ГЕНО́М - набор хромосом, характеризующий биологический вид. Применительно к светодиодам, геном - это то общее, что есть в любом светодиоде. Что же это? Это два транспортных слоя и активный слой.
Транспортные слои (как следует из их названия) предназначены для транспортировки в активный слой электронов ( из N-слоя) и дырок (из P-слоя). В простейшем случае N-слой представляет из себя 4-валентный кремний, легированный 5-валентным фосфором, создавая таким образом избыток электронов. А если легировать кремний трехвалентным бором, то образуется P-слой с недостатком электронов = избытком дырок.
С целью обеспечения прозрачности, в качестве транспортных слоев в светодиодах используется нитрид галлия (GaN), легированный кремнием (N слой) или магнием (P-слой).
При подаче на светодиод напряжения, из транспортных слоев в активный слой поступают электроны и дырки, При этом электроны переходят из нижних уровней зоны проводимости на верхние уровни валентной зоны. Возвращение электронов в основное состояние сопровождается излучением фотонов света.
Что представляет из себя активный слой?
На сегодняшний день наибольшее распространение получили светодиоды на основе гетероструктур InGaN/AlGaN/GaN с множественными квантовыми ямами - MQW (Multiple Quantum Well). В таких светодиодах используется до шести слоев полупроводников III–V группы. Структуры MQW-LED или просто LED показаны на рисунке..
Среди органических светодиодов, наилучшие показатели на сегодня показывают полимерные органические светодиоды. Светоизлучающими материалами для светодиодов на основе сопряженных полимеров являются такие электролюминесцентные полимерные соединения, как, например, полифлуорен или полифенилен. Структуры O-LED показаны на рисунке.
Светодиоды с квантовыми точками (QD-LED) преобразуют электрическую энергию в свет посредством рекомбинации электронов и дырок в квантовых точках. К примеру, толщина транспортных слоев может лежать в пределах от 20 до 40 нм, а толщина активного слоя определяется диаметрами квантовых точек и количеством их слоев. Структуры QD-LED показаны на рисунке.
Перовскитные светодиоды изготавливаются с использованием перовскитных нанокристаллов, имеющих состав ABX, где A = цезий или метиламмоний (MA), B = свинец или олово, X = хлорид, бромид или йодид.
Такое необычное строение кристаллов делает их устойчивыми к дефектам и способными ярко светиться без дополнительной обработки поверхности, требующейся, например в коллоидных квантовых точках, таких как CdSe, которые должны быть пассивированы соответствующей оболочкой, чтобы ярко светиться. На рисунке показаны структуры PE-LED.
Независимо от конкретного типа активного слоя, для создания эффективного светоизлучения светодиод должен обладать эффективными транспортными слоями и активным слоем с эффективной инжекцией электронов и дырок, высоким квантовым выходом и высокой эффективностью вывода фотонов.
Можно предположить, что кроме перечисленных вариантов активных слоев, в ближайшее время появятся новые материалы и технологии.
Сравнение яркости светодиодов с различными активными слоями затруднено, так как некоторые технологии еще не вышли из стадии исследований. На сегодня традиционные (MQW-LED) светодиоды пока превосходят органические (O-LED) как по яркости, так и по сроку службы. Можно предположить, что QD-LED и PE-LED будут близки по этим параметрам к традиционным светодиодам.
Суть вопроса не в этом. Исторически сложилось так, что наиболее сложная технология (MQW-LED) оказалась наиболее массовой. Поэтому новые технологии в первую очередь направлены на упрощение и удешевление производства светодиодов. Например, на использование струйных технологий, технологии трафаретной печати и пр. вместо таких дорогостоящих технологий, как магнетронное распыление и пр.
Удешевление (в разы) новых типов светодиодов станет возможным при объемах выпуска, сопоставимых с традиционными светодиодами.