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窒化物半導体

索引 窒化物半導体

化物半導体 (ちっかぶつはんどうたい) は、III-V族半導体に於いて、V族元素として窒素を用いた半導体。窒化アルミニウム(AlN)、窒化ガリウム(GaN)、窒化インジウム(InN)が代表である。窒化アルミニウムは絶縁体ではあるが、同列に論じられる。.

30 関係: 半導体半導体レーザー可視光線天野浩中村修二人工光合成応用物理学会バンドギャップワイドギャップ半導体パナソニックヒ素アルミニウムインジウムガリウム元素Blu-ray Disc窒化アルミニウム窒化インジウム窒化ガリウム窒素絶縁体絶縁破壊赤崎勇HD-DVDIII-V族半導体N型P型半導体Pn接合歩留まり日亜化学工業

半導体

半導体(はんどうたい、semiconductor)とは、電気伝導性の良い金属などの導体(良導体)と電気抵抗率の大きい絶縁体の中間的な抵抗率をもつ物質を言う(抵抗率だけで半導体を論じるとそれは抵抗器と同じ特性しか持ち合わせない)。代表的なものとしては元素半導体のケイ素(Si)などがある。 電子工学で使用されるICのような半導体素子はこの半導体の性質を利用している。 良導体(通常の金属)、半導体、絶縁体におけるバンドギャップ(禁制帯幅)の模式図。ある種の半導体では比較的容易に電子が伝導帯へと遷移することで電気伝導性を持つ伝導電子が生じる。金属ではエネルギーバンド内に空き準位があり、価電子がすぐ上の空き準位に移って伝導電子となるため、常に電気伝導性を示す。.

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半導体レーザー

レーザーダイオード本体。非常に小さい。 赤色レーザーダイオードの発振 半導体レーザー 半導体レーザー(はんどうたいレーザー、semiconductor laser)は、半導体の再結合発光を利用したレーザーである。 同じものを指すのに、ダイオードレーザー (diode laser) や、レーザーダイオードという名称も良く用いられLDと表記されることも多い。半導体の構成元素によって発振する中心周波数、つまりレーザー光の色が決まる。常温で動作するものの他に、共振器構造や出力電力によっては冷却が必要なものもある。.

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可視光線

可視光線(かしこうせん 英:Visible light)とは、電磁波のうち、ヒトの目で見える波長のもの。いわゆる光のこと。JIS Z8120の定義によれば、可視光線に相当する電磁波の波長は下界はおおよそ360-400 nm、上界はおおよそ760-830 nmである。可視光線より波長が短くなっても長くなっても、ヒトの目には見ることができなくなる。可視光線より波長の短いものを紫外線、長いものを赤外線と呼ぶ。可視光線に対し、赤外線と紫外線を指して、不可視光線(ふかしこうせん)と呼ぶ場合もある。 可視光線は、太陽やそのほか様々な照明から発せられる。通常は、様々な波長の可視光線が混ざった状態であり、この場合、光は白に近い色に見える。プリズムなどを用いて、可視光線をその波長によって分離してみると、それぞれの波長の可視光線が、ヒトの目には異なった色を持った光として認識されることがわかる。各波長の可視光線の色は、日本語では波長の短い側から順に、紫、青紫、青、青緑、緑、黄緑、黄、黄赤(橙)、赤で、俗に七色といわれるが、これは連続的な移り変わりであり、文化によって分類の仕方は異なる(虹の色数を参照のこと)。波長ごとに色が順に移り変わること、あるいはその色の並ぶ様を、スペクトルと呼ぶ。 もちろん、可視光線という区分は、あくまでヒトの視覚を主体とした分類である。紫外線領域の視覚を持つ動物は多数ある(一部の昆虫類や鳥類など)。太陽光をスペクトル分解するとその多くは可視光線であるが、これは偶然ではない。太陽光の多くを占める波長域がこの領域だったからこそ、人間の目がこの領域の光を捉えるように進化したと解釈できる。 可視光線は、通常はヒトの体に害はないが、例えば核爆発などの強い可視光線が目に入ると網膜の火傷の危険性がある。.

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天野浩

天野 浩(あまの ひろし、1960年9月11日 - )は、日本の電子工学者。工学博士(名古屋大学)。専門は、半導体工学。名古屋大学特別教授、同大学未来エレクトロニクス集積研究センター長・教授、同大学赤﨑記念研究センター長、名城大学LED共同研究センター運営委員、物質・材料研究機構特別フェロー。全米技術アカデミー外国人会員。 赤崎勇と共に、世界初の青色LEDに必要な高品質結晶創製技術の発明に成功した。2014年、左記の業績により、赤崎勇、中村修二と共にノーベル物理学賞を受賞 産経新聞 2014年10月7日閲覧。.

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中村修二

中村 修二(Shuji NAKAMURA、なかむら しゅうじ、1954年(昭和29年)5月22日 - )は、日本出身のアメリカ人技術者、電子工学者。博士(工学)(徳島大学、1994年)。日亜化学工業在籍時に、世界に先駆けて実用に供するレベルの高輝度青色発光ダイオードを発明・開発。赤崎勇・天野浩と2014年にノーベル物理学賞を受賞した。日亜化学との訴訟でも注目を集めた。2000年よりカリフォルニア大学サンタバーバラ校(UCSB)教授。世界初となる無極性青紫半導体レーザーを実現し、大学発ベンチャー「SORAA」も立ち上げた。また、科学技術振興機構のERATO中村不均一結晶プロジェクトの研究統括として、東京理科大学の窒化物半導体による光触媒デバイスの開発にも貢献した。.

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人工光合成

人工光合成(じんこう こうごうせい、)は、文字通り光合成を人為的に行う技術のこと。自然界での光合成は、水・二酸化炭素と、太陽光などの光エネルギーから化学エネルギーとして炭水化物などを合成するものであるが、広義の人工光合成には太陽電池を含むことがある『人工光合成と有機系太陽電池』p18-21「人工光合成の歴史と将来展望」、福住俊一。自然界での光合成を完全に模倣することは実現していないが、部分的には技術が確立している。.

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応用物理学会

公益社団法人応用物理学会(こうえきしゃだんほうじん おうようぶつりがっかい、The Japan Society of Applied Physics)は、1946年に創立された応用物理学に関する学会である。略称はJSAP。応用物理学という学問分野の特徴により、扱う領域は広く多岐に渡る。 会員数は2011年8月現在で約24,000名。春と秋に学術講演会を開いており、6,000人から9,000人近い参加者を集める。.

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バンドギャップ

バンドギャップ(Band gap、禁止帯、禁制帯)とは、広義の意味は、結晶のバンド構造において電子が存在できない領域全般を指す。 ただし半導体、絶縁体の分野においては、バンド構造における電子に占有された最も高いエネルギーバンド(価電子帯)の頂上から、最も低い空のバンド(伝導帯)の底までの間のエネルギー準位(およびそのエネルギーの差)を指す。 E-k空間上において電子はこの状態を取ることができない。バンドギャップの存在に起因する半導体の物性は半導体素子において積極的に利用されている。 半導体のバンド構造の模式図。Eは電子の持つエネルギー、kは波数。Egが'''バンドギャップ'''。半導体(や絶縁体)では「絶対零度で電子が入っている一番上のエネルギーバンド」が電子で満たされており(価電子帯)、その上に禁制帯を隔てて空帯がある(伝導帯)。 金属、および半導体・絶縁体のバンド構造の簡単な模式図(k空間無視) バンドギャップを表現する図は、E-k空間においてバンドギャップ周辺だけに着目した図、さらにk空間を無視してエネルギー準位だけを表現した図も良く用いられる。.

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ワイドギャップ半導体

ワイドギャップ半導体(ワイドギャップはんどうたい)とは、バンドギャップの大きい半導体を指す。ここでいう「大きい」は相対的なものではっきりとはしないが、シリコンのバンドギャップが1.12eVであることから、その2倍程度である2.2eV程度以上のバンドギャップを持つ場合にワイドギャップと呼ぶことが多い。 主に、III-V族半導体、特に窒化物半導体は大きなバンドギャップを持ち、ワイドギャップ半導体となる。例えば窒化ガリウムでは、バンドギャップは3.39eVである。また、炭化ケイ素(2.20~3.02eV)、ダイヤモンド(5.47eV)などもワイドギャップ半導体である。 用途としては、発光ダイオードなどの光半導体、液晶ディスプレーに使われる透明電極のほかに低損失のパワーデバイスなどへの応用がある。.

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パナソニック

パナソニック株式会社()は、大阪府門真市に拠点を置く電機メーカー。白物家電などのエレクトロニクス分野をはじめ、住宅分野や車載分野などを手がける。国内電機業界では日立製作所、ソニーに次いで3位。.

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ヒ素

ヒ素(砒素、ヒそ、arsenic、arsenicum)は、原子番号33の元素。元素記号は As。第15族元素(窒素族元素)の一つ。 最も安定で金属光沢があるため金属ヒ素とも呼ばれる「灰色ヒ素」、ニンニク臭があり透明なロウ状の柔らかい「黄色ヒ素」、黒リンと同じ構造を持つ「黒色ヒ素」の3つの同素体が存在する。灰色ヒ素は1気圧下において615 で昇華する。 ファンデルワールス半径や電気陰性度等さまざまな点でリンに似た物理化学的性質を示し、それが生物への毒性の由来になっている。.

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アルミニウム

アルミニウム(aluminium、aluminium, aluminum )は、原子番号 13、原子量 26.98 の元素である。元素記号は Al。日本語では、かつては軽銀(けいぎん、銀に似た外見をもち軽いことから)や礬素(ばんそ、ミョウバン(明礬)から)とも呼ばれた。アルミニウムをアルミと略すことも多い。 「アルミ箔」、「アルミサッシ」、一円硬貨などアルミニウムを使用した日用品は数多く、非常に生活に身近な金属である。天然には化合物のかたちで広く分布し、ケイ素や酸素とともに地殻を形成する主な元素の一つである。自然アルミニウム (Aluminium, Native Aluminium) というかたちで単体での産出も知られているが、稀である。単体での産出が稀少であったため、自然界に広く分布する元素であるにもかかわらず発見が19世紀初頭と非常に遅く、精錬に大量の電力を必要とするため工業原料として広く使用されるようになるのは20世紀に入ってからと、金属としての使用の歴史はほかの重要金属に比べて非常に浅い。 単体は銀白色の金属で、常温常圧で良い熱伝導性・電気伝導性を持ち、加工性が良く、実用金属としては軽量であるため、広く用いられている。熱力学的に酸化されやすい金属ではあるが、空気中では表面にできた酸化皮膜により内部が保護されるため高い耐食性を持つ。.

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インジウム

インジウム(indium )は、原子番号49の元素。元素記号は In。第13族元素の1つ。銀白色の柔らかい金属である。常温で安定な結晶構造は正方晶系。比重7.3、融点は156.4 と低い。常温では空気中で安定である。酸には溶けるが、塩基や水とは反応しない。.

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ガリウム

リウム (gallium) は原子番号31の元素で、元素記号は Ga である。ホウ素、アルミニウムなどと同じ第13族元素に属する。圧力、温度によっていくつかの安定な結晶構造がある。常温、常圧では斜方晶系が安定(比重 5.9)で、青みがかった金属光沢がある金属結晶である。融点は 29.8 と低いが、一方、沸点は 2403 村上 (2004) 124頁。(異なる実験値あり)と非常に高い。酸やアルカリに溶ける両性である。価電子は3個 (4s, 4p) だが、3d軌道も比較的浅いところにある。 また、水と同じように、液体の方が固体よりも体積が小さい異常液体である。ガリウムは固体から液体になると、その体積が約3.4%減少する。そのため金属のガリウムをガラス容器に保管すると相転移に伴う体積変化によって容器が破損するため、通常はポリ容器に保管される。.

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元素

元素(げんそ、elementum、element)は、古代から中世においては、万物(物質)の根源をなす不可欠な究極的要素広辞苑 第五版 岩波書店を指しており、現代では、「原子」が《物質を構成する具体的要素》を指すのに対し「元素」は《性質を包括する抽象的概念》を示す用語となった。化学の分野では、化学物質を構成する基礎的な成分(要素)を指す概念を指し、これは特に「化学元素」と呼ばれる。 化学物質を構成する基礎的な要素と「万物の根源をなす究極的要素」としての元素とは異なるが、自然科学における元素に言及している文献では、混同や説明不足も見られる。.

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Blu-ray Disc

記録面の耐久性が改善され、ベアディスクが実現した BD-RE Ver. 2.1 ディスク(パッケージ)左)25GB 右)50GB(2層) BD-RE Ver. 1.0 ディスク 25GB BD-RE Ver. 1.0 ディスク 50GB SD映像の違い 2005年CEATECの模様(2005年10月14日 撮影) Blu-ray Disc(ブルーレイディスク)は、DVDの後継となる光ディスク。第3世代光ディスクの一種であり、青紫色半導体レーザーを使用する。規格は「Blu-ray Disc Association」が策定。 一般的な略称は「BD(ビーディー)」、または単に「ブルーレイ」と呼ばれることも多い。.

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窒化アルミニウム

化アルミニウム(ちっかアルミニウム, aluminum nitride, AlN)はアルミニウムの窒化物であり、無色透明のセラミックスである。アルミナイトライドともいう。.

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窒化インジウム

化インジウム(ちっかインジウム、indium nitride)は、インジウムと窒素からなる化学式InNの半導体である。バンドギャップが小さく、太陽電池や高速エレクトロニクスに用いられる。InNのバンドギャップは、現在では温度に応じ〜0.7 eVであることが分かっている(かつては1.97 eVとされていた)。有効電子静止質量は、高磁場での測定でm*.

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窒化ガリウム

化ガリウム(ちっかガリウム、GaN)はガリウムの窒化物であり、主に青色発光ダイオード(青色LED)の材料として用いられる半導体である。ガリウムナイトライド (gallium nitride) とも呼ばれる。.

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窒素

素(ちっそ、nitrogen、nitrogenium)は原子番号 7 の元素。元素記号は N。原子量は 14.007。空気の約78.08 %を占めるほか、アミノ酸をはじめとする多くの生体物質中に含まれており、地球のほぼすべての生物にとって必須の元素である。 一般に「窒素」という場合は、窒素の単体である窒素分子(窒素ガス、N2)を指すことが多い。窒素分子は常温では無味無臭の気体として安定した形で存在する。また、液化した窒素分子(液体窒素)は冷却剤としてよく使用されるが、液体窒素温度 (-195.8 ℃, 77 K) から液化する。.

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絶縁体

絶縁体(ぜつえんたい、insulator)は、電気あるいは熱を通しにくい性質を持つ物質の総称である。.

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絶縁破壊

ーモーション, ユダヤ・サマリア大学 絶縁破壊(ぜつえんはかい)とは、電気・電力・電子回路やその部品において、導体間を隔離している絶縁体(非導電性物質や空気層など)が破壊され、絶縁状態が保てなくなることをさす。 電線路やモーターなどの電気機器においては、短絡(ショート)を防ぐために導体間に一定の空間を確保したり、絶縁被覆を行う。しかし、雷サージや配線ミスなどにより設計された耐電圧(絶縁耐力)を超える高い電圧が加わると、導体間に放電現象が起こって導通すると共に、絶縁体を破壊して永久に絶縁状態が得られなくなる場合がある。絶縁破壊という言葉は、「絶縁状態が破られたこと(可逆的な絶縁破壊)」の意味合いで用いられる。 MOS(金属-酸化物-半導体)半導体素子は非常に薄い酸化被膜を絶縁層とするが、これは人体に帯電する数百ボルトの静電気でも容易に破壊して機能しなくなるため、開発当初はその取り扱いに注意を要した。その後、半導体素子内部に保護ダイオードを形成することで加わった高電圧を逃がす構造へ改良が進み、今日では静電気が引き起こす物理的破壊による故障は低減している。.

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赤崎勇

赤﨑 勇(あかさき いさむ、1929年1月30日 - )は、日本の半導体工学者。学位は工学博士(名古屋大学)。名城大学大学院理工学研究科終身教授、名城大学先端科学技術研究所所長、名古屋大学特別教授・名誉教授、名古屋大学赤﨑記念研究センターフェロー。京都大学名誉博士。文化功労者、文化勲章受章者、日本学士院会員。2014年『高輝度青色発光ダイオードの発明』でノーベル物理学賞を受賞。 株式会社松下電器東京研究所基礎第4研究室室長、松下技研株式会社半導体部長、名古屋大学工学部教授などを歴任した。 「赤﨑」の「﨑」は山偏に竒(いわゆる「たつさき」)であるが、JIS X 0208に収録されていない文字のため、赤崎 勇と表記されることも多い。.

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HD-DVD

HD-DVDとは、HD DVD以前に、2003年頃DVDフォーラムで検討されていたHD映像用DVD規格である。 記録方式はMPEG-4 AVC/H.264になっている。HD DVDをHD-DVDと間違って記述されることが多い。 現代用語検定協会『現代用語の基礎知識 学習版』自由国民社、2013年2月、ISBN 9794426115661。 -->.

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III-V族半導体

III-V族半導体(さんごぞくはんどうたい)は、III族元素とV族元素を用いた半導体である。III-V族化合物半導体とも呼ぶ。代表的なIII族元素としてはアルミニウム(Al)・ガリウム(Ga)・インジウム(In)、V族元素としては窒素(N)・リン(P)・ヒ素(As)・アンチモン(Sb)がある。この他にホウ素(B)・タリウム(Tl)・ビスマス(Bi)もIII-V族半導体を構成する元素である。またV族元素として窒素を用いた窒化ガリウム(GaN)・窒化アルミニウム(AlN)・窒化インジウム(InN)などを特に窒化物半導体と呼ぶ。 代表的な半導体であるケイ素(Si)と比較して、III-V族化合物半導体はその多くが直接遷移型の半導体であるため、発光ダイオード・レーザダイオードをはじめとする発光素子に用いられる。またケイ素とはバンドギャップエネルギーが異なるため、フォトダイオードといった受光素子にも用いられる。例えば現在の赤・緑・青色などの発光ダイオードは、ほぼすべてIII-V族半導体を材料としている。また高い電子移動度を利用して、極超短波以上の増幅には、ガリウムヒ素(GaAs)を用いた電界効果トランジスタが広く使われている。 これらIII族元素とV族元素を1種類ずつ組み合わせたガリウムヒ素・リン化インジウム(InP)・窒化ガリウムといった化合物半導体を2元系混晶と呼ぶ。さらに結晶基板(ガリウムヒ素・リン化インジウム・エピタキシャル窒化ガリウムなど)の上での結晶成長により、インジウム・ガリウム・ヒ素(InGaAs)・ゲイナス(GaInNAs)といった3元系・4元系の化合物半導体も作成できる。3元以上の混晶では、その組成比によってバンドギャップエネルギー・格子定数・光学特性を連続的に変化させられる。また結晶成長の際に格子定数を一定に保ったままバンドギャップエネルギーを変化させた層を組み合わせれば、量子井戸構造などの量子効果も得られる。.

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N型

N型(エヌがた).

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P型半導体

p型半導体(ピーがたはんどうたい)とは、電荷を運ぶキャリアとして正孔(ホール)が使われる半導体である。正の電荷を持つ正孔が移動することで電流が生じる。つまり、正孔が多数キャリアとなる半導体である。 例えばシリコンなど4価元素の真性半導体に、微量の3価元素(ホウ素、アルミニウムなど)を添加することでつくられる。不純物半導体に含まれる。.

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Pn接合

pn接合(ぴーえぬせつごう、pn junction)とは、半導体中でp型の領域とn型の領域が接している部分を言う。整流性、エレクトロルミネセンス、光起電力効果などの現象を示すほか、接合部には電子や正孔の不足する空乏層が発生する。これらの性質がダイオードやトランジスタを始めとする各種の半導体素子で様々な形で応用されている。またショットキー接合の示す整流性も、pn接合と原理的に良く似る。.

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歩留まり

歩留まりあるいは歩止まり(ぶどまり)とは、製造など生産全般において、「原料(素材)の投入量から期待される生産量に対して、実際に得られた製品生産数(量)比率」のことである。 また、歩留まり率(ぶどまりりつ)は、歩留まりの具体的比率を意味し、生産性や効率性の優劣を量るひとつの目安となる。例えば、半導体製品では、生産した製品の全数量の中に占める、所定の性能を発揮する「良品」の比率を示す。歩留まりが高いほど原料の質が高く、かつ製造ラインとしては優秀と言える。 英語の (イールド・レート)は、日本語の「歩留まり」および「歩留まり率」とおおよそ同義。.

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日亜化学工業

主力製品の一つである青色LED 日亜化学工業株式会社(にちあかがくこうぎょう)は徳島県阿南市に本社を持つ化学会社。略称は、日亜(にちあ)・日亜化学(にちあかがく)。 発光ダイオードなどの電子デバイスや蛍光灯などに使われる蛍光体を扱う。以前はストレプトマイシンの製造にも携わっていた。.

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