เคมี
เมื่อ LED มีจำหน่ายในท้องตลาดเป็นครั้งแรก เมื่อกว่า 40 ปีที่แล้ว ไม่มีใครให้ความสนใจมากนักกับวิธีการสร้างหรือองค์ประกอบทางเคมีของไฟ LED ส่วนหนึ่งเป็นเพราะความจริงที่ว่ามีเพียงไม่กี่ประเภทและสีพื้นฐานเท่านั้น (เช่น GaP – สีแดงและสีเขียว และ GaAsP – สีเหลือง) ทุกวันนี้ เพื่อให้ได้สีใหม่หรือความยาวคลื่น และปรับปรุงประสิทธิภาพและความน่าเชื่อถือ มีการสร้างโครงสร้างทางเคมีใหม่หลายประเภท ด้วยเหตุนี้ LEDs จึงไม่ถูกอ้างถึงอย่างเข้มงวดด้วยสีอีกต่อไป แต่ยังใช้ชื่อทางเคมีด้วย เช่น InGaAlP หรือ GaAlAs หากผู้ใช้ไม่คุ้นเคยกับเทคโนโลยี LED หรือไม่มีความรู้ด้านเคมีและวัสดุ การใช้ตัวอักษรผสมกันนี้อาจสร้างความสับสนได้ ข้อมูลต่อไปนี้จัดทำขึ้นเพื่อช่วยบรรเทาความสับสนบางส่วน
แกลเลียม
องค์ประกอบแรกและหลักที่ใช้ในการผลิตอุปกรณ์ LED เซมิคอนดักเตอร์เกือบทั้งหมดคือแกลเลียม แกลเลียมเป็นวัสดุโลหะที่พบเป็นธาตุในถ่านหิน บอกไซต์ และแร่ธาตุอื่นๆ สัญลักษณ์ของแกลเลียมคือ “Ga” – (เลขอะตอม 31) เมื่อรวมกับสารหนู “As” (เลขอะตอม 33) ซึ่งเป็นธาตุโลหะสีเทาที่มีพิษสูง ที่อุณหภูมิประมาณ 4000 องศาฟาเรนไฮต์ จะเกิดสารประกอบแกลเลียม อาร์เซไนด์ “GaAs” สารประกอบผลึกสีเทาเข้มนี้เป็นพื้นฐานสำหรับ LED เซมิคอนดักเตอร์ดั้งเดิมที่ผลิตเมื่อเกือบ 40 ปีที่แล้ว เมื่อกระแส/พลังงานถูกนำไปใช้กับวัสดุนี้ โฟตอนหรืออนุภาคของแสงจะถูกปล่อยออกมา GaAs ปล่อยแสงเองในช่วงอินฟราเรดซึ่งไม่สามารถมองเห็นได้ด้วยตาเปล่า แต่ถ้าธาตุอื่นคือ ฟอสฟอรัส (ธาตุที่ไม่ใช่โลหะสีขาวหรือสีเหลืองที่มีปฏิกิริยาสูง ซึ่งเกิดขึ้นตามธรรมชาติในฟอสเฟต โดยมีเลขอะตอม 15 และสัญลักษณ์ “ P”) ถูกนำมาใช้ ทำให้เกิดผลึกผสมของแกลเลียมแอเรเซไนด์ฟอสไฟด์ “GaAsP” ขึ้นอยู่กับปริมาณฟอสฟอรัสตามสัดส่วน แสงในช่วงที่มองเห็นได้ตั้งแต่สีแดงถึงสีเหลือง
นอกจาก GaAsP ที่อธิบายไว้ข้างต้นแล้ว ยังมีการพัฒนาวัสดุผสมแกลเลียมพอสไฟด์ "GaP" โดยการเติมสารประกอบคริสตัลนี้อย่างถูกต้อง สามารถรับสีต่างๆ ได้ ตัวอย่างเช่น โดยการเพิ่มสังกะสี-ออกซิเจนใน GaP ได้สีแดง การเพิ่มไนโตรเจนจะทำให้ได้แสงสีเขียว สิ่งสำคัญคือต้องสังเกตว่าในวัสดุแม่พิมพ์ LED ของเซมิคอนดักเตอร์เกือบทั้งหมด องค์ประกอบที่เพิ่มเข้ามา เช่น สังกะสี ไนโตรเจน เบริลเลียม ฯลฯ มักจะไม่ได้ระบุไว้ในตัวย่อโครงสร้างวัสดุทั่วไป วัสดุทั้งหมดที่กล่าวมาข้างต้นแม้ว่าจะได้รับการพัฒนาเมื่อหลายปีก่อน แต่ก็ยังมีให้ใช้กันอย่างแพร่หลายและใช้งานอยู่ในปัจจุบัน (ตารางที่ 1)
อลูมิเนียม
ในช่วงปลายทศวรรษ 1970 พบว่าการเพิ่มอะลูมิเนียม “Al” (เลขอะตอม 13 และธาตุโลหะที่มีมากที่สุดในเปลือกโลก) ลงในสารประกอบ GaAs สีแดงสามารถผลิตได้โดยมีความสว่างและประสิทธิภาพเพิ่มขึ้นอย่างมาก สินค้าที่มีอยู่ ดังนั้นแกลเลียมอะลูมิเนียม arsenide "GaAlAs" จึงถูกสร้างขึ้น แม้ว่าการรวมตัวของแกลเลียม อะลูมิเนียม และสารหนูจะเกิดขึ้นมาประมาณ 30 ปีแล้ว แต่รูปแบบที่แท้จริงขององค์ประกอบจะแตกต่างกันไป ผู้ผลิตบางรายบรรยายถึงสารประกอบดังกล่าวว่าเป็น AlGaAs ในขณะที่ผู้ผลิตรายอื่นเรียกว่า GaAlAs ในขั้นต้น หลายคนคิดว่าวัสดุที่กำหนดเป็นอันดับแรกนั้นพบในปริมาณที่มากกว่าองค์ประกอบที่ตามมา หาก GaAlAs เป็นชื่อ แสดงว่า Ga (แกลเลียม) เป็นองค์ประกอบหลักในสารประกอบ อัล (อลูมิเนียม) จะเป็นที่สองและ As (arsenide) จะเป็นที่สาม ทำให้ผู้ใช้หลายคนเชื่อว่าหากลำดับองค์ประกอบต่างกัน สารประกอบแต่ละชนิดจะแตกต่างกันอย่างมีนัยสำคัญ นี่เป็นสมมติฐานที่ไม่ถูกต้อง ลำดับที่แต่ละองค์ประกอบถูกวางไว้ในสารประกอบนั้นไม่เป็นไปตามลำดับทางเคมีมาตรฐานและไม่จำเป็นต้องทำเนื่องจากไม่ได้ระบุโครงสร้างทางเคมีที่แน่นอน GaAlAs เป็นเพียงองค์ประกอบ "หลัก" ที่ใช้ในสารประกอบ ส่วนประกอบเพิ่มเติมหรือสารเจือปนอื่นๆ ทั้งหมด เช่น สังกะสีหรือไนโตรเจน และองค์ประกอบที่แน่นอนของพวกมันจะไม่อยู่ในรายการ โดยพื้นฐานแล้ว ความแตกต่างเพียงอย่างเดียวระหว่าง GaAlAs และ AlGaAs อยู่ที่วิธีการเขียนตัวย่อ
เมื่อเร็ว ๆ นี้ การผสมตัวอักษรและประเภทวัสดุที่ไม่เหมาะสมนี้มีความซับซ้อนยิ่งขึ้นไปอีกโดยการแนะนำสารประกอบใหม่หลายอย่าง เช่น อินเดียม แกลเลียม อะลูมิเนียมฟอสไฟด์ “InGaAlP” ด้วยการเติมอินเดียม “อิน” (สารประกอบโลหะสีขาวสีเงินที่อ่อนนุ่มซึ่งส่วนใหญ่พบในแร่สังกะสีและดีบุกที่มีเลขอะตอม 49) พบว่าไม่เพียงแต่ความสว่างของ LED และประสิทธิภาพจะดีขึ้นเท่านั้น แต่อายุการใช้งานจริงจะยิ่งเพิ่มขึ้นอย่างมาก เพิ่มขึ้นมากกว่าวัสดุปัจจุบันเช่น GaAlAs นอกจากนี้ ด้วยยาสลบที่เหมาะสม สามารถผลิตสีและความยาวคลื่นได้หลากหลาย คล้ายกับแกลเลียมอะลูมิเนียม arsenide คำย่อของอินเดียมแกลเลียมอะลูมิเนียมฟอสไฟด์สามารถแสดงได้หลายวิธี สองประเภทที่พบบ่อยที่สุดคือ InGaAlP และ AlInGaP ทั้งสองรูปแบบเป็นวัสดุเดียวกันทางเคมี
องค์ประกอบกลุ่ม III และกลุ่ม V
องค์ประกอบเช่น (Al, Ga และ In) เรียกว่าองค์ประกอบกลุ่ม "III" ในขณะที่ (P, As และ N) เป็นองค์ประกอบกลุ่ม "V" ผลิตภัณฑ์เซมิคอนดักเตอร์แบบเปล่งแสงโดยทั่วไปจะเรียกว่าวัสดุ "III-V" ที่ได้มาจากตารางธาตุ สารประกอบอื่นๆ เช่น ซิลิกอนคาร์ไบด์ “SiC” ซึ่งรวมซิลิกอน (องค์ประกอบที่ไม่ใช่โลหะที่เกิดขึ้นอย่างกว้างขวางในเปลือกโลกในซิลิกาและใช้สำหรับการผลิตแก้ว อุปกรณ์เซมิคอนดักเตอร์ เครื่องปั้นดินเผา ฯลฯ ที่มีเลขอะตอม 14) และคาร์บอน (โดยธรรมชาติ) องค์ประกอบที่ไม่ใช่โลหะจำนวนมากที่เกิดขึ้นในสิ่งมีชีวิตอินทรีย์หรือสิ่งมีชีวิตทั้งหมดที่มีเลขอะตอม 6) และแกลเลียมไนไตรด์ "GaN" ถูกนำมาใช้ในการผลิตไฟ LED สีฟ้าและสีเขียว ตัวย่อสำหรับสารประกอบเหล่านี้โดยทั่วไปมีความสอดคล้องกันทั่วทั้งอุตสาหกรรม แม้ว่าจะสามารถเปลี่ยนได้ตลอดเวลา เมื่อสร้างสารประกอบทางเคมีแล้ว คำย่อที่อธิบายสารนั้นอาจขึ้นอยู่กับความตั้งใจของผู้ผลิตหรือผู้พัฒนา สิ่งสำคัญคือต้องสังเกตว่าสารประกอบหนึ่งไม่ควรถูกเข้าใจผิดว่าเหนือกว่าหรือด้อยกว่าสารประกอบอื่นที่มีองค์ประกอบทางเคมีเหมือนกัน แต่มีลำดับทางเคมีต่างกัน
