N型半導体に続いて、もう1つの半導体のタイプ、 P型半導体 について解説しましょう。

価電子数4 の半導体である ゲルマニウム や ケイ素 に、 価電子数3 の ホウ素 や アルミニウム などの不純物を微量加えたものを P型半導体 といいます。 N型半導体 が 価電子数5の不純物 を加えるのに対し、 P型半導体 は 価電子数3の不純物 を加えるのですね。

例えば、シリコンSiで構成された結晶に、3価のアルミニウムAlを微量添加してみましょう。すると、本来シリコンで構成される場所にアルミニウムが入ります。

Alは3価の原子なので、手が3本しかありません。結晶中で手が1本不足してしまい、 電子が1個足りなくなってしまう のですね。上の図の点線で囲まれた穴の部分は、手が不足している部分です。このように、電子が不足した穴のことを ホール(正孔) と言いました。

P型半導体 は 価電子数3の不純物 を加えることで ホール(正孔) が生まれ、この ホール(正孔) が電流の担い手、つまり キャリア となります。

ホール(正孔) は、なぜ穴なのに電流の担い手となるのでしょうか。その仕組みを詳しく見てみましょう。

図は、結晶構造の中に電子が詰まっている様子を表しています。点線の空席部分がホール(正孔)です。いま矢印のように左方向に電場をかけると、電子は逆の右向きの力を受けます。すると、ホール(正孔)の隣にある電子がホール(正孔)を埋めるように動きます。 それによって左隣に新たなホール(正孔)が生まれ、また左隣から電子が移動して……と 正孔の位置はどんどん電場の方向に移動 をします。

つまり、電場をかけることによって、 正孔はプラスの電荷と同じ振る舞いをする んですね。このように、 ホール(正孔)がキャリア となる半導体を P型半導体 と言います。P型半導体のPとは positive 、 正 や プラス ということを表します。 プラスの電荷が電流の担い手 となる半導体なので、 P型半導体 と言うのです。