《理論》〈電子理論〉[H18:問11]不純物半導体の特徴と不純物の知識に関する空欄穴埋問題

【問題】

【難易度】★★☆☆☆（やや易しい）

極めて高い純度に精製されたけい素\( \ \left( \mathrm {Si} \right) \ \)の真性半導体に，微量のほう素\( \ \left( \mathrm {B} \right) \ \)又はインジウム\( \ \left( \mathrm {In} \right) \ \)などの\( \ \fbox {　 （ア） 　} \ \)価の元素を不純物として加えたものを\( \ \fbox {　 （イ） 　} \ \)形半導体といい，このとき加えた不純物を\( \ \fbox {　 （ウ） 　} \ \)という。

上記の記述中の空白箇所(ア)，(イ)及び(ウ)に当てはまる語句又は数値として，正しいものを組み合わせたのは次のうちどれか。

\[
\begin{array}{cccc}
& （ア） & （イ） & （ウ） \\
\hline
(1) & 　5　 & 　\mathrm {n}　 & 　ドナー　　　 \\
\hline
(2) & 　3　 & 　\mathrm {p}　 & 　アクセプタ　 \\
\hline
(3) & 　3　 & 　\mathrm {n}　 & 　ドナー　　　 \\
\hline
(4) & 　5　 & 　\mathrm {n}　 & 　アクセプタ　 \\
\hline
(5) & 　3　 & 　\mathrm {p}　 & 　ドナー　　　 \\
\hline
\end{array}
\]

【ワンポイント解説】

不純物半導体に関する問題です。
ほう素とインジウムが\( \ 3 \ \)価か\( \ 5 \ \)価のどちらであるかの知識がないと解けない問題です。
「\( \ \mathrm {n} \ \)形半導体，\( \ 5 \ \)価，ドナー」及び「\( \ \mathrm {p} \ \)形半導体，\( \ 3 \ \)価，アクセプタ」の組合せはいずれもセットとなりますので，(1)及び(2)以外の選択肢は選択しないようにしましょう。

1.真性半導体
正孔濃度と電子濃度が同じである半導体で，周期表で\( \ 4 \ \)価の原子であるケイ素\( \ \mathrm {Si} \ \)やゲルマニウム\( \ \mathrm {Ge} \ \)の事を指します。
常温ではキャリア濃度があまり高くなく，抵抗率も高いため絶縁体に近い特性がありますが，光や熱等のエネルギーを加えると，誘起される電子の数が増え，導電性が上がる性質があります。

2.不純物半導体
真性半導体に\( \ 5 \ \)価のリン\( \ \mathrm {P} \ \)やヒ素\( \ \mathrm {As} \ \)等（ドナー）を混ぜる（ドープする）ことで，電子が余る状態を作り，余った電子が導通することで，真性半導体よりも電気が流れやすくなったもの，もしくは，真性半導体に\( \ 3 \ \)価のホウ素\( \ \mathrm {B} \ \)やガリウム\( \ \mathrm {Ga} \ \)等（アクセプタ）を混ぜる（ドープする）ことで，正孔ができる状態を作り，正孔が導通することで，真性半導体よりも電気が流れやすくなったものを言います。電子や正孔をキャリヤと言い，多くあるキャリヤを多数キャリヤと言います。
電子を多数キャリヤとする半導体を\( \ \mathrm {n} \ \)形半導体，正孔を多数キャリヤとする半導体を\( \ \mathrm {p} \ \)形半導体と言います。

出典：LED発光ダイオードの基礎知識　ＨＰ
http://www.optdevice.jp/semiconductor/intrinsic.html

【解答】

解答：(2)
(ア)
ワンポイント解説「2.不純物半導体」の通り，ほう素\( \ \left( \mathrm {B} \right) \ \)やインジウム\( \ \left( \mathrm {In} \right) \ \)などは周期表における\( \ 3 \ \)価の原子に分類されます。

(イ)
ワンポイント解説「2.不純物半導体」の通り，ほう素\( \ \left( \mathrm {B} \right) \ \)等の\( \ 3 \ \)価の元素を不純物として加えたものを\( \ \mathrm {p} \ \)形半導体といいます。

(ウ)
ワンポイント解説「2.不純物半導体」の通り，\( \ \mathrm {p} \ \)形半導体において加える不純物をアクセプタといいます。