不純物半導体

不純物半導体（ふじゅんぶつはんどうたい）または外因性半導体（がいいんせいはんどうたい）とは、純粋な真性半導体に不純物（ドーパント）を微量添加（ドーピング）した半導体のこと。ドーピングする元素により、キャリアがホール（正孔）のP型半導体と、キャリアが電子のN型半導体に分類される。
N型とP型のどちらになるかは、不純物元素の原子価、その不純物によって置換される半導体の原子価によって決まる。
例えば原子価が4であるケイ素にドーピングする場合、原子価が5であるヒ素やリンをドーピングした場合がN型半導体、原子価が3であるホウ素やアルミニウムをドーピングした場合がP型半導体になる。
性質.
電荷中性の条件.
伝導帯の電子濃度を 、価電子帯の正孔濃度を 、イオン化したドナー濃度を 、イオン化したアクセプター濃度を とすると、以下の電荷中性の条件が成り立つ。
キャリア密度.
ドーピングした不純物が全てイオン化している場合を考える。非縮退半導体の伝導帯の電子濃度 、価電子帯の正孔濃度 、真性キャリア密度 との間には以下の関係が成り立つ。
これと電荷中性の条件から、キャリア濃度は以下のように与えられる。
例えばアクセプター濃度 と真性キャリア密度 が無視できる時の電子濃度は となる。同様に、ドナー濃度 と真性キャリア密度 が無視できる時の正孔濃度は となる。
フェルミ準位.
非縮退半導体のフェルミエネルギー は、真性半導体のフェルミ準位を とすると次のように表せる。
真性半導体のフェルミ準位 は、バンドギャップのほぼ中央に位置する。ドナーを増加させて電子濃度 を増やすとフェルミ準位は上昇し、伝導帯に近づく。逆にアクセプターを増加させて正孔濃度 を増やすとフェルミ準位は下がり、価電子帯に近づく。