GLOSSARY

pn接合とは

PN Junction
最終更新:2026-08-30製造プロセス

pn接合とは?

pn接合とは、p型半導体とn型半導体を接合した構造で、ダイオード・トランジスタ・太陽電池などほぼ全ての半導体デバイスの基本となります。接合部では電子と正孔が拡散・再結合してキャリアのない空乏層ができ、内蔵電位(電位障壁)が生じます。この障壁が、電流を一方向にしか流さない整流作用の源です。

定義・解説

pn接合(pnせつごう)とは、p型半導体とn型半導体を接合した構造で、ダイオードやトランジスタ、太陽電池など、ほぼ全ての半導体デバイスの基本となる構造です。接合部では電子と正孔が拡散・再結合してキャリアのない空乏層が形成され、内蔵電位(電位障壁)が生じます。

pn接合は一方向にのみ電流を流す整流作用を持ちます。順方向電圧を加えると電流が流れ、逆方向では空乏層が広がってほとんど流れません。この性質がダイオードの整流、トランジスタの増幅・スイッチング、太陽電池の光起電力効果の基礎となっています。

pn接合を作ると、接合付近ではn側の電子とp側の正孔が拡散して互いに再結合し、キャリアのない空乏層ができます。空乏層には不純物イオンによる内蔵電位(電位障壁)が生じ、これ以上のキャリアの移動を妨げて平衡状態になります。

順方向電圧(p側を+)を加えると電位障壁が下がってキャリアが注入され電流が流れます。逆方向電圧では空乏層が広がり、ごくわずかな漏れ電流しか流れません。この非対称な整流作用が、ダイオードの整流、トランジスタの増幅、太陽電池の光起電力効果の共通の基盤です。

図解

pn接合の熱平衡状態におけるエネルギーバンド図。p型側のバンドが高くn型側が低く、接合部の空乏層でバンドが曲がり、内蔵電位qVbi(Siで約0.6〜0.7V)が障壁を形成。フェルミ準位EFは全体で一直線に揃う。
pn接合のバンド図(熱平衡) ─ 空乏層でバンドが曲がり内蔵電位qVbiの障壁が形成される
pn接合に順バイアス・逆バイアスを加えたときのエネルギーバンド図比較。順バイアスでは障壁がq(Vbi−VF)に下がってキャリアが注入され電流が流れ、逆バイアスでは障壁がq(Vbi+VR)に上がり空乏層が広がって電流が遮断されることを示す。
順バイアス・逆バイアス時のバンドの変化 ─ 障壁の上下がダイオードの整流作用を生む

あわせて読みたい

エネルギーバンド図の読み方(6枚の図解で解説)→ダイオードとは(pn接合の応用)→N型・P型半導体とは(用語解説)→

よくある質問(FAQ)

pn接合とは何ですか?
p型半導体とn型半導体を接合した構造で、接合部にできる空乏層と内蔵電位により、電流を一方向にのみ流す整流作用を持ちます。ダイオードやトランジスタ、太陽電池の基本構造です。
空乏層とは何ですか?
pn接合付近で電子と正孔が再結合してキャリアがなくなった領域です。不純物イオンによる内蔵電位が生じ、キャリアの移動を妨げます。逆電圧をかけると空乏層は広がります。
pn接合はなぜ電流を一方向にしか流さないのですか?
順方向電圧では電位障壁が下がってキャリアが注入され電流が流れますが、逆方向では空乏層が広がり障壁が高くなってほとんど流れないためです。これが整流作用です。

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