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光半導体デバイスとは何?

まず光半導体デバイスの“光”とはいったい何でしょうか?

光は、テレビや携帯電話で使用されている電波や、病院でお世話になるエックス線などと同じ仲間で、『電磁波』と呼ばれるものの一種です。光と電波などとの違いは、その波長によります。図にすると次のようになります。

図

次に、光半導体デバイスの“半導体”とはいったい何でしょうか?

電気を良く通す『導体』と電気を通さない『絶縁体』の中間の性質を持つものを『半導体』と言います。物質に電気が流れる抵抗の大きさによって、導体・半導体・絶縁体に分かれているのです。
導体には、金・銀・銅・鉄などの金属が代表的です。絶縁体には、ゴム・ガラス・セラミックス・プラスチック・油などがあります。
半導体は、シリコン・ゲルマニウムのほかに化合物半導体材料(ガリュウム砒素・ガリュウム燐・ガリュム窒素・インジュム燐)などがあり、最も多く使用されているのは、シリコンです。半導体を材料にしたトランジスタは現代社会の基盤を支え、多数のトランジスタを作りこんだ集積回路であるICも半導体製品です。

シリコンは、珪素とも呼ばれて、地球上では酸素の次に多く存在している物質で、石や砂に多く含まれており、ゲルマニウム、シリコンや化合物半導体材料は一般に鉱石から精錬されて作られます。

そして、光半導体デバイスの“デバイス”とは一体何でしょうか?

何らかの機能が作りつけられている装置を意味し、光半導体デバイスは電流⇔光に変換する機能が素子の中に微細な構造で作られています。

光半導体とは何でしょうか?

電流を光に変換する発光素子や半導体レーザと光を電流に変換する受光素子の2種類に大別出来ます。 光半導体の材質により、光電変換の波長が変ります。

紫外 AlGaN / GaN on Sapphire
紫・青 InGaN / GaN on Sapphire
GaP on GaP
AlInGaP on GaAs
GaAlAs on GaAs
赤外 GaAlAs on GaAs
近赤外 InGaAs on InP(受光用)
InGaAsP on InP(発光用)

半導体には、SiやGeのように単元素からなるものがありますが、上記のように複数の元素で出来ているものを化合物半導体と呼んでいます。

化合物半導体とは?

SiやGe半導体は発光効率が極めて低いので主として受光用として使われますが、化合物半導体は発光効率が高くLEDや半導体レーザとして使われ、また高速動作が出来るため光通信用の受光素子などに使われます。

光半導体の広がりは・・・

光半導体イメージ写真光半導体イメージ写真

テレビやエアコンなど電気製品のリモコンは、赤外線で情報を送受信しているものです。光メディアと呼ばれているCDやDVDは、記憶媒体に光で情報を書き込みされ、光を当てて情報を読んでいるものです。身の回りには、このように光を応用した電気機器が多数あります。

ご存知のように、照明の主役であった白熱灯や蛍光灯が、LEDと呼ばれる発光ダイオードに取って代わられようとしています。
同じような傾向が懐中電灯や車のヘッドランプにも見られ、道路の信号機でも同様にLED化が進行しています。
これらのLEDも光半導体デバイスです。

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KP-2 二波長フォトダイオード KPMC29
業界最小クラスのサイズに、シリコンとインジウムガリウムヒ素の受光素子を同一光軸上に並べることにより、400~1,700nmの広範囲な感度を実現
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