Química
Cuando el LED estuvo disponible comercialmente por primera vez, hace más de 40 años, nadie prestó mucha atención a cómo se fabricó o en qué consistía químicamente. Esto se debió en parte al hecho de que solo estaban disponibles algunos tipos y colores básicos (como GaP - rojo y verde, y GaAsP - amarillo). Hoy en día, para obtener nuevos colores o longitudes de onda, y mejorar el rendimiento y la confiabilidad, se están creando muchos tipos nuevos de estructuras químicas. Debido a esto, los LED ya no se denominan estrictamente por su color, sino también por su nombre químico, como InGaAlP o GaAlAs. Si el usuario no está familiarizado con la tecnología LED o no tiene un título en química y materiales, esta mezcolanza de letras puede resultar muy confusa. La siguiente información se proporciona para ayudar a aliviar parte de esta confusión.
Galio
El primer y principal elemento utilizado en la fabricación de casi todos los dispositivos LED semiconductores es el galio. El galio es un material metálico que se encuentra como oligoelemento en el carbón, la bauxita y otros minerales. El símbolo del galio es "Ga" - (número atómico 31). Cuando se combina con arsénico "As" (número atómico 33), un elemento metálico gris altamente venenoso, a temperaturas de aproximadamente 4000 grados Fahrenheit, se forma el compuesto arseniuro de galio "GaAs". Este compuesto cristalino de color gris oscuro es la base de los LED semiconductores originales fabricados hace casi 40 años. Cuando se aplica corriente / energía a este material, se emiten fotones o partículas de luz. El GaAs por sí solo emite luz en el rango de infrarrojos que no es visible para el ojo humano, sin embargo, si hay otro elemento, el fósforo (un elemento no metálico, blanco o amarillo altamente reactivo, que se encuentra naturalmente en los fosfatos, con número atómico 15 y símbolo " P ”), se forma un cristal mixto de fosfuro de aresenuro de galio“ GaAsP ”. Dependiendo de la cantidad proporcional de fósforo, se consigue una luz en el rango visible de rojo a amarillo.
Además de GaAsP descrito anteriormente, se desarrolló la combinación de materiales posfuro de galio "GaP". Dopando adecuadamente este compuesto de cristal, se podrían obtener varios colores. Por ejemplo, agregando zinc-oxígeno a GaP, se obtiene el color rojo. Añadiendo nitrógeno, se consigue luz verde. Es importante tener en cuenta que en casi todos los materiales de matrices de LED semiconductores, los elementos agregados como zinc, nitrógeno, berilio, etc., generalmente no se especifican en el acrónimo de estructura general del material. Todos los materiales mencionados anteriormente, aunque se desarrollaron hace muchos años, todavía están ampliamente disponibles y en uso en la actualidad. (Tabla 1)
Aluminio
A fines de la década de 1970, se descubrió que al agregar aluminio “Al” (número atómico 13 y el elemento metálico más abundante en la corteza terrestre) al compuesto de GaAs, se podía producir un color rojo con un brillo y una eficiencia significativamente mayores que producto existente. Por lo tanto, se formó arseniuro de galio aluminio "GaAlAs". Aunque la combinación de galio, aluminio y arsénico existe desde hace aproximadamente 30 años, el formato real de la configuración elemental varía. Algunos fabricantes describen el compuesto como AlGaAs, mientras que otros lo llaman GaAlAs. Originalmente, muchos pensaron que el material designado en primer lugar se encontró en mayores cantidades que los elementos siguientes. Si GaAlAs era la designación, entonces Ga (galio) era el elemento principal del compuesto. El Al (aluminio) sería el segundo y el As (arseniuro) el tercero. Esto hizo que muchos usuarios creyeran que si el orden de los elementos era diferente, cada uno de los compuestos era significativamente diferente. Ésta es una suposición incorrecta. El orden en que se coloca cada elemento en el compuesto no sigue las secuencias químicas estándar ni es obligatorio hacerlo, ya que no se especifica la estructura química exacta. Los GaAlAs son solo los elementos "primarios" utilizados en el compuesto. Todos los demás elementos adicionales o dopantes como zinc o nitrógeno y sus composiciones exactas no se enumeran. Esencialmente, la única diferencia entre GaAlAs y AlGaAs está en la forma en que se escribe el acrónimo.
Recientemente, esta mezcolanza de letras y tipos de materiales se ha complicado aún más por la introducción de muchos compuestos nuevos como el fosfuro de indio, galio y aluminio "InGaAlP". Con la adición de indio "In" (un compuesto metálico blanco plateado maleable suave que se encuentra principalmente en minerales de zinc y estaño con número atómico 49) se descubrió que no solo se mejoraría el brillo y la eficiencia de los LED, sino que la vida útil real se reduciría significativamente. aumentado con respecto a materiales actuales como GaAlAs. Además, con el dopaje adecuado, se puede producir una amplia variedad de colores y longitudes de onda. Similar al arseniuro de galio y aluminio, el acrónimo de fosfuro de indio, galio y aluminio se puede expresar de varias formas. Los dos más comunes son InGaAlP y AlInGaP. Ambas formas son químicamente el mismo material.
Elementos del Grupo III y del Grupo V
Los elementos como (Al, Ga e In) se denominan elementos del grupo "III", mientras que (P, As y N) son elementos del grupo "V". El producto semiconductor emisor de luz se denomina típicamente material “III-V” derivado de la tabla periódica. Otros compuestos como el carburo de silicio "SiC" que combina silicio (un elemento no metálico que se encuentra ampliamente en la corteza terrestre en sílice y se utiliza para la fabricación de vidrio, dispositivos semiconductores, cerámica, etc. con número atómico 14) y carbono (un elemento natural El elemento no metálico abundante presente en todos los organismos orgánicos o vivos con número atómico 6) y el nitruro de galio “GaN” se utilizan en la fabricación de LED azules y verdes. El acrónimo de estos compuestos es generalmente coherente en toda la industria, aunque podría transponerse en cualquier momento. Una vez que se ha establecido un compuesto químico, el acrónimo que describe esa sustancia puede ser muy subjetivo a los caprichos del fabricante o desarrollador. Es importante señalar que un compuesto no debe malinterpretarse como superior o inferior a otro compuesto con la misma composición química, pero con un orden químico diferente.
