Chimie
Lorsque la LED est devenue commercialement disponible, il y a plus de 40 ans, personne n'a vraiment prêté beaucoup d'attention à la façon dont elle était fabriquée ou à sa composition chimique. Cela était en partie dû au fait que seuls quelques types et couleurs de base étaient disponibles (tels que GaP - rouge et vert, et GaAsP - jaune). Aujourd'hui, afin d'obtenir de nouvelles couleurs, ou longueurs d'onde, et d'améliorer les performances et la fiabilité, de nombreux nouveaux types de structures chimiques sont créés. De ce fait, les LED ne sont plus désignées strictement par leur couleur mais aussi par leur nom chimique, comme InGaAlP ou GaAlAs. Si l'utilisateur n'est pas familier avec la technologie LED ou n'a pas de diplôme en chimie et en matériaux, ce méli-mélo de lettres peut être très déroutant. Les informations suivantes sont fournies pour aider à atténuer une partie de cette confusion.
Gallium
Le gallium est le premier et principal élément utilisé dans la fabrication de presque tous les dispositifs LED à semi-conducteurs. Le gallium est un matériau métallique qui se trouve sous forme d'oligo-élément dans le charbon, la bauxite et d'autres minéraux. Le symbole du gallium est "Ga" - (numéro atomique 31). Lorsqu'il est combiné avec de l'arsenic "As" (numéro atomique 33), un élément métallique gris hautement toxique, à des températures d'environ 4000 degrés Fahrenheit, l'arséniure de gallium composé "GaAs" est formé. Ce composé cristallin gris foncé est à la base des LED à semi-conducteur originales fabriquées il y a près de 40 ans. Lorsqu'un courant/de l'énergie est appliqué à ce matériau, des photons ou des particules de lumière sont émis. GaAs par lui-même émet de la lumière dans la gamme infrarouge qui n'est pas visible à l'œil humain, cependant, si un autre élément, le phosphore (un élément non métallique blanc ou jaune hautement réactif, présent naturellement dans les phosphates, avec le numéro atomique 15 et le symbole " P") est introduit, un cristal mixte de phosphure d'areséniure de gallium "GaAsP" se forme. En fonction de la quantité proportionnelle de phosphore, une lumière dans la plage visible allant du rouge au jaune est obtenue.
En plus du GaAsP décrit ci-dessus, la combinaison de matériaux posphure de gallium « GaP » a été développée. En dopant correctement ce composé cristallin, diverses couleurs pourraient être obtenues. Par exemple, en ajoutant du zinc-oxygène au GaP, la couleur rouge est obtenue. En ajoutant de l'azote, le feu vert est obtenu. Il est important de noter que dans presque tous les matériaux de matrice de LED à semi-conducteurs, les éléments ajoutés tels que le zinc, l'azote, le béryllium, etc. ne sont généralement pas spécifiés dans l'acronyme de structure générale du matériau. Tous les matériaux mentionnés ci-dessus, bien que développés il y a de nombreuses années, sont encore largement disponibles et utilisés aujourd'hui. (Tableau 1)
Aluminium
À la fin des années 1970, il a été découvert qu'en ajoutant de l'aluminium « Al » (numéro atomique 13 et l'élément métallique le plus abondant de la croûte terrestre) au composé GaAs, une couleur rouge pouvait être produite avec une luminosité et une efficacité considérablement augmentées au cours de produit existant. Ainsi, de l'arséniure de gallium et d'aluminium "GaAlAs" s'est formé. Bien que la combinaison de gallium, d'aluminium et d'arsenic existe depuis environ 30 ans, le format réel de la configuration élémentaire varie. Certains fabricants décrivent le composé comme AlGaAs tandis que d'autres l'appellent GaAlAs. A l'origine, beaucoup pensaient que le matériau désigné en premier se trouvait en plus grande quantité que les éléments suivants. Si GaAlAs était la désignation, alors Ga (gallium) était l'élément principal du composé. Al (aluminium) serait deuxième et As (arséniure) troisième. Cela a amené de nombreux utilisateurs à croire que si l'ordre des éléments était différent, chacun des composés était significativement différent. Il s'agit d'une hypothèse erronée. L'ordre dans lequel chaque élément est placé dans le composé ne suit pas les séquences chimiques standard et n'est pas obligé de le faire puisque la structure chimique exacte n'est pas spécifiée. Les GaAlAs ne sont que les éléments « primaires » utilisés dans le composé. Tous les autres éléments ou dopants supplémentaires tels que le zinc ou l'azote et leurs compositions exactes ne sont pas répertoriés. Essentiellement, la seule différence entre GaAlAs et AlGaAs réside dans la manière dont l'acronyme est écrit.
Récemment, ce méli-mélo de lettres et de types de matériaux a été encore plus compliqué par l'introduction de nombreux nouveaux composés tels que le phosphure d'aluminium et d'indium gallium "InGaAlP". Avec l'ajout d'indium "In" (un composé métallique blanc argenté malléable que l'on trouve principalement dans les minerais de zinc et d'étain avec le numéro atomique 49), il a été constaté que non seulement la luminosité et l'efficacité des LED seraient améliorées, mais la durée de vie réelle serait considérablement augmenté par rapport aux matériaux actuels tels que le GaAlAs. De plus, avec un dopage approprié, une grande variété de couleurs et de longueurs d'onde peut être produite. Semblable à l'arséniure de gallium et d'aluminium, l'acronyme de phosphure d'indium et de gallium d'aluminium peut être exprimé de plusieurs manières. Les deux plus courants sont InGaAlP et AlInGaP. Les deux formes sont chimiquement le même matériau.
Éléments du groupe III et du groupe V
Des éléments tels que (Al, Ga et In) sont appelés éléments du groupe "III" tandis que (P, As et N) sont des éléments du groupe "V". Le produit semi-conducteur émetteur de lumière est généralement appelé matériau « III-V » dérivé du tableau périodique. D'autres composés tels que le carbure de silicium « SiC » qui combine le silicium (un élément non métallique abondamment présent dans la croûte terrestre dans la silice et utilisé pour la fabrication de verre, de dispositifs semi-conducteurs, de poterie, etc. de numéro atomique 14) et de carbone (un élément naturellement un élément non métallique abondant présent dans tous les organismes organiques ou vivants de numéro atomique 6) et le nitrure de gallium « GaN » sont utilisés dans la fabrication des LED bleues et vertes. L'acronyme de ces composés est généralement cohérent dans l'ensemble de l'industrie, bien qu'il puisse être transposé à tout moment. Une fois qu'un composé chimique a été établi, l'acronyme décrivant cette substance peut être très subjectif aux caprices du fabricant ou du développeur. Il est important de noter qu'un composé ne doit pas être interprété à tort comme étant supérieur ou inférieur à un autre composé de même composition chimique, mais d'un ordre chimique différent.
