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個別半導体他

1940年代

1947年12月米国ベル研究所(BTL:Bell Telephone Laboratories)で、点接触型の トランジスタが発明され、さらに1949年4月には同研究所でゲルマニウム合金型 トランジスタが、続いて1951年に成長接合型トランジスタが開発され、その後の 半導体発展の礎となった。

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1950年代

電気通信研究所の岩瀬 新午、浅川 俊史は、日本で初めて点接触トランジスタの増幅動作に成功し、11月に物理学会年会で発表。

1954年1月神戸工業より合金接合型のゲルマニウムトランジスタが発売され、同年7月にはソニーから成長接合型ゲルマニウムトランジスタが発売された。 その他の日本各社も1950年代後半からゲルマニウムトランジスタの量産を開始し、50年代末には日本の生産量は世界トップとなった。

ソニーの江崎玲於奈は半導体pn接合ダイオードで、量子論上予測されていた電子のトンネル現象を発見、1973年ノーベル物理学賞を受賞した。 このダイオードは電流-電圧特性に負性抵抗を持ち、超高周波増幅や超高速論理回路素子として活用された。

Fairchild のJ.A. Hoerniは、不純物選択拡散に用いたシリコン酸化膜を除去しないで、接合の保護膜、配線の絶縁膜に使用する、ダイオード、トランジスタの製作方法を 発明し、プレーナ・プロセスと名づけた。その後の集積回路発展の基礎になる重要な 発明である。


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1960年代

BTLのJ.AttalaとD.KahngはSi単結晶表面に成長させた酸化膜をゲート絶縁膜に 用いる、今日のMOSFETの原型を考案し、世界で初めてその安定動作に成功した。

日立の大野らは、酸化膜中の可動イオンのMOSFET特性への影響を低減できるB-T 処理技術を発明した。この結果、Si(100)面をチャネルとするMOSFETが、Si基板と酸化膜の界面の固定電荷、界面準位の影響が最も少ないことを実証した。 以後、ほとんどのLSIはSi(100)面を用いることになる。

1963 IEEE ISSCCで、FairchildのF. M. Wanlassは相補型MOS (CMOS) の基本概念を発表、スタンバイ電力が小さく、高集積化に適していることを予見した。

高周波バイポーラトランジスタの高出力化には、単位面積当たりのエミッタ周囲長を長くすることが有利になることから、 エミッタ拡散層をメッシュ状に配置するトランジスタが考案された。UHF帯で出力数10Wのトランジスタが開発され、全固体TVサテライト装置で活躍した。

DSA(Diffusion Self ?Aligned) MOS FETはn型Si基板表面の拡散窓からp型、n型不純物を2重拡散してnpn構造を作製し、p層の表面に接する領域をMOSFETのチャネルに使用する。 チャネル長が不純物の拡散で決まるので、リソグラフィで加工するより短いチャレル長を実現できる。短チャネルMOSFETとして期待されたが、むしろ高耐圧化に適していることから電力用MOSFET として発展する。


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1970年代

BTL(Bell Telephone Laboratory)の林らは、GaAs/AlGaAsダブルヘテロ構造レーザを考案し、室温CWレーザ動作に成功した。 CorningはKaoが発明した低損失石英光ファイバの販売を開始した。光通信の光源と媒体の同時出現により光通信
発展が始まる。

1966年にC.A.Mead が提案したGaAs MESFETは、GaAsの電子移動度がSiより数倍高く、半絶縁性基板が出来ることなどから、 高周波トランジスタとして有望視され、世界で30社以上が開発を進めた。NECは優れた結晶成長、電極形成技術を開発し、 マイクロ波帯無線通信向低雑音GaAs MESFETを世界に先駆けて商品化した。

UHF帯高出力増幅にはSiバイポーラトランジスタが使われていた。富士通の森田らは、ゲート長5μm(ゲート幅20mm)のAlゲートnMOSFETで、 周波数700MHzで、出力16W、利得6dB(@700MHz)を達成し、世界に先駆けて、MOSFETのUHF帯、マイクロ波帯での優位性を実証した。

1974年:静電誘導トランジスタ(SIT)オーディオ増幅器 発売(ヤマハ)
  1950年東北大・西澤によって発明された静電誘導トランジスタ(SIT: Static Induction
  Transistor)の三極管特性を活かした、オーディオ増幅用SITが開発された。これを
  使用したオーディオ増幅器B-1(150W出力)が発売された。

1975年:高出力GaAs MESFET 市販開始(富士通)
  GaAs MESFETの高周波高出力性能に注目した富士通は、ソース接地方法、電極
  形成法に特長のあるマイクロ波帯高出力GaAs MESFETを世界で初めて商品化した。
  これによりC, Xバンドのマイクロ波中継装置に従来使用されていた進行波管(TWT)を
  リプレイスし、世界初全固体マイクロ波中継装置が実現した。1989年には衛星通信の
  増幅器にも採用されるなど、マイクロ波帯で現在でも広く使われている。

1978年:GaAs/AlGaAs 半導体レーザー市販(日立、三菱電機)
  1970年に室温CW発振に成功した半導体レーザーは、非常に短命で発振モードが不安定
  という欠点があった。劣化原因の解明と対策技術開発、発振モード安定化構造(CSP型、
  BH型:日立、TJS型:三菱電機)発案により、世界で初めて半導体レーザーの市販を
  始めた。

1978年:11万画素CCD撮像素子開発商品化(ソニー)
  撮像管の置き換えを狙ったCCD撮像素子の開発が1975年頃から活発化するが、ソニー
  は世界に先駆けて、2/3型、11万画素(242H×490V)のCCD撮像素子(ICX008)を商品
  化した。1980年には、これを使用した2チップカラーカメラ(XC-1)を発売した。

1979年12月-1980年8月:1.3μm帯半導体レーザー開発(NEC、日立、富士通)
  石英ファイバーは発売当初は波長850nm付近が低損失であったが、ファイバーの技術が
  進み石英の純度が向上すると、最初は1310nm、ついで1550nmで損失が最小になること
  がわかってきた。このため各社いっせいにInGaAsP/InP系レーザーの開発に着手し、
  1976年に東工大・NTTが連続動作に成功する。その後、各社いっせいに低しきい値1.3μ
  m帯InGaAsP/InP系レーザーの開発に成功し、1983年12月のF-400M(NTT)の運用開始に
  つながる。

1979年:HEMT発明(富士通)
  1979年12月に富士通(研)三村高志によって発明された、半導体ヘテロ接合界面の2次元
  電子ガスをチャネルにもちいる電界効果トランジスタである。高速・高周波動作に優れ、
  1985年に国立天文台電波望遠鏡の低雑音受信機に採用されたのを商用化の第一歩とし
  て、現在では衛星放送、移動無線などマイクロ波・ミリ波通信分野の重要デバイスになっ
  ている。と同時にこの発明が契機になって、各種半導体ヘテロ接合の重要性を認識させ
  た功績も大きい。

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1980年代

1980年:6 kV/1.5 kA 光トリガサイリスタ実用化(日立、東芝)
  世界に先駆けて商用水準(4-6kV-1500A)の、LEDからの光信号でターンオンする
  光トリガサイリスタ(LTT: Light-Triggered Thyristor)を開発、これを使用した高電圧
  電力変換装置の実用化試験に成功した。

1981年:動的単一モードInGaAsP/InP DFBレーザー開発(NTT, KDD)
  光ファイバの最低損失波長1.55μm付近で、高速変調をかけても単一縦モード発振
  (動的単一モード)を維持できる、InGaAsP/InP DFB (Distributed Feedback:分布帰還)
  型BH(Buried-Hetero-structure:埋め込みヘテロ構造)レーザーの開発に世界に先駆
  けて成功した。

1982年:CD向けVSISレーザー商品化(シャープ)
  当初GaAs/AlGaAsレーザーはすぐに劣化する課題があったが、シャープはp型GaAs基板
  を使用するVSIS(V-channel Substrate Inner Stripe)構造レーザーを開発し、約4万時間
  の製品寿命を達成、家庭用CDプレーヤ(ソニー・Philips)の商品化が可能になった。

1984年:ノン・ラッチ・アップIGBT発明 (東芝)
  1984年12月東芝は、MOSFETの構造を工夫することで、耐圧1200V、電流容量75Aの
  ラッチアップフリーのIGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)を開発した。寄生サイリスタ
  のラッチアップ抑制は不可能と考えられていた従来概念を打破した。

1985年:U-MOSFET 発明 (松下)
  松下電子の上田らは、断面がU字形状のグルーブ(溝)の側面にチャネルを形成する
  パワーMOSFETを考案し、VMOSFET, DMOSFETよりもオン抵抗の低いスイッチング
  素子を実現できることを実証した。この構造は比較的低い耐圧のパワーMOSFETに
  現在(2010年)でも大々的に使用されている。

1987年:衛星TV受信向低雑音HEMT発売(富士通・ソニー)
  HEMTは当初高速論理素子として大いに期待され、スーパコンに向けて16KSRAMなど
  が開発された。しかしHEMTはマイクロ波、ミリ波帯での超低雑音特性に優位性のある
  ことが実証され、衛星放送受信アンテナ用低雑音HEMTが開発発売された。衛星TV時代
  の幕開けとともにHEMTは大々的に使用され、ベルリンの壁崩壊の一因になったとも言
  われる。

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1990年代

1990年:世界初HDTV向け1インチ200万画素CCD撮像素子開発(ソニー、東芝、松下)
  CCD撮像素子は画素感度を維持しながら、画素サイズを20年間で1/100に縮小した。
  オンチップカラーフィルタ、オンチップマイクロレンズ、タングステン遮光などの技術が開発
  され、HDTVカムコーダに対応できる撮像素子が開発された。現在(2010年)では1200万
  画素CCD撮像素子が開発されている。

1993年:世界初高輝度InGaN/GaN青色LED商品化(日亜化学)
  1993年12月 日亜化学・中村の発明したツーフローMOCVD技術によるGaN および
  InGaN単結晶薄膜、ならびに熱アニール法によるp型GaN結晶で作成したダブルヘテロ構
  造LEDで発光効率2.7%(従来比100倍)の高輝度青色LEDの開発に成功、日亜化学は世
  界で初めて1cd以上の光度を有する波長450nmの青色LEDを製品化した。

1995年:DVD向け650 nm帯AlGaInP系レーザー開発(松下、東芝、シャープ、ソニー)
  GaAs基板にエピ成長可能なAlGaInP系材料による赤外レーザーの室温連続発振に
  1985年にNEC、ソニー、東芝が成功、650nm帯レーザーの幕開けとなった。松下のHDSA
  構造レーザーなど各社で、実用化に向けてのレーザー開発が進み、1996年商用開始の
  家庭用DVDの光源にもちいられた。

1997年:車載レーザーレーダ用高出力レーザダイオード量産(デンソー)
  デンソーはブロードストライプ(発光幅360μm)構造AlGaAs/GaAs高出力半導体
  レーザーを開発、これを使用したレーザーレーダーを、1997年発売の乗用車のACC
  (Adaptive Cruse Control:車間距離制御)システムに搭載した。

1997年:スーパージャンクションMOSFET発明(富士電機)
  富士電機の藤平らは、ドリフト層に低濃度n層の代わりに、n型層とp型層を交互に並
  べるスーパージャンクション(SJ)構造を採用する縦型MOSFET を考案した。n層の濃度
  を上げても高耐圧が得られるので、オン抵抗をさげることが出来、高耐圧(電源用)
  パワーMOSFETの主要な構造になった。

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2000年代

2000年7月東芝は、トレンチ形IGBTを改良し、エミッタ側の電子注入量を増加させ、 高耐圧と低オン電圧を実現した。この結果、従来のGTOを使用してきた分野がIEGTに 置き換わった。

1977年に東工大・伊賀により提案され、1988年に赤色で、1993年に1.3μ帯で室温連続 動作に成功していた面発光レーザーは、製造工程の複雑さから実用化が遅れていた。 2002年6月富士ゼロックスにて、プラスチック光ファイバ伝送に適した、波長850nm、出力 4mWの10ギガ・イーサネット対応レーザーが商品化された。

GaN系半導体材料は、高温動作、高耐圧、高出力トランジスタとして期待が大きい。 HEMT構造にすることで電子移動度も高くなり高周波領域での動作も可能になる。
モーター駆動や電源回路に用いるパワートランジスタとしても開発が進んでいる。

2002年2月に策定された大容量光ディスク「Blue-Ray」に向けて各社レーザー開発を 進めるが、三洋電機は他社に先駆けて波長405nm、パルス光出力100mWのGaN系 大出力レーザー開発に成功した。

視感度の高い黄色を蛍光する蛍光体と青色発光ダイオードを組み合わせる白色発光ダ イオードは1966年に提案された。青色発光ダイオードの進歩で、日亜化学は2006年6月に 100lm/W白色LEDサンプルを出荷し、蛍光灯に匹敵する明るさを実現した。現在、日亜化 学が世界の6割の白色LEDチップの製造を行っている。

CMOS撮像素子はCMOS論理回路とモノリシック集積が可能なため、携帯電話搭載撮 像素子など、小型で安価なものに使われてきた。パターン雑音、スイッチ雑音を低減す る技術が開発され、CMOS撮像素子の低消費電力、高速動作を活かした大画面撮像 素子が開発され、デジタル一眼レフカメラに採用された。

1982年東大荒川、榊が提案し1994年に動作確認されていた量子ドットレーザーは、従来 型半導体レーザーに比べて温度変化の影響が少なく、100℃まで複雑な温度調整なしに 安定動作する。量子ドット作成技術が進歩し、2009年3月に世界で初めて1310nm、 10Gbps通信用量子ドットレーザーの商品化に成功した。

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2010年代

CMOSイメージセンサーは、携帯電話の普及により市場規模が急速に拡大した。新機能追加や高速化・低消費電力化を実現するため、 画素とロジック回路を別々の基板で作製し、基板同士を上下に積層した3次元積層型のCMOSイメージセンサーを開発した。

住友電工が2013年に100Gb/sデジタルコヒーレント通信用光源として製品化したフルバンド波長可変レーザーは、 独自のCSG-DR(Chirped-Sampled-Grating Distributed Reflector)構造と集積ヒーターによる局所的な熱制御で、光ファイバー出力+16 dBm以上の 高出力特性と200kHz以下の狭線幅特性を両立した。スペクトル利用効率向上による今後の光ネットワークの更なる大容量化に向けて、 重要なマイルストーンとなった。

三菱電機は2013年に3.3kV SiC-MOSFETを開発し発表した。 2014年に3.3kV SiC-MOSFETとSiC-SBDを搭載した3.3kV/1.5kAフルSiCパワーモジュールを開発し、 世界で初めて鉄道車両用インバーターに搭載して製品化を実現した。

シチズン電子は、青色LED素子や蛍光体材料の改良に加えて、熱伝導率の高いアルミニウム基板にLED素子を直接マウントする独自のパーケージ技術により、1kW級水銀灯と同等の全光束量(6-8万lm)を数百Wの投入電力で実現する高光束・高効率白色LEDを世界に先駆けて開発、製品化した。
従来、水銀灯やハロゲンランプが使用されていたスタジアムや舞台の照明など、屋内外の大型照明装置に採用されている。


【最終変更バージョン】
2016/04/06