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ダイオード(英語:Diode)は整流作用(電流を一定方向にしか流さない作用)を持つ電子素子である。最初のダイオードは2極真空管で、後に半導体素子である半導体ダイオードが開発された。今日では単にダイオードと言えば、通常、半導体ダイオードを指す。

1919年、イギリスの物理学者 William Henry Eccles がギリシア語の di = '2'と ode = '道' を合わせて造語した。

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◆ ダイオードの整流作用

ダイオードは、アノード(陽極)およびカソード(陰極)の二つの端子を持ち(この用語は真空管から来ている)、電流を一方向にしか流さない。すなわち、アノードからカソードへは電流を流すが、カソードからアノードへはほとんど流さない。このような作用を整流作用という。真空管では、電極間に印加する電圧によって、カソードからの熱電子がアノードに到達するかが分かれることで整流作用が生じる。半導体ダイオードでは、p型とn型の半導体が接合されたPN接合や、半導体と金属が接合されたショットキー接合などが示す整流作用が用いられる。PN接合型ダイオードにおいては、p型側がアノード、n型側がカソードとなる。

◆ ダイオードの基本動作

ここでは半導体ダイオードの動作について、基本的なPN接合ダイオードを例に取って簡単にその特性を述べる。2極真空管については、真空管の項を参照されたい。

◇ 基本構造と熱平衡状態

PN接合ダイオードは、n型半導体とp型半導体が滑らかに繋がった(接合された)構造をしている。PN接合部ではお互いの電子と正孔が打ち消し合い、これら多数キャリアの不足した空乏層が形成される。この空乏層内は、n型側は正に帯電し、p型側は負に帯電している。このため内部に電界が発生し、空乏層の両端では電位差(拡散電位)が生じる。ただしそれと釣り合うように内部でキャリアが再結合しようとするので、この状態では両端の電圧は0である。

◇ 整流動作

  順方向バイアス

ダイオードのアノード側に正電圧、カソード側に負電圧を印加することを順方向バイアスをかけると言う。これはn型半導体に電子、p型半導体に正孔を注入することになる。これら多数キャリアが過剰となるために空乏層は縮小・消滅し、キャリアは接合部付近で次々に結びついて消滅(再結合)する。全体でみると、これは電子がカソードからアノード側に流れる(=電流がアノードからカソード側に流れる)ことになる。この領域では、電流はバイアス電圧の増加に伴って急激に増加する。また電子と正孔の再結合に伴い、これらの持っていたエネルギーが熱(や光)として放出される。また、順方向に電流を流すのに必要な電圧を順方向電圧降下と呼ぶ。

  逆方向バイアス

アノード側に負電圧を印加することを逆方向バイアスをかけると言う。この場合、n型領域に正孔、p型領域に電子を注入することになるので、それぞれの領域において多数キャリアが不足する。すると接合部付近の空乏層がさらに大きくなり、内部の電界も強くなるため、拡散電位が大きくなる。この拡散電位が外部から印加された電圧を打ち消すように働くため、逆方向には電流が流れにくくなる。より詳しくは、PN接合の項を参照のこと。

実際の素子では、逆バイアス状態でもごくわずかに逆方向電流(漏れ電流、ドリフト電流)が流れる。さらに逆方向バイアスを増してゆくと、ツェナー降伏やなだれ降伏を起こして急激に電流が流れるようになる。この降伏現象が始まる電圧を(逆方向)降伏電圧または(逆方向)ブレークダウン電圧と言い、降伏によって急激に逆方向電流が増加している領域を降伏領域(ブレークダウン領域)と言う。ブレークダウン領域では電流の変化に比して電圧の変化が小さくなる。この領域で積極的に動作させることで定電圧源として利用するのがツェナーダイオードである。

◆ ダイオードの種類

; PNダイオード (PN Diode)

: 半導体のPN接合の整流性を利用する、基本的な半導体ダイオードである。詳しくはPN接合の項を参照のこと。

; ショットキーバリアダイオード (Schottky Barrier Diode)

: 金属と半導体とのショットキー接合の整流作用を利用している。順方向の電圧降下が低く、逆回復時間が短いため、高周波の整流に適する。一般的に漏れ電流が多く、サージ耐力が低い。これらの欠点を改善した品種も製作されている。

; 定電圧ダイオード (Reference Diode)(ツェナーダイオード (Zener Diode))

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