はじめに

前回は、n 型・p 型半導体とそれを生み出すドーピングのしくみを学びました。
今回は、それらを接合（くっつける） すると何が起きるのか、そして 「電流を一方向に流す」 という半導体ならではの機能に迫ります。

pn 接合とは？

n 型半導体と p 型半導体を接合すると、pn 接合（junction） と呼ばれる構造になります。

この接合部分では、n 型の自由電子と p 型の正孔が互いに引き寄せ合い、拡散が起こります。

結果として：

• n 型 → 電子が出ていく → 正電荷が残る
• p 型 → 正孔が出ていく → 負電荷が残る

このようにして、接合部に電界（内蔵電界）が生まれ、拡散が止まるのです。

空乏層の形成

電荷が偏った領域では、キャリアが存在しない“空っぽの領域”ができます。
これを空乏層（depletion layer） と呼びます。

• 空乏層は電流の流れを一時的にブロックするバリアの役目
• しかし、このバリアは外部から電圧をかけることで操作できる

電圧をかけるとどうなる？（順方向バイアス）

• n 型にマイナス、p 型にプラス → 順方向バイアス
• 空乏層が狭くなり、キャリアが注入されて電流が流れる

つまり、電流が流れるようになる

逆方向バイアスでは？

• n 型にプラス、p 型にマイナス → 逆方向バイアス
• 空乏層が広がり、電流がほとんど流れなくなる

このように、pn 接合は電流を一方向にだけ流す「整流作用」 を持ちます。
これがダイオードの基本的な動作です。

電流-電圧特性（I-V 特性）

pn 接合ダイオードの典型的な I-V カーブは：

• 順方向 → 一定電圧（例：シリコンで 0.6〜0.7 V）を超えると急激に電流が増加
• 逆方向 → ごくわずかしか電流が流れない（漏れ電流）

この非対称性が整流のカギです。

図で理解する：pn 接合のイメージ

（n 型・p 型の接合、空乏層の形成、電圧による変化など）

• 接合部に空乏層ができる
• 順方向ではバリアが低くなり電流が流れる
• 逆方向ではバリアが高まり電流は止まる

まとめ

• pn 接合では、電子と正孔の拡散 → 空乏層 → 内蔵電界が生じる
• 空乏層がバリアとなり、自然状態では電流は流れにくい
• 順方向に電圧をかけると電流が流れる（整流）
• 逆方向では電流が遮断される
• この「一方向だけ電流が流れる」性質がダイオードの基本！

次回は、この pn 接合を利用した「ダイオード」 の動作や応用例（整流回路や LED）について、より詳しく見ていきます。