半導体の種類と用途。計算・記憶・電力・光とセンサーの働きから

坂本祥太朗 | NDシステムズ

2026年11月7日 07:53

「半導体」と呼ばれる部品は、スマートフォンやパソコンだけでなく、エアコンや自動車、信号機、太陽光発電の設備にも使われています。

ただし、それぞれの機器の中で働いている半導体は、同じ種類ではありません。この記事では、半導体を働きで分け、どの種類が、どこで、何をしているのかを整理します。

シリコンにリンやホウ素を加えて作る n型・p型の半導体、トランジスタ、集積回路は、以前の記事「半導体の仕組み。シリコンとリン・ホウ素、トランジスタ、大きさまで」で扱いました。

０と１、２進数、論理回路は、記事「半導体はどうやって計算するのか。オンとオフの０と１、２進数と１０進数、論理回路」で扱いました。

この記事では、その仕組みでできた部品が、実際にどのような働きを受け持っているかを順に見ていきます。本文の［1］のような番号は、押すと出典のページが開きます。

この記事で扱う５つの働き。計算する、記憶する、アナログとデジタルをつなぐ、電力を制御する、光や動きと電気を変換する

半導体は、働きで分けると整理しやすい

統計で使われる分類

半導体の種類は、材料や構造、用途など、いくつもの観点で分けられます。電子情報技術産業協会（JEITA）の半導体部会のサイトは、一般的な「機能・構造による分類」として、統計データで用いられている分類を紹介しています［1］。その１つが、世界の半導体の売上を集計する WSTS（世界半導体市場統計）の分類です。

WSTS の分類（２００６年版）は、半導体を大きく次の４つに分け、集積回路をさらに４つに分けています［1］。

ディスクリート（個別半導体）：ダイオードやパワートランジスタなど、トランジスタやダイオードを１つずつ部品にしたもの
光半導体（オプトエレクトロニクス）：撮像素子やディスプレイ、ランプなど、光と電気を扱う部品
センサー（センサー・アクチュエーター）：加速度センサなど、動きや温度などを測る部品と、物を動かす部品
集積回路：マイクロ、ロジック、メモリ、アナログ

WSTS の現在の統計も、集積回路以外の３つと集積回路の４つを合わせた、この７つの区分で売上を集計しています［2］。集積回路の４つは、この記事の「計算する」（マイクロ・ロジック）、「記憶する」（メモリ）、「アナログとデジタルをつなぐ」（アナログ）に当たります。

WSTS の分類。大きく４つに分け、集積回路をさらにマイクロ・ロジック・メモリ・アナログに分ける

売上の大きさで比べる

WSTS日本協議会の発表によると、２０２５年の世界の半導体の売上は、約７９５６億ドルでした［2］。分類ごとでは、ロジックが約２９９５億ドルで最も大きく、メモリが約２３００億ドル、アナログが約８６５億ドル、マイクロが約８４９億ドルと続きます［2］。光半導体（約４３０億ドル）、ディスクリート（約３０７億ドル）、センサー（約２０９億ドル）は、集積回路と比べると小さな市場です。

集積回路の４つを合わせると約７０１０億ドルで、全体の約８８％を占める計算になります。売上の大部分は、計算と記憶を受け持つ集積回路が占めています。

計算する半導体：CPU、マイコン、SoC

CPU は、コンピューターの中枢

CPU（中央処理装置）は、コンピューターの中枢を担う電子回路で、プログラムの実行、数値演算、情報処理、機器の制御などを行います［3］。CPU の機能を１つのチップに集積した LSI（大規模な集積回路）を、マイクロプロセッサーと呼びます［3］。

CPU の中では、計算の記事で扱った AND・OR・NOT の回路が非常に多く組み合わされ、足し算などの計算を行っています。パソコンやサーバーの中心で計算を受け持つのが、この種類の半導体です。

マイコンは、機器の中に組み込む小さなコンピューター

マイコン（マイクロコンピューター）は、CPU や記憶装置、入出力装置など、コンピューターの働きを１個または数個の LSI で構成した、超小型のコンピューターです［4］。ワンチップマイコンと呼ばれる種類では、計算をする回路のほか、プログラムを入れるメモリ、外部とデータをやりとりする入出力の回路までが、すべて１個の LSI の中に作られています［4］。

マイコンは超小型であるため、家電製品から精密機械、産業用機器まで、生活と生産活動のあらゆる分野に応用されています［4］。ボタンで運転の内容を選び、温度や時間を見ながら決まった手順で動く機器の中では、マイコンが機器の制御を受け持っています。

SoC は、いくつもの働きを１つのチップに

SoC（システム・オン・チップ）は、アナログとデジタルの変換回路、論理回路、信号処理、メモリーなどを同じ基板の上に一緒に組み込み、集積回路１つでシステムができあがるように設計したものです［5］。

画像の処理や AI の計算に使われる GPU も、計算を受け持つ半導体です。WSTS日本協議会の発表は、GPU をロジックに含めて扱っています［2］。

計算する半導体。コンピューターの中心の CPU、機器に組み込むマイコン、いくつもの働きを１つにまとめた SoC

記憶する半導体：DRAM とフラッシュメモリー

DRAM は、作業中のデータを置く

DRAM は、集積回路の中に組み込まれたコンデンサー（電気をためる部品）にためた電荷の有無で、情報を記憶します［6］。電荷がある状態とない状態を、１と０に対応させる考え方です。

ためた電荷は少しずつ失われるため、一定の時間ごとに情報を読み出して書き込み直すリフレッシュという操作を繰り返して、記憶を保ちます［6］。電源を落とすと記憶内容は消え、コンピューターのメインメモリー（主記憶）に広く使われています［6］。

フラッシュメモリーは、電源を切っても残る

フラッシュメモリーは、電源を切っても記録内容が保存されるメモリーです［7］。スマートフォンやパソコンといった電子機器のデータの保存に使われています［7］。

メモリーセル（１つの情報を記憶する単位）の作りには NOR型と NAND型があり、NAND型はセルの大きさが小さく、大容量に向いています［7］。NAND型は、１９８７年に、当時東芝に在籍していた舛岡富士雄氏が発明したものです［7］。

作業机と本棚に例えると

DRAM は作業机、フラッシュメモリーは本棚に例えられます。作業机は、取り出してすぐに使えますが、片づける（電源を切る）と上に置いた物はなくなります。本棚に当たるフラッシュメモリーは、電源を切っても中身が残るため、写真や文書、アプリなどの保存に使われます。

DRAM は電源を切ると消える作業用のメモリー、フラッシュメモリーは電源を切っても残る保存用のメモリー

アナログとデジタルをつなぐ半導体

コンピューターは、連続して変わる量をそのまま扱えない

音の大きさや温度、明るさのように、連続して変わる量をアナログ量と呼びます。コンピューターは、音の振動数や振幅などを直接電気信号にしたアナログ量を、そのままでは扱えません［8］。そこで、連続的な量を、離散的な符号の組み合わせで表せる量（デジタル量）に変換する AD変換を行います［8］。

反対に、デジタル量をアナログ量に戻すことを、DA変換と呼びます。マイクで拾った音を AD変換して処理し、DA変換してスピーカーから流す、という流れが一例です。

アナログIC

アナログIC は、アナログ信号の処理や、電源・動力の制御などを担う集積回路です［9］。AD変換器・DA変換器のほか、パワー半導体による電気の制御や、モーターの動力の制御などに使われます［9］。

計算や記憶はデジタルの半導体が受け持ちますが、外の世界の音や光、温度は、アナログ量です。アナログIC は、その間の受け渡しを受け持っています。

マイクの音（アナログ量）を AD変換で０と１の並びにし、処理したあと、DA変換で音に戻す

電力を制御する半導体：パワー半導体

電気の形を変える

パワー半導体は、交流を直流に変換する、電圧を下げるなど、電気エネルギーの制御や供給に用いられる半導体素子の総称です［10］。電気自動車（EV）に使われるほか、エアコンなどの電化製品のモーターを制御する「インバーター」の主要部品としても使われています［10］。

家庭のコンセントに来る電気は、向きが周期的に入れ替わる交流です。一方で、パソコンなどの電子回路は、向きが一定の直流で動きます。インバーターは、直流から、周波数（１秒あたりに向きが入れ替わる回数）を変えた交流を作り、モーターの回転の速さを調整します。

スイッチの仕組みは、トランジスタと同じ

パワー半導体には、MOSFET やダイオードのほか、IGBT などの種類があります。IGBT は、MOSFET のようにゲートの電圧を制御することで、電流の通り道を ON/OFF できるスイッチング素子です［11］。仕組みの記事で扱った「ゲートの電圧で開け閉めする」スイッチを、大きな電流・高い電圧に耐えるように作ったものと考えられます。

シリコン以外の材料も広がる

パワー半導体の原材料はシリコンが主流でしたが、電力を変換するときのエネルギーの損失が少ない炭化ケイ素（SiC）や窒化ガリウム（GaN）の活用が広がっています［10］。炭化ケイ素は、シリコンと比べて、絶縁破壊電界強度（どれだけ強い電圧に耐えられるかの目安）、飽和電子速度、熱伝導度などが高い材料です［11］。そのため、シリコンのものと比べて、高い電圧に耐え、速く開け閉めでき、電気が流れるときの抵抗を小さくできます［11］。

パワー半導体は、交流を直流に変え、インバーターで周波数を変えた交流を作って、モーターの回転の速さを調整する

光と電気を変換する半導体

発光ダイオード（LED）は、電気を光に変える

発光ダイオード（LED）は、p型とn型の半導体をつないだもの（pn接合）を使います。プラスとマイナスの性質を持った半導体をつないで電気を流すと、正孔とマイナスの電子がつなぎ目で結合し、そのエネルギーが光になって放出されます［12］。

用途は、携帯電話のバックライトや大型ディスプレー、信号機などに広がっています［12］。明るく省エネルギーな白色光源を可能にした、効率的な青色発光ダイオードの発明の業績で、２０１４年に赤崎勇、中村修二、天野浩の３人がノーベル物理学賞を受賞しています［12］。

太陽電池は、光を電気に変える

太陽電池は、半導体の光起電力効果（光が当たると電圧が生じる現象）を利用して、太陽の光エネルギーを直接電気エネルギーに変換する素子で、pn接合形が一般的です［13］。実用化されている太陽電池のほとんどは、シリコン系です［13］。

同じ pn接合を使いながら、LED は電気を光に、太陽電池は光を電気に変えます。エネルギーの流れる向きが、互いに逆になっています。

LED と太陽電池は、どちらも pn接合を使う。LED は電気から光を、太陽電池は光から電気を取り出す

イメージセンサーは、光の像を電気信号に変える

イメージセンサーは、受けた光を電気信号に変換する働きのある、CCD や CMOS などの装置（半導体）の総称です［14］。イメージセンサーなどの固体撮像デバイスでは、平面の上に多数の画素を規則正しく並べ、それぞれの受光部で光を電気信号に変換して取り出します［14］。

画素ごとの明るさが、AD変換によって０と１の並びになり、画像のデータになります。スマートフォンやデジタルカメラのカメラの中で、光を受け取っているのが、この種類の半導体です。

イメージセンサーは、たくさんの画素が光を受け、画素ごとの明るさを電気信号に変える

動きを測る半導体：MEMS のセンサー

MEMS（メムス）は、半導体の集積回路の製造に使う微細な加工の技術を応用して、モーターや駆動系などの機構を組み込んだ、超小型の機械システムです［15］。シリコンなどの基板の上に、ごく小さな、ばねでつるしたおもりのような機械の部品を作ります［15］。

１９８０年代に、基板の上のばねのたわみなどで速度の変化を測る加速度センサーとして実用化され、自動車のエアバッグなどに採用されました［15］。その後、携帯機器やゲーム機にも MEMS の加速度センサーが搭載されています［15］。

１つの機器の中に、何種類もの半導体

用途の分野ごとに、使われる半導体が違う

米国半導体工業会（SIA）と WSTS は、用途ごとの半導体の需要を毎年の調査で把握しており、PC・コンピューター、通信、自動車、家電、産業、政府の分野に分けて出荷を集計しています［16］。SIA は、分野ごとに使われる半導体と製品の例として、次を挙げています［16］。

コンピューター：CPU、GPU、メモリ、ASIC（特定の用途に合わせて設計した集積回路）。パソコン、サーバー、データセンター
通信：RFチップ（無線の電波の信号を扱うチップ）、ベースバンドプロセッサー（通信の信号を処理するチップ）、トランシーバー（送受信の回路）。スマートフォン、５Gの設備、ルーター
家電：マイコン、SoC、ディスプレードライバー（画面を駆動するチップ）。テレビ、ゲーム機、ウェアラブル機器（身に着ける機器）
自動車：パワーIC、センサー、マイコン、運転支援システム（ADAS）用のチップ。電気自動車、自動運転のシステム
産業：マイコン、センサー、電源管理IC。工場の自動化、スマートデバイス（ネットワークにつながる機器）、白物家電

自動車には、最大で約３０００個

SIA は、現在の自動車には１台に最大で３０００個のチップが使われているとしています［16］。チップは、周囲の環境を測るセンサーや照明から、先進的な運転支援システムまでの機能を動かしています［16］。

１台の自動車の中には、エンジンやブレーキを制御するマイコン、電池の電気でモーターを動かすパワー半導体、エアバッグの加速度センサー、周りを撮るカメラのイメージセンサー、ランプの LED など、この記事で扱った種類の多くがそろっています。そのため、どれか１つの種類が不足しても、自動車を完成させることが難しくなります。

経済産業省の経済解析室は、２０２１年５月の鉱工業生産について、自動車工業が前月比１９．４％の大幅な低下になったことについて、世界的な半導体不足の影響を受けて大幅な生産減になったと考えられるとしています［17］。

１台の自動車の中の半導体。マイコン、パワー半導体、センサー、イメージセンサー、LED が、それぞれの働きを受け持つ

２０２６年は、メモリが大きく伸びる予測

WSTS が２０２６年春に公表した予測では、世界の半導体市場は、２０２６年に約９０％伸び、１兆５１００億ドルに達する予測です［18］。伸びの中心はメモリで、前年比で約２５０％の伸びが予測されています［18］。その要因は、AI のインフラ、広帯域メモリ（HBM）、計算を高速にする基盤への強い需要です［18］。

ロジックは３７％の伸びが予測されています［18］。そのほかは、マイクロが２０％、アナログが１０％、ディスクリートが８％、センサーと光半導体が合わせて約３％と、より緩やかな伸びです［18］。WSTS日本協議会は、AI サーバー向けのメモリーや、GPU を含むロジックは高成長を予測し、スマートフォンなど個人ユースの電子機器向けは低調になると予測しています［2］。

予測の表の数字では、２０２６年のメモリの売上（約８０３９億ドル）は、ロジック（約４１１４億ドル）を上回ります［2］。ただし、これは予測で、WSTS の予測は年に２回公表され、そのたびに見直されます［18］。

２０２６年の分類ごとの伸び率の予測（WSTS、２０２６年春）。メモリとロジックが大きく伸び、そのほかは緩やか

まとめ

半導体は、働きで分けると整理しやすい。統計（WSTS）では、ディスクリート・光半導体・センサー・集積回路に分け、集積回路をマイクロ・ロジック・メモリ・アナログに分ける
計算する半導体は、コンピューターの中枢の CPU、機器に組み込む マイコン、いくつもの働きを１つにまとめた SoC など
記憶する半導体は、電源を切ると消える作業用の DRAM と、電源を切っても残る保存用のフラッシュメモリー
アナログIC は、音や温度などのアナログ量とデジタルの間を受け持つ
パワー半導体は、交流と直流の変換や電圧の調整で、電気の形を変える。材料は、シリコンに加えて炭化ケイ素や窒化ガリウムが広がる
LED は電気を光に、太陽電池は光を電気に、イメージセンサーは光の像を電気信号に変える。MEMS の加速度センサーは動きを測る
自動車には最大で約３０００個のチップが使われ、２０２１年５月には半導体不足の影響で自動車工業の生産が前月より大きく減った。２０２６年は、AI 向けのメモリとロジックが市場の伸びの中心になると予測されている

同じ「半導体」という言葉でも、計算するもの、記憶するもの、電力を制御するもの、光や動きを扱うものでは、作りも使われる場所も異なります。ニュースで「半導体」という言葉を見たときに、どの働きの半導体の話かを考えると、内容を具体的に読み取りやすくなります。

免責事項

この記事は、筆者が個人として調べたことをもとに、執筆時点の内容をまとめたものです。分かりやすさを優先し、細かい条件や例外を省いている場合があります。

半導体の種類や用途の分け方は、資料によって異なります。市場の数字は執筆時点で公表されていた実績と予測で、予測は今後見直されることがあります。

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