Chemie
Toen de LED voor het eerst op de markt kwam, meer dan 40 jaar geleden, besteedde niemand echt veel aandacht aan hoe het werd gemaakt of waaruit het chemisch bestond. Dit kwam mede doordat er slechts enkele basistypes en kleuren beschikbaar waren (zoals GaP – rood en groen, en GaAsP – geel). Om nieuwe kleuren of golflengten te verkrijgen en de prestaties en betrouwbaarheid te verbeteren, worden er tegenwoordig veel nieuwe soorten chemische structuren gecreëerd. Hierdoor worden leds niet langer uitsluitend met hun kleur aangeduid, maar ook met hun chemische naam, zoals InGaAlP of GaAlAs. Als de gebruiker niet bekend is met LED-technologie of geen diploma in chemie en materialen heeft, kan deze mengelmoes van letters erg verwarrend zijn. De volgende informatie wordt verstrekt om een deel van deze verwarring weg te nemen.
Gallium
Het eerste en belangrijkste element dat wordt gebruikt bij de vervaardiging van bijna alle halfgeleider-LED-apparaten is gallium. Gallium is een metallisch materiaal dat als sporenelement wordt aangetroffen in steenkool, bauxiet en andere mineralen. Het symbool voor gallium is "Ga" - (atoomnummer 31). In combinatie met arseen "As" (atoomnummer 33), een zeer giftig grijs metaalelement, wordt bij temperaturen van ongeveer 4000 graden Fahrenheit de samengestelde galliumarsenide "GaAs" gevormd. Deze donkergrijze kristallijne verbinding vormt de basis voor de originele halfgeleider-LED's die bijna 40 jaar geleden werden vervaardigd. Wanneer stroom/energie op dit materiaal wordt toegepast, worden fotonen of lichtdeeltjes uitgezonden. GaAs zendt zelf licht uit in het infraroodbereik dat niet zichtbaar is voor het menselijk oog, maar als een ander element, fosfor (een zeer reactief wit of geel, niet-metalen element, dat van nature voorkomt in fosfaten, met atoomnummer 15 en symbool " P") wordt geïntroduceerd, wordt een gemengd kristal van galliumaresenidefosfide "GaAsP" gevormd. Afhankelijk van de proportionele hoeveelheid fosfor wordt licht in het zichtbare bereik van rood tot geel bereikt.
Naast het hierboven beschreven GaAsP is de materiaalcombinatie gallium posphide “GaP” ontwikkeld. Door deze kristalverbinding goed te doteren, konden verschillende kleuren worden verkregen. Door bijvoorbeeld zink-zuurstof aan GaP toe te voegen, ontstaat de kleur rood. Door stikstof toe te voegen wordt groen licht bereikt. Het is belangrijk op te merken dat in bijna al het materiaal van halfgeleider-LED-chips de toegevoegde elementen zoals zink, stikstof, beryllium enz. gewoonlijk niet worden gespecificeerd in het algemene acroniem voor materiaalstructuur. Alle hierboven genoemde materialen, hoewel ze vele jaren geleden zijn ontwikkeld, zijn nog steeds algemeen verkrijgbaar en worden vandaag de dag nog steeds gebruikt. (Tafel 1)
Aluminium
Aan het eind van de jaren 70 werd ontdekt dat door toevoeging van aluminium "Al" (atoomnummer 13 en het meest voorkomende metallische element in de aardkorst) aan de GaAs-verbinding een rode kleur kon worden geproduceerd met een helderheid en efficiëntie die aanzienlijk toenam. bestaand product. Zo werd galliumaluminiumarsenide "GaAlAs" gevormd. Hoewel de combinatie van gallium, aluminium en arseen al ongeveer 30 jaar bestaat, varieert het werkelijke formaat voor de elementaire configuratie. Sommige fabrikanten beschrijven de verbinding als AlGaAs, terwijl anderen het GaAlAs noemen. Oorspronkelijk dachten velen dat het eerst aangewezen materiaal in grotere hoeveelheden werd gevonden dan de volgende elementen. Als GaAlAs de aanduiding was, dan was Ga (gallium) het primaire element in de verbinding. Al (aluminium) zou de tweede zijn en As (arsenide) zou de derde zijn. Dit zorgde ervoor dat veel gebruikers geloofden dat als de volgorde van de elementen anders was, elk van de verbindingen significant anders was. Dit is een onjuiste veronderstelling. De volgorde waarin elk element in de verbinding wordt geplaatst, volgt geen standaard chemische sequenties en is ook niet vereist omdat de exacte chemische structuur niet is gespecificeerd. GaAlAs zijn alleen de "primaire" elementen die in de verbinding worden gebruikt. Alle andere aanvullende elementen of doteermiddelen zoals zink of stikstof en hun exacte samenstelling worden niet vermeld. In wezen is het enige verschil tussen GaAlAs en AlGaAs de manier waarop het acroniem is geschreven.
Onlangs is dit mengelmoes van letters en materiaalsoorten nog verder bemoeilijkt door de introductie van veel nieuwe verbindingen zoals indium gallium aluminiumfosfide "InGaAlP". Met de toevoeging van indium "In" (een zachte kneedbare zilverwitte metaalverbinding die voornamelijk wordt aangetroffen in zink- en tinerts met atoomnummer 49) bleek dat niet alleen de helderheid en efficiëntie van de LED's zou worden verbeterd, maar dat de werkelijke levensduur aanzienlijk zou zijn toegenomen ten opzichte van huidige materialen zoals GaAlAs. Bovendien kan met de juiste doping een grote verscheidenheid aan kleuren en golflengten worden geproduceerd. Net als bij galliumaluminiumarsenide kan het acroniem voor indiumgalliumaluminiumfosfide op een aantal manieren worden uitgedrukt. De twee meest voorkomende zijn InGaAlP en AlInGaP. Beide vormen zijn chemisch hetzelfde materiaal.
Groep III- en Groep V-elementen
Elementen zoals (Al, Ga en In) worden groep "III" -elementen genoemd, terwijl (P, As en N) groep "V" -elementen zijn. Lichtgevend halfgeleiderproduct wordt meestal aangeduid als "III-V" -materiaal afgeleid van het periodiek systeem. Andere verbindingen zoals siliciumcarbide "SiC", dat silicium (een niet-metalen element dat veel voorkomt in de aardkorst in silica en wordt gebruikt voor de vervaardiging van glas, halfgeleiderapparatuur, aardewerk enz. met atoomnummer 14) en koolstof (een natuurlijk overvloedige niet-metalen elementen die voorkomen in alle organische of levende organismen met atoomnummer 6) en galliumnitride "GaN" worden gebruikt bij de vervaardiging van blauwe en groene LED's. Het acroniem voor deze verbindingen is over het algemeen consistent in de hele industrie, hoewel het op elk moment kan worden omgezet. Zodra een chemische verbinding is vastgesteld, kan het acroniem dat die stof beschrijft, zeer subjectief zijn voor de grillen van de fabrikant of ontwikkelaar. Het is belangrijk op te merken dat een verbinding niet verkeerd mag worden geïnterpreteerd als superieur of inferieur aan een andere verbinding met dezelfde chemische samenstelling, maar een andere chemische volgorde.
