n型半導体とは？意味をわかりやすく簡単に解説

n型半導体とは

n型半導体とは、半導体材料にリンやヒ素などの五価の元素を微量に添加することで、自由電子（負の電荷を持つ電子）を増やした半導体です。この自由電子の増加によって、電流の流れやすさが増加し、電気伝導性が向上します。n型半導体は、p型半導体と組み合わせてダイオードやトランジスタなどの半導体デバイスを構成する上で、不可欠な要素となります。

n型半導体は、電子が主要な電荷キャリアであることから、英語の「negative」の頭文字をとって「n型」と呼ばれています。不純物として添加される五価の元素は、半導体結晶中で電子を放出しやすいため、「ドナー」と呼ばれます。ドナー原子は、価電子帯から電子を励起し、伝導帯に自由電子を供給することで、n型半導体の電気伝導性を高める役割を果たします。

n型半導体の製造プロセスでは、高度な不純物制御技術が用いられます。添加する不純物の濃度や分布を精密に制御することによって、半導体デバイスの性能を最適化することが可能です。また、n型半導体は、その特性を利用して、太陽電池や発光ダイオード（LED）など、様々な電子デバイスに応用されています。

n型半導体の特性と応用

「n型半導体の特性と応用」に関して、以下を解説していきます。

• n型半導体の電気伝導特性
• n型半導体の具体的な応用例

n型半導体の電気伝導特性

n型半導体は、多数キャリアである自由電子によって電気伝導が行われるため、温度や不純物濃度によってその伝導特性が大きく変化します。温度が上昇すると、電子の熱運動が活発になり、結晶格子との衝突頻度が増加するため、電子の移動度が低下し、電気伝導度が低下します。

不純物濃度が高くなると、自由電子の数が増加し、電気伝導度は向上しますが、同時に電子同士の相互作用や不純物原子による散乱も増加するため、ある濃度以上では電気伝導度の増加が鈍化します。そのため、n型半導体の設計においては、温度や不純物濃度を考慮した上で、最適な電気伝導特性を実現する必要があります。

n型半導体の具体的な応用例

n型半導体は、その優れた電気伝導特性を活かして、様々な電子デバイスに応用されています。ダイオードにおいては、p型半導体と組み合わせてPN接合を形成し、整流作用やスイッチング作用を実現します。トランジスタにおいては、n型半導体とp型半導体を組み合わせた構造によって、信号の増幅やスイッチングを行います。

太陽電池においては、光エネルギーを電気エネルギーに変換する際に、n型半導体が重要な役割を果たします。また、発光ダイオード（LED）においては、n型半導体とp型半導体の接合部で電子と正孔が再結合する際に光を放出する現象を利用しています。これらの応用例からもわかるように、n型半導体は現代の電子技術において不可欠な材料です。