑ Internal Quantum efficiency ((IQEุฃู ุงูููุงุกุฉ ุงููู ูุฉ ุงูุฏุงุฎููุฉ . [32,33,34] . [37] 0.55, ุงูุชู ูู ุจุญุฏูุฏ ZnOูุงูู ูุงูุฑ
ู ุงูููุงุกุฉ ุงููู ูุฉ ุงูุฏุงุฎููุฉ ูู ูู ุญุณุงุจูุง ู ู ุฎุงูู ุงูู ุนุงุฏูุฉ ุงุงูุชูุฉ : ุฅ
๐๐ =๐๐ข๐๐๐๐ ๐๐ ๐โ๐๐ก๐๐๐ ๐๐๐๐๐๐๐ก๐๐ ๐๐๐ก๐๐๐๐๐๐๐ฆ ๐๐๐ ๐ข๐๐๐ก ๐ ๐๐๐๐๐
๐ข๐๐๐๐ ๐๐ ๐๐๐๐๐๐ก๐๐ ๐๐๐๐๐ก๐๐๐๐ ๐๐ ๐ก๐ ๐๐๐๐๐๐ ๐๐๐ ๐ข๐๐๐ก ๐ ๐๐๐๐๐ (23)
ุจุนุฏ ุญุฏ ุงูุนุชุจุฉ )ุนูุฏ ุชุฌุงูุฒ ุญุฏ ุงูุนุชุจุฉ ูููุฒุฑ( ูู : ุงุดุจุงู ุงูู ูุตุงูุชุงููุฏุฑุฉ ุงูู ูุจุนุซุฉ ู ู ููุฒุฑ
ุนุจุฏููุง ุฑุงูุฏ ุฃุญู ุฏ ุฃุญู ุฏ ุนูู ุงุญู ุฏ ู
145
๐๐๐ข๐ก = ๐๐โ๐
๐(๐ผ โ ๐ผ๐กโ) (24)
External Differential: ูู ุงูููุงุกุฉ ุงูุชูุงุถููุฉ ุงููู ูุฉ ุงูุฎุงุฑุฌูุฉ dฦ: ูู ุทุงูุฉ ุงูููุชูู ุงููุงุญุฏ ู ฯ hุญูุซ Quantum Efficiency (EDQE) ุงููุณุจุฉ ุจูู ุนุฏุฏ ุงูููุชููุงุช ุงูุฎุงุฑุฌุฉ ู ู ุงูุชุฌููู ูุง. ูุงูุชู ุชุนุฑู ุนูู ุงู
ุงูููุฒุฑู ุฅูู ุนุฏุฏ ุงุงูููุชุฑููุงุช ุงูู ุญูููุฉ ุจุฏุงุฎูู . ููู ูู ูุชุงุจุชูุง ุนูู ุงููุง :
๐๐ = ๐๐๐ผ๐
๐ผ๐+๐ผ๐ (25)
( ูุงูุถูุง ู ู ุฎุงูู ููุณ ุงูุจุฑูุงู ุฌ ุชู ุญุณุงุจ ุงููุฏุฑุฉ 4( ุชู ุงูุญุตูู ุนูู ุงูุดูู )Matlabูู ู ุฎุงูู ุจุฑูุงู ุฌ ) . ZnOุงูุฎุงุฑุฌุฉ ู ู ุชุฌููู ูุงูู ูุงูุฑ
๐๐ููุฏ ุงูุฏุฑุงุณุฉ ZnOูู ุชุฑููุจ ููุฒุฑ ูุงูู ูุงูุฑ โ ๐๐ ุจุณุจ ุฃู ,๐ผ๐ โ 0 .
ุชููู ุฏุงูุฉ ุฎุทูุฉ ููุชูุงุฑ. ุงูููุงุกุฉ ุงูุฏุงุฎููุฉ ุณุชุจูู ุจุฃู ุงููุฏุฑุฉ ุงูุฎุงุฑุฌุฉ ุนูุฏ ุชุฌุงูุฒ ุญุฏ ุงูุนุชุจุฉ 24)ู ู ุงูู ุนุงุฏูุฉ ))iฦ) ,ูุนุงู ู ุงูุญุตุฑ(ฮ), ูุฎุณุงุฆุฑ ุงูุชุฌููู(iฮฑ ูmฮฑ) ( 4ุฌู ูุนูุง ุชุจูู ุซุงุจุชุฉ. ูู ุง ูู ุงูุดูู(.
( ูู ุง ููู ูู ุญุณุงุจ ููุงุกุฉ ุงูู ูู 4ุงูุฑุณู ูู ุงูุดูู )( ุญุตููุง ุนูู Matlab 2015aูู ู ุฎุงูู ุจุฑูุงู ุฌ )(Slope efficiency ) :ู ู ุงูุฑุณู ุงูุจูุงูู ูุงูุชู ุชุณุงูู
Slope efficiency =โP
โI= 1.77
: [38]ูู ุง ููู ูู ุญุณุงุจูุง ู ู ุงูู ุนุงุฏูุฉ ุงูุขูุชูุฉ
๐๐ =โP
โI(
qฮป
hc) (26)
โP
โI=
๐๐hc
qฮป (28)
ุงุญุงุฏู ุงููู ุท ZnOููุฒุฑ ูุงูู ูุงูุฑ ูุฏุฑุงุณุฉ ุฎูุงุตุชุตู ูู
146
ู ู C19-1.6ร10: ุดุญูุฉ ุงุงูููุชุฑูู ูุงูุชู ุชุณุงูู qู , J.s34-6.63ร10: ุซุงุจุช ุจุงููู ูุงูุฐู ูุณุงูู hุฅุฐ 1.77ูู ูู ุงูุถูุง ุญุณุงุจ ููุงุกุฉ ุงูู ูู ูุงูุชู ุงูุถูุง ุชุณุงูู 28) ุงูู ุนุงุฏูุฉ )
: ุฎุงูุตุฉุงู -4
ุงููุณุจููุง ูููุงุกุฉ ูู ูุฉ ุฏุงุฎููุฉ ูู ูู ุฌูุฏ ุชูุงุฑ ุญุฏ ุนุชุจุฉ ูููุงูู ZnOูุชุจูู ู ู ุฎุงูู ูุฐุง ุงูุจุญุซ ุงู ูููุฒุฑ ูุงูู ูุงูุฑ ุชููุน ุจุฃู ูููู ููุฐุง ูุฐูู ู ุููุฒุฑุงุช ุงูุชูููุฏูุฉูู ูุงุฑูุฉ ุจุงุงูุชุดุบูู ุจูู ุท ู ููุฑุฏ ูุจุฏุฑุฌุฉ ุญุฑุงุฑุฉ ุงูุบุฑูุฉ ู ุน ุงุณุชู ุฑุงูุฉ
ูู ู ุฏู ูุงุณุน ู ู ุงูุชุทุจููุงุช ูุฐูู ูุตุบุฑ ุญุฌู ู ูุณูููุฉ ุนู ุงููุงูู ูุงููุฉ ุงุณุชุงูููุฒุฑ ุดุฃู ูุจูุฑ ูู ุงูู ุณุชูุจู ุชุตููุนู ููุชูุงู ูู ู ุน ุงูุฏูุงุฆุฑ ุงุงูููุชุฑูููุฉ ูุจููุงุกุฉ ุนุงููุฉ .
ู ุนุงุฏุงูุช ุนู ุงููุงูุชู ุชู ุญุณุงุจูุง ุจุงุณุช: (1ุงูุฌุฏูู ุฑูู )ูู ุงูุจุญุซ ู ุฏููุฉ ูู ุนู ูุฉุงูู ุณุช (ุงูุจุงุฑุงู ูุชุฑุงุชุงูู ุนุงูู )ุฃู ุงูู ุนุฏู ูููู ุท ุงูู ููุฑุฏ ูู ุนุงุฏุงูุช ููุฒุฑ ุงุดุจุงู ุงูู ูุตุงูุช .
ู ุนููุงู ุงูุตูุบุฉ ุงููุชูุฌุฉ
ฮ= 0.96 ฦ๐๐ = 1 โ [2.405 exp (
1
๐)]
2
๐โ3 moฦ : ุจุฏุงุฎู ูุฏุฑุฉ ุงููู ุท ุงููุณุฑู
rููุจ ุงููุงูู ูุงูุฑ ุจูุตู ูุทุฑ
๐ = ๐๐(๐2 โ 1)0.5 k=2ฯ/ฮป ฮป=385 nm
n=2.5 r>100
ูู ููุง ุชู ุงูุญุตูู
ุนูู ุงููุทุฑ ุงูุญุฑุฌ
ููู ุงูู ูุทุฑ ููุนู ู
ุงููุงูู ูุงูุฑ ุจูู ุท
D=128nmู ููุฑุฏ
1 โ (๐๐ท
๐) (๐2 โ nยบ
2)0.5 < 2.4 ุดุฑุท ุงููู ุท ุงูู ููุฑุฏ ุญูุซ
D ูุทุฑ ุงููุงูู ูุงูุฑ :
n ู ุนุงู ู ุงููุณุงุฑ ููุจ ุงููุงูู ูุงูุฑ :
n=2.5
=1ยบn ููููุงุก ุนูู ูุฑุถ
ฮปุงูุทูู ุงูู ูุฌู ูููุฒุฑ ุงูู ุตู ู :
ฮป=385 nm
โฮป=2 nm โฮป=๐2
[2๐ฟ(๐โ๐(๐๐
๐๐]
ฮปฮ ู ุนุฏู ุงููุงุตูุฉ ุจูู ุงุงููู ุงุท :
ุงูุทูููุฉ 1-cm0.015 -=ฮปdn/d :
ุงูุชุดุชุช ุนูู ุทูู ู ุญูุฑ ุงููุณุจ
aL ูุณุจ ุงูู ูุทูุฉ ุงููุนุงูุฉ ูููุงู :
ูุณุงูู ุทูู ุงูุชุฌููู ูุญุณุจ
ยตm 3.2ุนูู ุงูู ูุณุงูู
Q= 192 ๐
๐ฅ๐ =
๐
๐ฅ๐=Q ุนุงู ู ุงูููุนูุฉ ูููุฒุฑ ูุงูู ูุงูุฑ
๐๐ = 1.33 ๐๐ 1
๐๐=
๐
๐(๐ผ๐ +
1
2๐ฟIn
1
๐ 1๐ 2)
:๐๐ ุงูุนู ุฑ ุงูุฒู ูู ููููุชูู
c ุณุฑุนุฉ ุงูุถูุก ูู ุงููุฑุงุบ :
m/s 83ร10ูุชุณุงูู
Lุชุฌููู ุงููุงููู : ุทูู ุงู
ุนุจุฏููุง ุฑุงูุฏ ุฃุญู ุฏ ุฃุญู ุฏ ุนูู ุงุญู ุฏ ู
147
ุฅูู ู ุตุงุฏุฑ ุฐุงุช ุนุงููุฉ ูุทูุฏุฉ ุจุงูุจุญุซ ูุฏ ุชู ุชุจูููุง ุงุณุชูุงุฏุฃ )ุงูู ูุงููุณ( ุจุนุถ ุงูุจุงุฑุงู ูุชุฑุงุชุงู : (2ุฌุฏูู ุฑูู ) ,ููู ู ุฏููุฉ ุจุงูุฌุฏูู ุงุฃูุชู [36],[28],[26],[4],[1]
ู ุนููุงู ุงูุตูุบุฉ
๐๐กโ = ๐ผ๐ก = ๐ผ๐ + ๐ผ๐
๐๐กโ = ๐ผ๐ +1
2๐ฟ๐๐In
1
๐ 1๐ 2
๐ผ๐ ุชูู ู ูุตุบุฑูุง
thg ุงููุณุจ ุนูุฏ ุงูุนุชุจุฉ :
tฮฑ : ุงููุณุจ ุงูููู
iฮฑ :ุงูุฎุณุงุฆุฑ ุงูุฏุงุฎููุฉ
mฮฑ :ุฎุณุงุฆุฑ ุงูู ุฑุงูุง
acL ุทูู ุงูู ูุทูุฉ ุงููุนุงูุฉ :
2, R1R ุงูุนูุงุณูุฉ ุงูู ุฑุขุฉ ุงุงูู ุงู ูุฉ ูุงูุฎูููุฉ ุนูู ุงูุชูุงูู :
=0.092=0.04 , R1R
๐ฟ๐๐ = ๐ฟ๐ + ๐ฟ๐ + ๐ฟ๐
๐ฟ๐๐ = 2.1๐๐ + 0.2๐๐ + 0.1๐๐= 2.3 ๐๐
ZnOุทูู ุงูู ูุทูุฉ ุงููุนุงูุฉ ูู ุงููุงูู ูุงูุฑ
๐๐ = 300 ๐๐ ุนู ุฑ ุญุงู ุงูุช ุงูุดุญูุฉ
๐๐กโ = 1.1 ร 1018๐๐โ3 ุชุฑููุฒ ุงูุญุงู ุงูุช ุนูุฏ ุญุฏ ุงูุนุชุจุฉ
๐๐ = ุงูููุงุกุฉ ุงููู ูุฉ ุงูุชูุงุธููุฉ ุงูุฏุงุฎููุฉ 0.85
๐ = ุงูุฏุฑุงุณุฉู ุนุงู ู ุงููุณุงุฑ ููุจ ุงููุงูู ูุงูุฑ ููุฏ 2.5
ฮป = 385 ๐๐ ุงูุทูู ุงูู ูุฌู ูููุงูู ูุงูุฑ ููุฏ ุงูุฏุฑุงุณุฉ
๐ = 240 ๐๐ ุงูู ุณุงูุฉ ุจูู ุงุซููู ู ู ุงููุงูู ูุงูุฑ ุงูู ุชุชุงูููู ูููุงูู ูุงูุฑ ููุฏ ุงูุฏุฑุงุณุฉ
:ุงูู ุตุงุฏุฑ
1. Johnson J. C., Yan, H. Q., Yang, P. D. & Saykally, R. J. Optical cavity effects in ZnO nanowire lasers and waveguides. J. Phys. Chem. B 107,
8816โ8828 (2003).
2. Okazaki K., Kubo K., Shimogaki T., Nakamura D., Higashihata M., and Okada T. Lasing characteristics of ZnO nanosheets excited by ultraviolet
laser beam. Adv. Mat. Lett., Vol. 2, 354-357 (2011).
3. Sattar Z. A., and Shore K. A. Analysis of the direct modulation response of nanowire lasers. J. Lightwave Technol., Vol. 33, 3028, (2015).
4. Chu S., Wang G., Zhou W., Lin Y., Chernyak L., Zhao J., Kong J., Li L., Ren J. and Liu J. Electrically pumped waveguide lasing from ZnO nanowire
Nature Nanotechnology, Vol. 6, 506-510, (2011).
5. Huang M. H., Mao S., Feick H., Yan H. Q., Wu Y. Y., Kind H., Weber E., Russo R., and Yang P. D. Room-temperature ultraviolet nanowire
nanolasers Science, Vol. 292, 1897-1899, (2001).
6. Vugt L. K., Rรผhle S., and Vanmaekelbergh D. Phase-correlated nanodirectional laser emission from the end facets of a ZnO nanowire Nano
Lett., Vol. 6, 2707-2711, (2006).
7. Zhou H., Wissinger M., Fallert J., Hauschild R., Stelzl F., Klingshirn C.,and Kalt H. Uniform-sized ZnO nanolasers arrays Appl. Phys. Lett., Vol. 91,
181112, (2007).
ุงุญุงุฏู ุงููู ุท ZnOููุฒุฑ ูุงูู ูุงูุฑ ูุฏุฑุงุณุฉ ุฎูุงุตุชุตู ูู
148
8. Duan X. F., Huang Y., Agarwal R., and Lieber C. M. Single-nanowire electrically driven lasers. Nature, Vol. 421 , 241-245, (2003).
9. Zhang J. Y., Zhang Q. F., Deng T. S., and Wu J. L. Electrically driven ultraviolet lasing behavior from phosphours-doped p-ZnO nanonail array/n-
Si heterojunction. Appl. Phys. Lett., Vol. 95, 211107, (2009).
10. Yaoguang Ma et al. Semicnductor nanowire lasers. Advances in optics and photonics 5, 216-273 (2013).
11. Lieber C. M. Nanoscal Science and technology:building a big future from small thing. MRS Bull. 28, 486-491, (2003).
12. Lieber C. M. and Wang Z. I. Functional nanowires. MRS Bull, 32, 99-108 (2007).
13. Ma, Yaoguang, and Limin Tong. "Optically pumped semiconductor nanowire lasers." Frontiers of Optoelectronics, Vol. 5, 239-247, (2012).
14. Johnson J. C., Knutsen K. P., Yan H., Law M., Zhang Y., Yang P., and Saykallym R. J. Ultrafast carrier dynamics in single ZnO nanowire and
nanoribbon lasers. Nano Lett., Vol. 4, 197-204, (2004).
15. Couteau C., Larrue A., Wilhelm C., and Soci C. Nanowire lasers. Nanophotonics, Vol. 4, 90-107, (2015).
16. Ma Y., Guo X., Wu X., Dai L., and Tong L. Semiconductor nanowire lasers. Advances in Optics and photonics, Vol. 5, 216-373, (2013).
17. Larrue A., Wilhelm C., Vest G., Combriรฉ S., de Rossi A., and Soci C. Monolithic integration of III-V nanowire with photonic crystal microcavity
for vertical light emission. Opt. Express, Vol. 20, 7758, (2012).
18. Johnson J. C., Yan H., Choi H.-J., Knutsen K. P., Petersen P. B., Law M., Yang P., and Saykally R. J. Single nanowire waveguides and lasers. Proc. of
SPIE, Vol. 5223, 187-196, (2003).
19. Snyder A. W. and Love D. Optical waveguide theory. Kiuwer, Bostonm (1983).
20. Chen C. โL. Elements of optoelectronics and fiber optics. Chicago, (1966). 21. Johnson J. C., Chol H.-J., Knutsen K. P., Schaller R. D., Yang P., F, and
Saykally R. J. Single gallium nitride nanowire lasers. Nature Materials, Vol.
1, 106, (2002). https://www.researchgate.net/publication/10871741.
22. Chena L. and Toweb E. Coupled optoelectronic modeling and simulation of nanowire lasers. Appl. Phys. Lett., Vol. 84, 1067, (2004).
23. Lopatiuk-Tirpak O., Cernyak L., Xiu F. X., Liu J. L., Jang S., Ren F., Pearton S. J., Gartsman K, Feldman Y., Osinsky A., and Chow P. Studies of
minority carrier diffusion length increase in p-type ZnO:Sb. J. Appl. Phys.,
Vol. 100, 086101, (2006).
24. A. Soudi, P. Dhakal and Y. Gu, "Diameter dependence of the minority carrier diffusion length in individual ZnO nanowire," Appl. Phys. Lett., Vol.
96, pp. 253115, (2010).
25. Zimmler M. A., Capasso F., Mรผller S., and Ronning C. Optically pumped nanowire lasers: invited review Semiconductor Science and Technology., Vol. 25, 024001, (2010).
26. Gradecak S., Qian F., Li Y., Park H.-G., and Lieber C. M. GaN nanowire lasers with low lasing threshols. Appl. Phys. Lett., Vol. 87, 173111, (2005).
27. Maslov A. V. and Ning C. Z. Reflection of guided modes in a semiconductor nanowire laser. Appl. Phys. Lett., Vol. 83, 1237, (2003).
ุนุจุฏููุง ุฑุงูุฏ ุฃุญู ุฏ ุฃุญู ุฏ ุนูู ุงุญู ุฏ ู
149
28. Wang M. Q., Huang Y. Z., Chen Q., and Cai Z. P. Analysis of mode quality factors and mode reflectivities for nanowire cavity by FDTD technique.
IEEE J. Quantum Electron., Vol. 42, 146-151, (2006).
29. Chang S.-W., Lin T.-R., and Chuang S. L. Theory of plasmonic F-P nanolasers. Opt, Express, Vol. 18, 15039-15053, (2010).
30. Ma R.-M., Oulton R. F., Sorger V. J. and Zhang X. Plassmon lasers: coherent light source at molecular scales. Laser Photonics Rev., Nol. 7, 1-
21, (2013).
31. Abdullah R. A., Khallel E. A. Threshold gain dynamic of blue InGaN laser diode with optical feedback. Optic., 124, 2740-2742 (2013).
https://www.researchgate.net/publication/267918178.
32. Zhang Y., Russo R. E. and Mao S. S. Quantum efficiency of ZnO nanowire lasers. Appl. Phys. Lett., 87, 043106 (2003).
33. http:/nanowire,Berkeley.edu/wp-content/uploads/2013/01/207_SI.pdf. http://apl.aip.org/apl/copyright.jsp.
34. Reshchikov M. A., Gu X., Nemeth B., Nause J., and Morkoรง H. High quantum efficiency of photoluminescence in GaN and ZnO. Mater. Res.
Soc. Symp. Proc. Vol. 892, pp. 0892-FF23-11.1-11.15, (2006). https://www.researchgate.net/publication/267918178.
35. Yang Q., Jiang X., Guo X., Chen Y., and Tong L. Hybrid structure laser based on semiconductor nanowires and a silica microfiber knot cavity. Appl.
Phys. Lett. 94, 101108-1, (2009).
http://apl.aip.org/apl/copyright.jsp.
36. D. J. Sirbuly, M. Law, H. Yan, and P. Yang," Semiconductor Nanowires for Subwavelength Photonics Integration," J. Phys. Chem. B, Vol. 109,pp.
15190-15213, 2005.
37. Foreman J. V., Everitt H. O., Yang J. and Liu J. Influence of temperature and photoexcitation density on the quantum efficiency of defect emission in
ZnO powders. Appl. Phys. Lett. 91, 011902-2, (2007).
https://doi.org/10.1063/1.2753540.
38. Mobarhan K. S., Ph.D. Test and Characterization of Laser Diodes: Determination of Principal Parameters. Appl. Fiber Optics & Photonics, 1-4, (2007). www.newport.com.
http://apl.aip.org/apl/copyright.jsphttp://apl.aip.org/apl/copyright.jsphttps://doi.org/10.1063/1.2753540
Text1: [email protected]