Chimica
Quando il LED è diventato disponibile per la prima volta in commercio, oltre 40 anni fa, nessuno ha prestato molta attenzione a come è stato realizzato o in cosa consisteva chimicamente. Ciò era in parte dovuto al fatto che erano disponibili solo pochi tipi e colori di base (come GaP - rosso e verde e GaAsP - giallo). Oggi, per ottenere nuovi colori, o lunghezze d'onda, e migliorare le prestazioni e l'affidabilità, vengono creati molti nuovi tipi di strutture chimiche. Per questo motivo, i LED non sono più indicati esclusivamente con il loro colore ma anche con il loro nome chimico, come InGaAlP o GaAlAs. Se l'utente non ha familiarità con la tecnologia LED o non ha una laurea in chimica e materiali, questo miscuglio di lettere può creare molta confusione. Le seguenti informazioni vengono fornite per aiutare ad alleviare parte di questa confusione.
Gallio
Il primo e principale elemento utilizzato nella fabbricazione di quasi tutti i dispositivi LED a semiconduttore è il gallio. Il gallio è un materiale metallico che si trova come oligoelemento nel carbone, nella bauxite e in altri minerali. Il simbolo del gallio è “Ga” – (numero atomico 31). Quando combinato con l'arsenico "As" (numero atomico 33), un elemento metallico grigio altamente velenoso, a temperature di circa 4000 gradi Fahrenheit, si forma il composto arseniuro di gallio "GaAs". Questo composto cristallino grigio scuro è la base per i LED a semiconduttore originali prodotti quasi 40 anni fa. Quando viene applicata corrente/energia a questo materiale, vengono emessi fotoni o particelle di luce. Il GaAs da solo emette luce nel campo dell'infrarosso che non è visibile all'occhio umano, tuttavia, se un altro elemento, il fosforo (elemento non metallico bianco o giallo altamente reattivo, presente in natura nei fosfati, con numero atomico 15 e simbolo “ P”) viene introdotto un cristallo misto di gallio aresenuro fosfuro “GaAsP”. A seconda della quantità proporzionale di fosforo, si ottiene luce nell'intervallo visibile dal rosso al giallo.
Oltre al GaAsP sopra descritto, è stata sviluppata la combinazione di materiali posfuro di gallio "GaP". Drogando opportunamente questo composto cristallino si possono ottenere vari colori. Ad esempio aggiungendo zinco-ossigeno al GaP si ottiene il colore rosso. Aggiungendo azoto, si ottiene la luce verde. È importante notare che in quasi tutti i materiali per die LED a semiconduttore, gli elementi aggiunti come zinco, azoto, berillio ecc. Di solito non sono specificati nell'acronimo generale della struttura del materiale. Tutti i materiali sopra menzionati, sebbene sviluppati molti anni fa, sono ancora ampiamente disponibili e in uso oggi. (Tabella 1)
Alluminio
Alla fine degli anni '70 si scoprì che aggiungendo al composto di GaAs l'alluminio “Al” (numero atomico 13, e l'elemento metallico più abbondante nella crosta terrestre), si poteva ottenere un colore rosso con una brillantezza ed efficienza notevolmente aumentate rispetto al prodotto esistente. Pertanto, si è formato l'arseniuro di alluminio e gallio "GaAlAs". Sebbene la combinazione di gallio, alluminio e arsenico esista da circa 30 anni, il formato effettivo della configurazione elementare varia. Alcuni produttori descrivono il composto come AlGaAs mentre altri lo chiamano GaAlAs. In origine molti pensavano che il materiale designato per primo fosse trovato in quantità maggiori rispetto agli elementi successivi. Se GaAlAs era la designazione, allora Ga (gallio) era l'elemento primario nel composto. Al (alluminio) sarebbe il secondo e As (arseniuro) sarebbe il terzo. Ciò ha indotto molti utenti a credere che se l'ordine degli elementi fosse diverso, ciascuno dei composti fosse significativamente diverso. Questa è una supposizione errata. L'ordine in cui ciascun elemento viene inserito nel composto non segue sequenze chimiche standard né è necessario farlo poiché l'esatta struttura chimica non è specificata. I GaAlA sono solo gli elementi "primari" utilizzati nel composto. Tutti gli altri elementi aggiuntivi o droganti come zinco o azoto e le loro esatte composizioni non sono elencati. In sostanza, l'unica differenza tra GaAlAs e AlGaAs è nel modo in cui è scritto l'acronimo.
Recentemente, questo miscuglio di lettere e tipi di materiali è stato ulteriormente complicato dall'introduzione di molti nuovi composti come il fosfuro di alluminio indio gallio "InGaAlP". Con l'aggiunta di indio "In" (un composto metallico bianco argenteo morbido malleabile che si trova principalmente nei minerali di zinco e stagno con numero atomico 49) si è scoperto che non solo la luminosità e l'efficienza dei LED sarebbero migliorate, ma la durata effettiva sarebbe significativamente aumentato rispetto a materiali attuali come GaAlAs. Inoltre, con un corretto drogaggio, è possibile produrre un'ampia varietà di colori e lunghezze d'onda. Simile all'arseniuro di alluminio e gallio, l'acronimo di fosfuro di alluminio e gallio indio può essere espresso in diversi modi. I due più comuni sono InGaAlP e AlInGaP. Entrambe le forme sono chimicamente dello stesso materiale.
Elementi del gruppo III e del gruppo V
Elementi come (Al, Ga e In) sono chiamati elementi del gruppo "III" mentre (P, As e N) sono elementi del gruppo "V". Il prodotto semiconduttore a emissione di luce è generalmente indicato come materiale "III-V" derivato dalla tavola periodica. Altri composti come il carburo di silicio “SiC” che combina silicio (un elemento non metallico che si trova ampiamente nella crosta terrestre in silice e utilizzato per la fabbricazione di vetro, dispositivi a semiconduttore, ceramica ecc. con numero atomico 14) e carbonio (un elemento naturalmente abbondante elemento non metallico presente in tutti gli organismi organici o viventi con numero atomico 6) e nitruro di gallio "GaN" sono utilizzati nella produzione di LED blu e verdi. L'acronimo di questi composti è generalmente coerente in tutto il settore, sebbene possa essere recepito in qualsiasi momento. Una volta che un composto chimico è stato stabilito, l'acronimo che descrive quella sostanza può essere molto soggettivo ai capricci del produttore o dello sviluppatore. È importante notare che un composto non deve essere frainteso come superiore o inferiore a un altro composto con la stessa composizione chimica, ma un diverso ordine chimico.
