Chimie
Când LED-ul a devenit disponibil pentru prima dată în comerț, în urmă cu peste 40 de ani, nimeni nu a acordat prea multă atenție modului în care a fost fabricat sau în ce constă chimic. Acest lucru s-a datorat în parte faptului că doar câteva tipuri și culori de bază au fost disponibile (cum ar fi GaP - roșu și verde și GaAsP - galben). Astăzi, pentru a obține noi culori sau lungimi de undă și pentru a îmbunătăți performanța și fiabilitatea, există multe tipuri noi de structuri chimice create. Din acest motiv, LED-urile nu mai sunt menționate strict prin culoarea lor, ci și prin denumirea lor chimică, cum ar fi InGaAlP sau GaAlAs. În cazul în care utilizatorul nu este familiarizat cu tehnologia LED-uri sau nu are o diplomă în chimie și materiale, acest hodgepodge de litere poate fi foarte confuz. Următoarele informații sunt furnizate pentru a ajuta la atenuarea unora dintre aceste confuzii.
Galiu
Primul și principalul element utilizat în fabricarea aproape tuturor dispozitivelor LED semiconductoare este galiul. Galiul este un material metalic care se găsește ca oligoelement în cărbune, bauxită și alte minerale. Simbolul pentru galiu este "Ga" – (numărul atomic 31). Atunci când este combinat cu arsenicul "As" (numărul atomic 33), un element metalic gri foarte otrăvitor, la temperaturi de aproximativ 4000 de grade Fahrenheit, se formează arsenida compusă de galiu "GaAs". Acest compus cristalin gri închis este baza pentru LED-urile semiconductoare originale fabricate în urmă cu aproape 40 de ani. Când curentul/energia este aplicată acestui material, se emițează fotoni sau particule de lumină. GaAs emite în sine lumină în intervalul infraroșu care nu este vizibilă ochiului uman, cu toate acestea, dacă se introduce un alt element, fosforul (un element alb sau galben foarte reactiv, nemetalic, care apare în mod natural în fosfați, cu numărul atomic 15 și simbolul "P"), se formează un cristal mixt de fosfură de galiu aresenidă "GaAsP". În funcție de cantitatea proporțională de fosfor, se obține lumină în intervalul vizibil de la roșu la galben.
În plus față de GaAsP descris mai sus, a fost dezvoltată combinația de materiale posfură de galiu "GaP". Prin dopajul corespunzător al acestui compus cristalin, s-ar putea obține diferite culori. De exemplu, prin adăugarea zinc-oxigen la GaP, se obține culoarea roșie. Prin adăugarea de azot, se obține undă verde. Este important să rețineți că în aproape toate materialele semiconductoare cu LED-uri mor, elementele adăugate, cum ar fi zinc, azot, beriliu etc. nu sunt de obicei specificate în acronimul structurii generale a materialului. Toate materialele menționate mai sus, deși dezvoltate cu mulți ani în urmă, sunt încă disponibile pe scară largă și în uz astăzi. (Tabelul 1)
Aluminiu
La sfârșitul anilor 1970, s-a descoperit că prin adăugarea de aluminiu "Al" (numărul atomic 13 și cel mai abundent element metalic din scoarța terestră) la compusul GaAs, o culoare roșie ar putea fi produsă cu o luminozitate și o eficiență semnificativ crescute față de produsul existent. Astfel, s-a format arsenid de aluminiu galiu "GaAlAs". Deși combinația de galiu, aluminiu și arsenic există de aproximativ 30 de ani, formatul real pentru configurația elementară variază. Unii producători descriu compus ca AlGaAs în timp ce alții numesc GaAlAs. Inițial, mulți au crezut că materialul desemnat mai întâi a fost găsit în cantități mai mari decât elementele succesive. Dacă GaAlAs a fost denumirea, atunci Ga (galiu) a fost elementul principal în compus. Al (aluminiu) ar fi al doilea și As (arsenide) ar fi al treilea. Acest lucru a cauzat mulți utilizatori să creadă că în cazul în care ordinea element a fost diferit, fiecare dintre compuși a fost semnificativ diferit. Aceasta este o presupunere incorectă. Ordinea în care fiecare element este plasat în compus nu respectă secvențele chimice standard și nici nu este necesar să facă acest lucru, deoarece structura chimică exactă nu este specificată. GaAlAs sunt doar elementele "primare" utilizate în compus. Toate celelalte elemente suplimentare sau dopante, cum ar fi zincul sau azotul și compozițiile lor exacte nu sunt enumerate. În esență, singura diferență dintre GaAlAs și AlGaAs este în modul în care este scris acronimul.
Recent, acest mish-mash de litere și tipuri de materiale a fost chiar mai complicat prin introducerea de mulți compuși noi, cum ar fi indiu galiu fosfură de aluminiu "InGaAlP." Odată cu adăugarea de indiu "In" (un compus metalic alb argintiu maleabil moale găsit în principal în minereurile de zinc și staniu cu numărul atomic 49), s-a constatat că nu numai că luminozitatea și eficiența LED-urilor ar fi îmbunătățite, dar durata de viață reală ar fi crescută semnificativ față de materialele actuale, cum ar fi GaAlAs. În plus, cu dopajul adecvat, se poate produce o mare varietate de culori și lungimi de undă. Similar cu arsenidul de aluminiu galiu, acronimul pentru fosfura de aluminiu galiu indiu poate fi exprimat în mai multe moduri. Cele mai frecvente două sunt InGaAlP și AlInGaP. Ambele forme sunt chimic același material.
Elemente din grupa III și grupa V
Elemente precum (Al, Ga și In) se numesc elemente de grup "III", în timp ce (P, As și N) sunt elemente de grup "V". Produsul semiconductor emițător de lumină este de obicei denumit material "III-V" derivat din tabelul periodic. Alți compuși, cum ar fi carbura de siliciu "SiC", care combină siliciul (un element nemetalic care apare pe scară largă în scoarța terestră în silice și utilizat pentru fabricarea sticlei, dispozitivelor semiconductoare, ceramicii etc. cu numărul atomic 14) și carbonul (un element nemetalic natural abundent care apare în toate organismele organice sau vii cu numărul atomic 6) și nitrura de galiu "GaN" sunt utilizați la fabricarea LED-urilor albastre și verzi. Acronimul pentru acești compuși este, în general, consecvent în întreaga industrie, deși ar putea fi transpus în orice moment. Odată ce un compus chimic a fost stabilit, acronimul care descrie această substanță poate fi foarte subiectiv la capriciile producătorului sau dezvoltatorului. Este important să rețineți că un compus nu ar trebui să fie interpretat greșit ca fiind superior sau inferior la un alt compus cu aceeași compoziție chimică, dar o ordine chimică diferită.
