Química
Quando o LED se tornou comercialmente disponível, há mais de 40 anos, ninguém prestou muita atenção em como ele era feito ou em que consistia quimicamente. Em parte, isso se devia ao fato de que apenas alguns tipos e cores básicos estavam disponíveis (como GaP - vermelho e verde e GaAsP - amarelo). Hoje, a fim de obter novas cores ou comprimentos de onda e melhorar o desempenho e a confiabilidade, muitos novos tipos de estruturas químicas estão sendo criados. Por isso, os LEDs não são mais referidos estritamente pela cor, mas também pelo nome químico, como InGaAlP ou GaAlAs. Se o usuário não estiver familiarizado com a tecnologia LED ou não tiver um diploma em química e materiais, essa mistura de letras pode ser muito confusa. As informações a seguir são fornecidas para ajudar a aliviar parte dessa confusão.
Gálio
O primeiro e principal elemento usado na fabricação de quase todos os dispositivos LED semicondutores é o gálio. O gálio é um material metálico encontrado como oligoelemento no carvão, bauxita e outros minerais. O símbolo do gálio é “Ga” - (número atômico 31). Quando combinado com o arsênico “As” (número atômico 33), um elemento metálico cinza altamente venenoso, a temperaturas de cerca de 4000 graus Fahrenheit, o arsenieto de gálio composto “GaAs” é formado. Este composto cristalino cinza escuro é a base para os LEDs semicondutores originais fabricados há quase 40 anos. Quando corrente / energia é aplicada a este material, fótons ou partículas de luz são emitidos. O GaAs por si só emite luz na faixa do infravermelho que não é visível ao olho humano, porém, se outro elemento, o fósforo (um elemento não metálico branco ou amarelo altamente reativo, que ocorre naturalmente nos fosfatos, com número atômico 15 e símbolo “ P ") é introduzido, um cristal misto de fosfeto de areseneto de gálio" GaAsP "é formado. Dependendo da quantidade proporcional de fósforo, a luz na faixa visível do vermelho ao amarelo é alcançada.
Além do GaAsP descrito acima, a combinação de material gálio posphide "GaP" foi desenvolvida. Dopando adequadamente esse composto de cristal, várias cores podem ser obtidas. Por exemplo, adicionando zinco-oxigênio ao GaP, a cor vermelha é obtida. Ao adicionar nitrogênio, a luz verde é alcançada. É importante observar que em quase todos os materiais de matriz de LED semicondutores, os elementos adicionados, como zinco, nitrogênio, berílio, etc., geralmente não são especificados no acrônimo geral da estrutura do material. Todos os materiais mencionados acima, embora desenvolvidos há muitos anos, ainda estão amplamente disponíveis e em uso hoje. (Tabela 1)
Alumínio
No final dos anos 1970, foi descoberto que adicionando alumínio "Al" (número atômico 13, e o elemento metálico mais abundante na crosta terrestre) ao composto GaAs, uma cor vermelha poderia ser produzida com um brilho e eficiência significativamente aumentados ao longo produto existente. Assim, formou-se o arsenieto de gálio e alumínio “GaAlAs”. Embora a combinação de gálio, alumínio e arsênico exista há aproximadamente 30 anos, o formato real da configuração elementar varia. Alguns fabricantes descrevem o composto como AlGaAs, enquanto outros o chamam de GaAlAs. Originalmente, muitos pensaram que o material designado primeiro foi encontrado em maiores quantidades do que os elementos seguintes. Se GaAlAs fosse a designação, Ga (gálio) era o elemento principal do composto. Al (alumínio) seria o segundo e As (arsenieto) seria o terceiro. Isso fez com que muitos usuários acreditassem que, se a ordem dos elementos fosse diferente, cada um dos compostos seria significativamente diferente. Esta é uma suposição incorreta. A ordem em que cada elemento é colocado no composto não segue as sequências químicas padrão nem é necessário fazê-lo, uma vez que a estrutura química exata não é especificada. GaAlAs são apenas os elementos “primários” usados no composto. Todos os outros elementos ou dopantes adicionais como zinco ou nitrogênio e suas composições exatas não estão listados. Essencialmente, a única diferença entre GaAlAs e AlGaAs está na forma como a sigla é escrita.
Recentemente, essa mistura de letras e tipos de materiais foi ainda mais complicada pela introdução de muitos novos compostos, como o fosforeto de índio-gálio-alumínio “InGaAlP”. Com a adição de índio "In" (um composto metálico macio e maleável branco prateado encontrado principalmente em minérios de zinco e estanho com número atômico 49), foi descoberto que não apenas o brilho e a eficiência dos LEDs seriam melhorados, mas a vida útil real seria significativamente aumentou em relação aos materiais atuais, como GaAlAs. Além disso, com dopagem adequada, uma grande variedade de cores e comprimentos de onda podem ser produzidos. Semelhante ao arsenieto de gálio e alumínio, a sigla para fosforeto de índio e gálio-alumínio pode ser expressa de várias maneiras. Os dois mais comuns são InGaAlP e AlInGaP. Ambas as formas são quimicamente do mesmo material.
Elementos do Grupo III e Grupo V
Elementos como (Al, Ga e In) são chamados de elementos do grupo “III”, enquanto (P, As e N) são elementos do grupo “V”. O produto semicondutor emissor de luz é normalmente referido como material “III-V” derivado da tabela periódica. Outros compostos, como carboneto de silício "SiC", que combina silício (um elemento não metálico que ocorre extensivamente na crosta terrestre em sílica e usado para a fabricação de vidro, dispositivos semicondutores, cerâmica etc. com número atômico 14) e carbono (um elemento natural abundante elemento não metálico que ocorre em todos os organismos orgânicos ou vivos com número atômico 6) e nitreto de gálio “GaN” são usados na fabricação de LEDs azuis e verdes. A sigla para esses compostos é geralmente consistente em toda a indústria, embora possa ser transposta a qualquer momento. Uma vez que um composto químico tenha sido estabelecido, a sigla que descreve essa substância pode ser muito subjetiva aos caprichos do fabricante ou desenvolvedor. É importante observar que um composto não deve ser interpretado erroneamente como sendo superior ou inferior a outro composto com a mesma composição química, mas uma ordem química diferente.
