半導体は様々な種類に区別することができます．本記事では構成元素，結晶の種類，遷移，エネルギーギャップ，パワーによる半導体の種類を解説します．
構成元素による種類
半導体材料には，Siのような元素半導体，GaAsのような化合物半導体，SiGeやAlGaAsのように組成比を変えられる混晶半導体があります．混晶は元素半導体同士や化合物半導体同士から作られるため，互いに独立した3分類ではありません．目的に応じて材料や組成を選びます．
(1) 元素半導体
元素半導体は単一の元素から構成された半導体です．シリコン (Si)，ゲルマニウム (Ge)，炭素 (C)のほか，セレン (Se)やテルル (Te)なども元素半導体に含まれます．
その中でもシリコン (Si)は豊富な資源と使いやすさから，集積回路でもっとも使われる半導体です．シリコンと比較して，ゲルマニウム (Ge)は移動度が高い特徴があり，これらも特殊用途の集積回路に用いられます．
シリコン (Si)やゲルマニウム (Ge)などの主要なⅣ族元素半導体は間接遷移型であるため，一般的な発光ダイオード (LED)には適しませんが，フォトダイオード (PD)，イメージセンサ，太陽電池などに用いられます．ただし，すべての元素半導体が間接遷移型とは限りません．
(2) 化合物半導体
化合物半導体は，2種類以上の元素からなる化合物の半導体です．GaAsやInPなどのⅢ-Ⅴ族，ZnSeなどのⅡ-Ⅵ族，SiCなどのⅣ-Ⅳ族があり，AlGaAsのような3種類以上の元素からなるものも含まれます．
化合物半導体であるGaAs (Ⅲ-Ⅴ)や，InP (Ⅲ-Ⅴ)などは，発光ダイオードや移動度の高いトランジスタなどに利用されます．SiC (炭化ケイ素)は高耐圧でパワーデバイスとしてよく用いられます．
(3) 混晶半導体
混晶半導体は，複数の半導体成分が一つの結晶を形成した材料です．SiGeのように2種類の元素からなるものや，AlGaAsのように3種類の元素からなるものがあります．組成比を変えることで，バンドギャップや格子定数などを調整できます．
結晶の種類
半導体などの固体は，原子配列によって単結晶，多結晶，アモルファスの3種類に分類できます (詳しくはこちら)．結晶の種類によって半導体の特性が変わります．
(1) 単結晶
単結晶は結晶全体が一定の原子構造のみで構成される結晶です．単結晶の半導体は移動度が高く，全体で均一の特性を持ちます．集積回路で用いられます．
(2) 多結晶
多結晶は複数の一定の原子構造を持つまとまりで構成される結晶です．単結晶と比較して一定の原子構造を持つまとまり間で結晶の欠陥となり，デバイスによっては性能が落ちてしまいますが価格が低い特徴があります．例えば太陽電池では多結晶のシリコン (Si)は単結晶のシリコンと比べて発電量が低くなりますが価格が安い特徴があります．
(3) アモルファス
アモルファスは長距離にわたる規則的な原子配列を持たない非晶質です．半導体では単結晶や多結晶とは違う特性があるアモルファス半導体があります．
直接遷移と間接遷移による種類
半導体は電子が価電子帯から伝導帯に遷移する際に，電子の波数 (運動量)が変化するものと，しないものがあります．波数が変わらない遷移を直接遷移 (直接遷移型半導体)，波数が変わる遷移を間接遷移 (間接遷移型半導体)といいます(詳しくはこちら)．直接遷移か間接遷移でも半導体の特性が変わります．
(1) 直接遷移型半導体
直接遷移型半導体は電子が価電子帯から伝導帯に遷移する際に波数 (運動量)が変化しないで，直接遷移する半導体のことです．直接遷移型半導体は電子とホールが再結合する際に運動量のやり取りをしないため，エネルギーを光子として放出します．そのため発光効率が良く，発光ダイオード (LED)として利用されます．
直接遷移型半導体としてはGaAs，GaN，InPなどがあります．
(2) 間接遷移型半導体
間接遷移型半導体は，価電子帯の上端と伝導帯の下端で電子の波数が異なる半導体です．バンド端付近の光学遷移には格子振動との運動量のやり取りも必要なため，一般に発光効率は低くなります．SiやGeが代表例です．Siが集積回路に広く使われるのは，良質な酸化膜を形成できることや製造技術が確立していることなどによります．
エネルギーギャップ・パワーによる種類
以上で紹介した半導体の種類以外もあります．バンドギャップが広い半導体であるワイドギャップ半導体，電力を制御・供給するための半導体であるパワー半導体を紹介します．
(1) ワイドギャップ半導体
バンドギャップ (禁制帯幅)が広い半導体をワイドギャップ半導体といいます．ワイドギャップ半導体としてはSiC，ダイヤモンドや，GaN，AlN，ZnO，ZnS，ZnSeなどがあります．バンドギャップが大きいため青，紫などの短波長を発光する発光ダイオードや，高耐圧・高周波用途の半導体として用いられます．
(2) パワー半導体
パワー半導体は電力を制御・供給するための半導体であり，電源をより省エネで小型な素子で制御・供給できるとして注目・開発が盛んにされています．
まとめ
- 半導体の構成元素：元素半導体と化合物半導体があり，組成比を調整できる混晶半導体もある
- 半導体の結晶構造：単結晶，多結晶，アモルファスの３種類
- 半導体でのキャリアの遷移：直接遷移と間接遷移がある
- ワイドギャップ半導体：バンドギャップ (禁制帯幅)が広い半導体
- パワー半導体：電力を制御・供給するための半導体
まとめ記事に戻る