ダイオード（読み）だいおーど（英語表記）diode

デジタル大辞泉

ダイオード（diode）

整流・検波・スイッチなどの働きをする二極素子。元来は二極真空管をさしたが、現在は半導体ダイオードをさす。

出典　小学館

精選版 日本国語大辞典

ダイオード

1. 〘 名詞 〙 ( [英語] diode ) 二極電子素子。元来は二極真空管をさしたが、現在は半導体で作ったものをいう。整流、検波素子などとして電子回路に広く用いられている。

出典　精選版 日本国語大辞典

日本大百科全書(ニッポニカ)

ダイオード
だいおーど
diode

整流性のある二端子の固体素子の総称。真空管時代には二極管をさしていった。整流性とは、二端子に加える電圧の向きによって電流が容易に流れる順方向と、ほとんど流れない逆方向とが区別されることである。ただし今日では整流に限らず多方面の応用がある。

　金属を半導体に接触させると整流性のあることは古くから知られ、セレン整流器、亜酸化銅整流器として実用化されていた。また無線電波の検波用として鉱石検波器があった。これらの整流のメカニズムとして種々の理論（1932年のフレンケル、ウィルソン、ノルドハイム、1939年のショットキー、1940年のモットなど）が提案された。しかし当時は、結晶が多結晶であり、材料純度も低いものだったので、理論的検証はできなかった。第二次世界大戦後になって、トランジスタとともに本格的発展がみられた。

　現在ダイオードとしては、1949年のショックレーのpn接合理論に従う接合ダイオードとショットキーの理論に従うショットキーダイオードが実用されている。しかしトンネル効果（フレンケルらの理論に従う現象）を利用したエサキダイオード、マイクロ波の発振可能なガンダイオードGunn diode、赤外線などを発光する発光ダイオードなど、整流性に包含されない各種ダイオードも出現している。

［佐藤秋比古］

接合ダイオード

ショックレーは、半導体結晶の中にp形領域とn形領域とを接してつくった境界面（接合面）におけるキャリア（自由に移動しうる粒子）である正孔（p）および電子（n）の挙動に基づいて整流理論をつくった。シリコン、ゲルマニウムは、純粋な結晶では、伝導性はほとんどないか、またはきわめて少ない。ダイオードなどの電子素子の材料としては、この純化した結晶に不純物を故意に添加する。その不純物の種類によりp形かn形半導体になる（図Aの(1)）。p形では、不純物が固定した位置に負の1価の電荷をもつ負（マイナス）イオンとして配置し、それと同数の正孔（正の電荷を有し電子と対(つい)になるものと考えてよい）が存在する。この正孔は自由に動くが確率的に負イオンの近傍に1個の正孔があり、電気的に打ち消し合い中性になっている。しかし特定の負イオンに特定の正孔が所属するというものでなく、正孔自体は熱運動により自由に結晶内を運動している。n形結晶でも同様で、固定した正（プラス）イオンと自由に動く電子とがある。なんらかの原因でキャリアの密度差があると、キャリアは密度の高いほうから低いほうへ流れ、また電界が加わると電気的作用により移動する。前者による電流を拡散電流、後者をドリフト電流という。正孔と電子は別個に移動し、それぞれ正孔電流と電子電流を形成する。ただし一定の確率で正孔と電子とは結合（再結合という）して消滅する。p形とn形とを接触させたとする（図Aの(2)）と、正孔はp形に多数ありn形にはほとんどないため、密度差によりp形からn形へ移動する。境界の近傍には正孔がなくなり負イオンが露出する。n形の電子についても同じことで、p形へ移動し正イオンが露出する。このイオン露出領域（空乏層）は負正の電気二重層を形成し、電位差の障壁（拡散電位、ビルトイン電圧という）V_Tが生ずる（図Aの(3)）。このV_Tが生ずると正孔も電子も拡散を妨げられ、移動はなくなって平衡状態になる。次にn形を電位ゼロとしてp形に正電圧＋Vを加える（図Aの(4)）と、障壁V_Tは＋Vだけ低くなる。つまり、空乏層にかかる電圧はV_T－Vとなり、平衡状態の場合より、正孔がp形からn形へ拡散していくのを妨げる力が弱くなる。この程度は、電圧を大きくすると顕著になり、大きな電流が流れる。この電圧方向を順方向という。反対にp形に負電圧－Vを加える（図Aの(5)）と、障壁はV_T＋Vと高くなり、正孔の拡散を妨げる力が強くなるだけで電流は流れない。この電圧方向を逆方向という。交流電圧をダイオードに印加すると、その交流電圧波の正になるときのみ電流を流す。ダイオードの記号は矢印で整流性を示し、その方向に電流を流す電圧の向きが順方向になる。

　いままでp形の正孔についてのみ述べたが、n形の電子についてもまったく同様のことがいえる。障壁は正孔にとっても電子にとっても同様の作用をする。正孔電流と電子電流との和が実際の電流になる。電子の運動の向きは正孔と反対であるが、電荷は正、負と異なるので、電流としては同一の向きになる。

　順方向特性では、n形中に正孔が拡散した結果、正孔が蓄積されている。ここで逆方向電圧に切り替わるとき、この蓄積された正孔がp形に流れ、n形中に正孔がなくなるまでに時間がかかる。図Bの(1)のように交流電源を印加すると、負の電圧が加わるときにも、図Bの(2)のように逆方向電圧であるにもかかわらず、電流が流れる結果となる。電流が流れる期間T_Sを蓄積時間という。ダイオードを導通から不導通状態に切り替える動作をスイッチというが、蓄積時間が長いと、スイッチをタイミングよく切り替えることができない。トランジスタでも同様な現象があり、pnpトランジスタでは正孔蓄積時間といい、高周波スイッチの動作の妨げになる。なお、一般的には蓄積効果はp形中に電子が過剰になっている場合にもある。したがって、npnトランジスタでは電子蓄積時間ということになる。

　ダイオードの逆方向電圧を大きくすると、ある一定の逆方向電圧V_Bで急に導通状態になる現象が生ずる（図C）。この電圧を降服電圧という。空乏層は、逆方向電圧を大きくすると、その中の電位差による電界が強くなる。

　p形中にきわめて少数ではあるが電子があるが、この電子が空乏層に入ると内部電界により速度を増加し高いエネルギーをもつ。この電子は半導体の原子核に衝突し、ここから電子をはたき出し、同時に正孔をつくる（図D）。電子についていえば2倍の数になる。衝突した電子、発生した電子はさらに電界により加速され、ふたたび衝突して両者とも原子核より電子をはたき出す。このようにねずみ算式に電子は増倍される。電子と対になって生じた正孔も衝突による増倍作用を行う。そのため内部電界が一定値以上になると急激に大電流が流れる。この現象は電子なだれ現象といい、正常のダイオードの使用方法では使用電圧範囲を狭くする欠点となっているが、特別のダイオードとして、ツェナーダイオード（定電圧ダイオードともいう）、インパットダイオードIMPATT diodeといわれるダイオードにおいて、前者は一定の直流電圧源の作成に、後者はマイクロ波発振に利用される。

［佐藤秋比古］

ショットキーダイオード

ショットキーは、金属と半導体との接合に生ずる障壁により整流性が生ずることを1939年に理論的に説明した。n形半導体に金属を接合させたときの電位分布をグラフに示す（図E）。この電位はグラフの上方にいくほど低くなるように書いてある。電子についてみると、負電位になるほど電子に対する障壁が隆起するのでわかりやすいからである。n形半導体に対して金属を0ボルトにした平衡状態では電流が流れない。そのときは図Eの(1)の曲線の電位分布になる。n形の電子に対して∅_d、金属内の電子に対しては∅_bのそれぞれの障壁が生ずる。∅_dは、金属と半導体との接合面に生じたWなる幅の空乏層（正イオンよりなる）の電荷により生じたものである。∅_bは金属と半導体との接触電位差である。平衡状態では、金属から半導体へ移る電子による電子電流I_Mと、半導体内の電子が金属に移る電子電流I_Sとが等しく互いに打ち消して合成電流はゼロと考える。障壁∅_d、∅_bがあっても、半導体、金属内の一部の電子は熱エネルギーが高く、障壁を越すことができるので、I_M、I_Sが微少でも存在し、打ち消す。ところが、金属の電位をn形半導体に対して高く、すなわちn形半導体の電位を下げる（グラフでは上げる）と図Eの(2)の曲線になり、半導体の電子に対する障壁は∅_d－Vになるが、金属の電子に対する障壁∅_bは変わらない。そのためI_SがI_Mより大きくなる。電子電流としてはI_S－I_Mの電子電流が流れることになる。通常の電流表示は正電流の向きをとるから、電流の向きは金属より半導体に向かう電流が流れる。次に金属の電位をn形半導体に対して低く、半導体の電位を高くすると電位分布が図Eの(3)の曲線になる。半導体内の電子に対する障壁は∅_d＋Vと高くなり、I_Sはゼロになる。したがって電流IはI_Mのみによるが、この値は小さくゼロに近い。この結果、金属・半導体の接合もpn接合と同じような整流特性を示す。pn接合では順方向ではn形半導体に正孔が蓄積され、逆方向にした場合もこの蓄積電荷が消滅せずスイッチ特性に悪い影響を与えたが、この接合では金属、半導体ともにキャリアは電子だけで、蓄積ということがないので、高周波のスイッチに適している。したがって、マイクロ波の検波に使用されるばかりでなく、スイッチ的動作をする集積回路TTLに組み込まれて、その高速化を図るのにも用いられる。

［佐藤秋比古］

光関係のダイオード

半導体ダイオードは、半導体化合物、ヒ化ガリウムなど目的に応じて種々の材料によりpn接合をつくることで光関係の広い用途がある。発光ダイオードlight emitting diode（LED）は、pn接合に順方向に電流を流して光を発生させるダイオードである。p側から正孔が、n側から電子が、それぞれn側、p側に注入されるが、これらのキャリアの一部が再結合して消滅するときに、キャリアのもつエネルギーを光として発生する。光発生の詳細は材料により異なる。発生する光の波長もおもに赤外および近赤外であるが、なかには可視光ダイオードもある。低電圧で動作し、光源として高輝度・長寿命などの利点があり、ディスプレー、通信に用いられる。

　そのほか受光用に用いられるホトダイオードがある。pn接合を逆方向にするよう電圧をかけておいて、接合部分に光を入射すると、光のエネルギーにより電子・正孔の対が生じる。この電子・正孔は空乏層内の電界により加速され、電流として外部に取り出される。受光素子として感度がよいので光通信に使用される。pn接合で印加電圧をある値以上にすると、電子なだれ現象が生じ、非常に高い増倍効果を得ることができる。

　なお、ダイオードの製作はトランジスタ技術とまったく同じであって、現在ではシリコン拡散型が大部分である。しかし光関係の化合物半導体では、材料、特性に応じて製法を最適にしなければならず、現在、刻々と進歩している段階である。

［佐藤秋比古］

[参照項目] | エサキダイオード | ショットキーダイオード | ツェナーダイオード | 発光ダイオード | ホトダイオード

ダイオードの分類

ダイオードの整流原理〔図A〕

ダイオードの順方向特性〔図B〕

降服電圧〔図C〕

電子が正孔をつくる原理〔図D〕

ショットキーダイオードの電位分布〔図E…

出典　小学館　日本大百科全書(ニッポニカ)

改訂新版　世界大百科事典

ダイオード
diode

二極素子に対する一般的名称であり，二極真空管，p-n接合ダイオード，ショットキーダイオード，MISダイオード，インパットダイオード，ガンダイオード，定電圧ダイオード，発光ダイオードなどさまざまな性質をもった多種類の素子が含まれている。整流作用をもたせたp-n接合ダイオードは，その代表的なものである。p-n接合ダイオードは図1に示すように半導体結晶の中に，p型領域とn型領域が隣接するように形成させて構成したものである。図2に示すような非線形の電圧電流特性を有し，電流の大きさはn領域およびp領域に注入される正孔，電子の拡散により決まり，その電流密度は，で表される。ここでqは電気素量，p_n，n_pならびにD_p，D_n，L_p，L_nは，n領域，p領域の熱平衡での正孔，電子密度ならびに正孔，電子の拡散定数，拡散長であり，Vは電圧，kはボルツマン定数，Tは絶対温度である。交流信号に対しては少数キャリアの拡散アドミタンスが支配的になり，順方向に電流を流していたp-n接合ダイオードに逆方向の電圧を加えると少数キャリア蓄積効果を生ずるので，ショットキーダイオードほど高速・高周波動作はできない。しかし少数キャリア注入機能があるので，バイポーラトランジスターのエミッターとして必須の構成要素である。また図2に示したように非線形の電圧電流特性があるので，整流器などに使用されるほか，バイポーラトランジスターのコレクターやMOS電界効果トランジスターのソース，ドレインなど，半導体素子の重要な構成要素である。
執筆者：菅野 卓雄

図1～図2

出典　株式会社平凡社「改訂新版　世界大百科事典」

ブリタニカ国際大百科事典 小項目事典

ダイオード
diode

電流と電圧の関係が，順方向には電流が流れるが，逆方向にはほとんど流れないような整流特性を示す半導体素子。2端子で一方をアノード (陽極) ，他方をカソード (陰極) と呼び，アノードからカソードへの方向が順方向である。順方向では，0.1～1V程度の電圧で急に電流が増加する。逆方向では数V～1000V程度で降伏し，急激に電流が増加する。これらの電圧は半導体材料の種類や性質によって決るので，種々の特性をもつものが製作されている。またダイオードは静電容量をもち，逆方向電圧が増加すると容量が減少する性質を示す。ダイオードは構造上，p-n接合ダイオード (→合金接合型ダイオード ) ，点接触型ダイオード，ショットキー・バリア・ダイオードなどに分類できる。用途の面からみると，整流性を利用する整流・検波用ダイオード，スイッチング・ダイオード，逆方向の降伏現象を利用して定電圧を得るために用いられる定電圧ダイオード (→ツェナーダイオード ) ，電流-電圧特性の非直線性を利用して2つの周波数を混合するミキサダイオード，素子の静電容量が直流バイアスによって変化することを利用して周波数変調やパラメトリック増幅に用いられるバラクタダイオード (→可変容量ダイオード ) ，光起電力効果を利用して光検出を行うフォトダイオード，p-n接合の発光現象 (EL) を利用する発光ダイオード，半導体レーザーなどがある。その他負性抵抗を示すエサキダイオード，発振現象を示すガン効果ダイオード，インパットダイオードなども含まれる (エサキダイオードとガン効果ダイオードは整流性を示さない) 。材料としてはシリコン (ケイ素) が主であるが，用途によってゲルマニウム，ヒ化ガリウム，リン化ガリウム，セレン，亜酸化銅などが用いられている。 (→二極管 ) 　

出典　ブリタニカ国際大百科事典 小項目事典

百科事典マイペディア

ダイオード

二極管のように陰極，陽極の２電極をもつ電子素子。一般には２端子半導体素子（半導体ダイオード）をさす。半導体としてゲルマニウム，シリコン（ケイ素），ガリウムヒ素等が，特に大電力用にはシリコンが用いられる。半導体に金属針を立てた点接触形，半導体に金や銀の細線を融着したボンド形，合金や拡散技術を使って二つの半導体を接合した接合形等に分けられ，後２者はpn接合を利用したもの。整流器，検波器，電子スイッチ等の広い用途があり，特殊なものに可変容量ダイオード，定電圧ダイオード，トンネルダイオード等がある。
→関連項目検波｜ショットキーダイオード｜トランジスターラジオ｜半導体｜半導体ダイオード

出典　株式会社平凡社

知恵蔵

ダイオード

2つの端子を持ち、強い非線形の電流‐電圧特性を持つ電子素子。半導体のpn接合や半導体と金属を接触させたショットキー接合などが主で、整流特性を示す。これらのダイオードは整流器や検波器として使われている。このほか、マイクロ波の増幅・発振を行うインパット・ダイオードやガン・ダイオード、2つの異なった周波数の信号を混合するミキサ・ダイオード、電気容量の電圧変化を利用した可変容量ダイオード、一定の電圧を実現するツェナ・ダイオードなどもある。

(荒川泰彦 東京大学教授 ／ 桜井貴康 東京大学教授 ／ 2007年)

出典　(株)朝日新聞出版発行「知恵蔵」

ASCII.jpデジタル用語辞典

ダイオード

一方向にのみ電流を流す性質のある半導体素子。この性質を利用して、交流を直流に変換する整流器などに使われている。電流を流すと光を発する性質を持つ半導体素子、発光ダイオード（LED）もダイオードの種類のひとつ。

出典　ASCII.jpデジタル用語辞典

化学辞典 第2版

ダイオード
ダイオード
diode

[別用語参照]半導体ダイオード

出典　森北出版「化学辞典（第2版）」

世界大百科事典（旧版）内のダイオードの言及

【半導体】より

…逆に電子が正孔を埋めれば(再結合という)，光が放射される。光ダイオードや半導体レーザーはこの現象を利用している。バンド構造【黒沢 達美】
【半導体の応用と半導体素子】
　半導体にはn型半導体とp型半導体があり，電流を運ぶキャリアである電子と正孔のうち，n型半導体では電子が正孔より著しく多く，p型半導体ではその逆である。…

※「ダイオード」について言及している用語解説の一部を掲載しています。

出典｜株式会社平凡社「世界大百科事典（旧版）」