Kemi
Da LED'en først blev kommercielt tilgængelig for over 40 år siden, var der ingen, der virkelig var meget opmærksomme på, hvordan den blev lavet, eller hvad den bestod af kemisk. Dette skyldtes til dels, at kun et par grundlæggende typer og farver var tilgængelige (såsom GaP - rød og grøn og GaAsP - gul). I dag, for at opnå nye farver, eller bølgelængder, og forbedre ydeevne og pålidelighed, der er mange nye typer af kemiske strukturer, der skabes. På grund af dette, lysdioder er ikke længere udelukkende henvist til af deres farve, men også ved deres kemiske navn, såsom InGaAlP eller GaAlAs. Hvis brugeren ikke er bekendt med LED-teknologi eller ikke har en grad i kemi og materialer, kan dette sammensurium af bogstaver være meget forvirrende. Følgende oplysninger er givet for at afhjælpe nogle af denne forvirring.
Gallium
Det første og primære element, der anvendes til fremstilling af næsten alle halvleder LED-enheder, er gallium. Gallium er et metallisk materiale, der findes som et sporstof i kul, bauxit og andre mineraler. Symbolet for gallium er "Ga" – (atomnummer 31). Når det kombineres med arsen "As" (atomnummer 33), dannes et meget giftigt gråt metalelement ved temperaturer på ca. 4000 grader Fahrenheit. Denne mørkegrå krystallinske forbindelse er grundlaget for de oprindelige halvleder led'er fremstillet for næsten 40 år siden. Når der påføres strøm/energi på dette materiale, udsendes fotoner eller lyspartikler. GaAs i sig selv udsender lys i det infrarøde område, som ikke er synligt for det menneskelige øje, men hvis et andet element, fosfor (et meget reaktivt hvidt eller gult, ikke-metallisk element, der forekommer naturligt i fosfater, med atomnummer 15 og symbol "P") indføres, dannes en blandet krystal af gallium aresenidphosphid "GaAsP". Afhængigt af den proportionale mængde fosfor opnås lys i det synlige område fra rød til gul.
Ud over GaAsP beskrevet ovenfor, materialet kombination gallium posphide "GaP" blev udviklet. Ved korrekt doping denne krystal sammensatte, forskellige farver kunne opnås. For eksempel opnås farven rød ved at tilføje zink-ilt til GaP. Ved tilsætning af kvælstof opnås grønt lys. Det er vigtigt at bemærke, at i næsten alle halvleder LED dør materiale, de tilsatte elementer som zink, nitrogen, beryllium osv. er normalt ikke specificeret i den generelle materialestruktur akronym. Alle de ovennævnte materialer, selv om udviklet for mange år siden, er stadig bredt tilgængelige og i brug i dag. (Tabel. 1)
Aluminium
I slutningen af 1970'erne blev det opdaget, at ved at tilføje aluminium "Al" (atomnummer 13, og den mest rigelige metalliske element i jordens skorpe) til GaAs sammensatte, en rød farve kunne produceres med en lysstyrke og effektivitet betydeligt øget i forhold til eksisterende produkt. Således gallium aluminium arsenid "GaAlAs" blev dannet. Selvom kombinationen af gallium, aluminium og arsen har eksisteret i ca. 30 år, varierer det faktiske format for den elementære konfiguration. Nogle producenter skildrer forbindelsen som AlGaAs, mens andre kalder det GaAlAs. Oprindeligt troede mange, at det materiale, der blev udpeget først, blev fundet i større mængder end de efterfølgende elementer. Hvis GaAlAs var betegnelsen, så Ga (gallium) var det primære element i forbindelsen. Al (aluminium) ville være anden og As (arsenid) ville være tredje. Dette fik mange brugere til at tro, at hvis elementrækkefølgen var forskellig, var hver af forbindelserne signifikant forskellige. Dette er en forkert antagelse. Den rækkefølge, hvert element placeres i forbindelsen, følger ikke standard kemiske sekvenser, og det er heller ikke nødvendigt at gøre det, da den nøjagtige kemiske struktur ikke er specificeret. GaAlAs er kun de "primære" elementer, der anvendes i forbindelsen. Alle andre yderligere elementer eller dopants såsom zink eller nitrogen og deres nøjagtige sammensætninger er ikke opført. I det væsentlige er den eneste forskel mellem GaAlAs og AlGaAs i den måde, akronymet er skrevet på.
For nylig er denne mish-mash af breve og materialetyper blevet endnu mere kompliceret af indførelsen af mange nye forbindelser såsom indium gallium aluminium fosphid "InGaAlP." Med tilsætning af indium "In" (en blød formbar sølvfarvet hvid metallisk forbindelse findes primært i zink og tin malme med atomare nummer 49) blev det konstateret, at ikke kun ville lysdioder lysstyrke og effektivitet blive forbedret, men den faktiske levetid ville blive øget betydeligt i forhold til de nuværende materialer såsom GaAlAs. Desuden, med ordentlig doping, en bred vifte af farver og bølgelængder kan produceres. Svarende til gallium aluminium arsenid, akronym for indium gallium aluminium fosphid kan udtrykkes på en række måder. De to mest almindelige er InGaAlP og AlInGaP. Begge former er kemisk det samme materiale.
Gruppe III og gruppe V Elementer
Elementer som (Al, Ga og In) kaldes gruppe "III"-elementer, mens (P, As og N) er gruppe "V"-elementer. Lysdiode halvlederprodukt kaldes typisk "III-V"-materiale, der stammer fra det periodiske system. Andre forbindelser såsom siliciumcarbid "SiC", som kombinerer silicium (et ikke-metallisk element, der forekommer i vid udstrækning i jordskorpen i silica og anvendes til fremstilling af glas, halvlederanordninger, keramik osv. med atomnummer 14) og kulstof (et naturligt rigeligt ikke-metallisk element, der forekommer i alle organiske eller levende organismer med atomnummer 6) og galdenitrid "GaN" anvendes til fremstilling af blå og grønne lysdioder. Forkortelsen for disse forbindelser er generelt konsekvent i hele branchen, selv om det kunne overføres til enhver tid. Når en kemisk forbindelse er blevet etableret, akronymet beskriver dette stof kan være meget subjektive for luner af producenten eller udvikleren. Det er vigtigt at bemærke, at en forbindelse ikke bør misforstås som værende overlegen eller ringere end en anden forbindelse med samme kemiske sammensætning, men en anden kemisk orden.
