Хімія
Коли світлодіоди вперше стали комерційно доступними, понад 40 років тому, ніхто насправді не звертав особливої уваги на те, як він був виготовлений або з чого він складається хімічно. Частково це було пов’язано з тим, що були доступні лише кілька основних типів і кольорів (наприклад, GaP – червоний і зелений, GaAsP – жовтий). Сьогодні, щоб отримати нові кольори або довжини хвилі, а також підвищити продуктивність і надійність, створюється багато нових типів хімічних структур. Через це світлодіоди більше не позначаються строго за кольором, а також за їх хімічною назвою, як-от InGaAlP або GaAlAs. Якщо користувач не знайомий зі світлодіодними технологіями або не має диплому з хімії та матеріалів, ця мішанка букв може бути дуже заплутаною. Наведена нижче інформація надається, щоб допомогти розв’язати цю плутанину.
галій
Першим і основним елементом, який використовується при виготовленні майже всіх напівпровідникових світлодіодних приладів, є галій. Галій - це металевий матеріал, який міститься як мікроелемент у вугіллі, бокситах та інших мінералах. Символом для галію є «Ga» - (атомний номер 31). У поєднанні з миш’яком «As» (атомний номер 33), дуже отруйним сірим металевим елементом, при температурах близько 4000 градусів за Фаренгейтом утворюється з’єднання арсенід галію «GaAs». Ця темно-сіра кристалічна сполука є основою оригінальних напівпровідникових світлодіодів, виготовлених майже 40 років тому. Коли струм/енергія прикладається до цього матеріалу, випромінюються фотони або частинки світла. GaAs сам по собі випромінює світло в інфрачервоному діапазоні, яке не видно людському оку, однак, якщо інший елемент, фосфор (високо реакційноздатний білий або жовтий неметалічний елемент, що зустрічається в природі у фосфатах, з атомним номером 15 і символом « P”) утворюється змішаний кристал фосфіду аресеніду галію “GaAsP”. Залежно від пропорційної кількості фосфору досягається світло у видимому діапазоні від червоного до жовтого.
На додаток до описаного вище GaAsP була розроблена комбінація матеріалів посфід галію «GaP». При належному легуванні цієї кристалічної сполуки можна отримати різні кольори. Наприклад, при додаванні кисню цинку до GaP отримують червоний колір. При додаванні азоту досягається зелене світло. Важливо відзначити, що майже у всіх напівпровідникових світлодіодних кристалах додані елементи, такі як цинк, азот, берилій тощо, зазвичай не вказуються в акронімі загальної структури матеріалу. Усі згадані вище матеріали, хоча і були розроблені багато років тому, все ще широко доступні та використовуються сьогодні. (табл. 1)
Алюміній
Наприкінці 1970-х років було виявлено, що при додаванні алюмінію «Al» (атомний номер 13 і найбільш поширений металевий елемент у земній корі) до сполуки GaAs можна отримати червоне забарвлення зі значно збільшеною яскравістю та ефективністю. існуючий продукт. Таким чином утворився галій-алюміній арсенід «GaAlAs». Хоча комбінація галію, алюмінію та миш’яку існує приблизно 30 років, фактичний формат елементної конфігурації змінюється. Деякі виробники описують з'єднання як AlGaAs, а інші називають його GaAlAs. Спочатку багато хто думав, що матеріал, позначений першим, знайдено в більшій кількості, ніж наступні елементи. Якщо GaAlAs було позначенням, то Ga (галій) був основним елементом у з'єднанні. Al (алюміній) буде другим, а As (арсенід) буде третім. Це змусило багатьох користувачів повірити, що якщо порядок елементів був різним, кожне з з’єднань значно відрізнялося. Це невірне припущення. Порядок розміщення кожного елемента в з'єднанні не відповідає стандартній хімічній послідовності і не вимагає цього, оскільки точна хімічна структура не вказана. GaAlAs є лише «первинними» елементами, які використовуються в з'єднанні. Усі інші додаткові елементи або добавки, такі як цинк або азот, і їх точний склад не вказано. По суті, єдина різниця між GaAlAs і AlGaAs полягає в тому, як написана абревіатура.
Останнім часом ця суміш букв і типів матеріалів була ще більше ускладнена введенням багатьох нових сполук, таких як індій-галій-алюміній фосфід «InGaAlP». З додаванням індію «In» (м’яка ковка сріблясто-біла металева сполука, яка міститься в основному в цинкових і олов’яних рудах з атомним номером 49) було виявлено, що не тільки буде покращено яскравість і ефективність світлодіодів, але й фактичний термін служби буде значно збільшений. збільшений порівняно з сучасними матеріалами, такими як GaAlAs. Крім того, за допомогою належного легування можна отримати широкий спектр кольорів і довжин хвиль. Подібно до галій-алюмінієвого арсеніду, абревіатура для індій-галій-алюмінієвого фосфіду може бути виражена кількома способами. Двома найбільш поширеними є InGaAlP і AlInGaP. Обидві форми є хімічно однаковим матеріалом.
Елементи III і V групи
Такі елементи, як (Al, Ga та In), називають елементами групи «III», а (P, As і N) — елементами групи «V». Напівпровідниковий продукт, що випромінює світло, зазвичай називають матеріалом «III-V», отриманим з періодичної таблиці. Інші сполуки, такі як карбід кремнію «SiC», який поєднує кремній (неметалічний елемент, широко поширений в земній корі в кремнію і використовується для виробництва скла, напівпровідникових приладів, кераміки тощо з атомним номером 14) і вуглець (природний велика кількість неметалевих елементів, що зустрічаються у всіх органічних або живих організмах з атомним номером 6), і нітрид галію «GaN» використовуються у виробництві синіх і зелених світлодіодів. Абревіатура для цих сполук загалом узгоджена в усій галузі, хоча її можна перенести в будь-який час. Після того, як хімічна сполука була створена, абревіатура, що описує цю речовину, може бути дуже суб’єктивною до примх виробника або розробника. Важливо зазначити, що одну сполуку не слід неправильно тлумачити як перевершуючу або нижчу за іншу сполуку з таким же хімічним складом, але іншим хімічним порядком.
