JPH0355851A - 半導体装置 - Google Patents
半導体装置Info
- Publication number
- JPH0355851A JPH0355851A JP19050289A JP19050289A JPH0355851A JP H0355851 A JPH0355851 A JP H0355851A JP 19050289 A JP19050289 A JP 19050289A JP 19050289 A JP19050289 A JP 19050289A JP H0355851 A JPH0355851 A JP H0355851A
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- layer
- low concentration
- gaas
- electrode
- gate
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
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- Junction Field-Effect Transistors (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野】
本発明は、高出力・高効率のGaAs半導体を用いたシ
ョットキー接合ゲート型電界効果トランジスタ(以下M
ESFETと略す)に関するものである。
ョットキー接合ゲート型電界効果トランジスタ(以下M
ESFETと略す)に関するものである。
GaAsを用いたMESFETはマイクロ波帯における
増幅素子として有用である。特に、移動体通信、衛星通
信などのために、高出力・高効率のMESFETが望ま
れている。
増幅素子として有用である。特に、移動体通信、衛星通
信などのために、高出力・高効率のMESFETが望ま
れている。
従来のGaAsを用いたME S F ETの断面構造
を第5図により説明する。GaAs基板1上に、バッフ
ァ一層2と呼ばれる高純度のGaAsエビタキシャル層
、チャンネル層4と呼ばれる比較的高いキャリア濃度の
GaAsエビタキシャル層、および低濃度層5と呼ばれ
る比較的低いキャリア濃度のGaAsエピタキシャル層
が形成されている。この低濃度層5上にソース電極7お
よびドレイン電極8がオーミック電極により、またこの
2つの電極間にショットキ接合を形成する金属層により
ゲート電極9が形成されている。
を第5図により説明する。GaAs基板1上に、バッフ
ァ一層2と呼ばれる高純度のGaAsエビタキシャル層
、チャンネル層4と呼ばれる比較的高いキャリア濃度の
GaAsエビタキシャル層、および低濃度層5と呼ばれ
る比較的低いキャリア濃度のGaAsエピタキシャル層
が形成されている。この低濃度層5上にソース電極7お
よびドレイン電極8がオーミック電極により、またこの
2つの電極間にショットキ接合を形成する金属層により
ゲート電極9が形成されている。
MESFETの高出力化のためには、ソースドレイン間
への印加電圧を高めることが必要であるが、この印加電
圧の上限はゲート・ドレイン間の耐電圧で決定される。
への印加電圧を高めることが必要であるが、この印加電
圧の上限はゲート・ドレイン間の耐電圧で決定される。
このため、通常、高出力用MESFETのゲートta極
9はソースドレイン耐電圧向上のためにリセス部10と
呼ばれる低抵抗層5の表面に形成された凹部に形成され
ている。
9はソースドレイン耐電圧向上のためにリセス部10と
呼ばれる低抵抗層5の表面に形成された凹部に形成され
ている。
また、MESFETのバッファー層2としてA Q G
a A s / G a A sから成る超格子層を
用いることにより、MESFETの増幅特性におけるひ
ずみ特性が改善されることが知られている。 (IE
EE Trans. Microwave Theor
y andTechnques vol, MTT−3
6 No.6 (1988) p.1023以降) 〔発明が解決しようとする課題] 高効率・高出力のMESFETを実現するためには、相
互コンダクタンスを高め、かつソース・ドレイン耐電圧
を高めることが必要である。
a A s / G a A sから成る超格子層を
用いることにより、MESFETの増幅特性におけるひ
ずみ特性が改善されることが知られている。 (IE
EE Trans. Microwave Theor
y andTechnques vol, MTT−3
6 No.6 (1988) p.1023以降) 〔発明が解決しようとする課題] 高効率・高出力のMESFETを実現するためには、相
互コンダクタンスを高め、かつソース・ドレイン耐電圧
を高めることが必要である。
しかしながら、相互コンダクタンスを向上させるために
はチャンネル層のキャリャー濃度を高めることが有効で
あるが、その場合はソース・ドレイン耐電圧が低下する
。逆に、ソース・ドレイン耐電圧を向上させるためには
、リセスの幅を広げることが有効であるが、その場合は
相互コンダクタンスが低下する。このため、この両者を
同時に高める設計はできず、従来技術においてはこのよ
うなMESFETの電力付加効率は30%(18GHz
で測定)程度しか得ら格子バッファを用い、かつ、キャ
リアー濃度およびリセスの幅を最適化することにより、
高効率・高出力のMESFETを提供することにある。
はチャンネル層のキャリャー濃度を高めることが有効で
あるが、その場合はソース・ドレイン耐電圧が低下する
。逆に、ソース・ドレイン耐電圧を向上させるためには
、リセスの幅を広げることが有効であるが、その場合は
相互コンダクタンスが低下する。このため、この両者を
同時に高める設計はできず、従来技術においてはこのよ
うなMESFETの電力付加効率は30%(18GHz
で測定)程度しか得ら格子バッファを用い、かつ、キャ
リアー濃度およびリセスの幅を最適化することにより、
高効率・高出力のMESFETを提供することにある。
〔課題を解決するための手段および作用j本発明による
MESFETは、GaAsとA Q..G a,−XA
s (ただし、Xは、0.3以上、1.0以下)から
構威される超格子構造のバッファ−層と、該バッファ層
上に形成されたN型G a A sから成るチャンネル
層と、該チャンネル層上に形成されておりかつ該チャン
ネル層のキャリア濃度の0.2倍以上0.4倍以下のキ
ャリア濃度である低濃度層と、該低濃度層上に形成され
たソース電極およびドレイン電極と、該ソース電極およ
びドレイン電極の間に形成されかつ上記低濃度層とショ
ットキ接合を形成するゲート電極を備えたものである。
MESFETは、GaAsとA Q..G a,−XA
s (ただし、Xは、0.3以上、1.0以下)から
構威される超格子構造のバッファ−層と、該バッファ層
上に形成されたN型G a A sから成るチャンネル
層と、該チャンネル層上に形成されておりかつ該チャン
ネル層のキャリア濃度の0.2倍以上0.4倍以下のキ
ャリア濃度である低濃度層と、該低濃度層上に形成され
たソース電極およびドレイン電極と、該ソース電極およ
びドレイン電極の間に形成されかつ上記低濃度層とショ
ットキ接合を形成するゲート電極を備えたものである。
望ましくは、加えて上記低濃度層に形成された凹部上に
上記ゲート電極が形成され、該凹部の幅Lrをゲ−゜・
Tである。
上記ゲート電極が形成され、該凹部の幅Lrをゲ−゜・
Tである。
なお、超格子構造のバッファ−層はGaAsとA Q.
eG a,−mA s (ただし、Xは、0.3以上、
1.0以下)の多層繰返し構造からなり、10nm以上
の厚さであることが望ましい。また、又は、0.3以上
、1.0以下とすることが、GaAsとA Q,G a
,..A sとの禁制帯の差を充分なものとするために
必要である。このバッファー層は通常GaAs基板上に
形成された高純度のGaAsエビタキシャル層上に形成
される。
eG a,−mA s (ただし、Xは、0.3以上、
1.0以下)の多層繰返し構造からなり、10nm以上
の厚さであることが望ましい。また、又は、0.3以上
、1.0以下とすることが、GaAsとA Q,G a
,..A sとの禁制帯の差を充分なものとするために
必要である。このバッファー層は通常GaAs基板上に
形成された高純度のGaAsエビタキシャル層上に形成
される。
MESFETにおいて、超格子構造のバッファを用い、
かつ、チャンネル層および低濃度層の濃度を上記の条件
とすることによりチャンネル層への充分なキャリアの閉
じ込めが可能となる。
かつ、チャンネル層および低濃度層の濃度を上記の条件
とすることによりチャンネル層への充分なキャリアの閉
じ込めが可能となる。
ア濃度 5 . O X I O”/cn!以下)、G
aAs/ A Q A sの超格子構造からなるバッフ
ァ層3(厚さ6 0 nm, G a A s層3nm
−AQAs層3nmの10周期からなる)、siドープ
のチャンネル層4 (厚さ50nm,キャリア濃度 5
. OXIO”/d)、比較的低キャリャ濃度の低濃
度層5(厚さ120nm,キャリア濃度 1.5XIO
’“/d)、比較的高キャリア濃度のキャップ層6(厚
さ100nm,キャリア濃度 1.5×10″” /
cn? )の各層が分子線エビタキシー法により順次、
エビタキシャル成長されている。
aAs/ A Q A sの超格子構造からなるバッフ
ァ層3(厚さ6 0 nm, G a A s層3nm
−AQAs層3nmの10周期からなる)、siドープ
のチャンネル層4 (厚さ50nm,キャリア濃度 5
. OXIO”/d)、比較的低キャリャ濃度の低濃
度層5(厚さ120nm,キャリア濃度 1.5XIO
’“/d)、比較的高キャリア濃度のキャップ層6(厚
さ100nm,キャリア濃度 1.5×10″” /
cn? )の各層が分子線エビタキシー法により順次、
エビタキシャル成長されている。
キャップ層6上のソース電極7およびドレイン電極8は
、A u G e / N i / A uからなるオ
ーミック接合を形或する金属層を合金化したものである
。
、A u G e / N i / A uからなるオ
ーミック接合を形或する金属層を合金化したものである
。
その幅(ゲート長Lr)は0.5μmである,リセス部
10は、2層レジスト層を用いたエッチングにより形成
している。その幅(リセス幅LV)は1.1μmであり
、その深さは低濃度層5をその表面から70nm取り去
るだけの深さである。したがって、ゲート電極9の位置
での低濃度層5の厚みは50nmである。
10は、2層レジスト層を用いたエッチングにより形成
している。その幅(リセス幅LV)は1.1μmであり
、その深さは低濃度層5をその表面から70nm取り去
るだけの深さである。したがって、ゲート電極9の位置
での低濃度層5の厚みは50nmである。
ゲート電極9にπ型ゲートを用いてゲート幅を280μ
mとした場合、上記実施例のMESFETの電力付加効
率および高周波利得(18GHZで測定)を第2図に示
す。比較例として、超格子構造からなるバッファ層3を
形成せず、GaAsバッファ層2のみの場合も第2図に
示した。測定時のバイアス電圧は、ドレイン電流がその
飽和電流値の172となるゲート電圧としている。
mとした場合、上記実施例のMESFETの電力付加効
率および高周波利得(18GHZで測定)を第2図に示
す。比較例として、超格子構造からなるバッファ層3を
形成せず、GaAsバッファ層2のみの場合も第2図に
示した。測定時のバイアス電圧は、ドレイン電流がその
飽和電流値の172となるゲート電圧としている。
第2図から明らかなように、高周波利得がフラットな値
から1dB低下する入力電力では、本発明による電力付
加効率は44%(ドレイン・ソース電圧:6V)と優れ
た値がえられた。なお、ドレイン・ソース電圧を8Vと
した場合の電力付加効率は48%に向上する。また、第
2このため、比較例の場合と比べて、直線性の高い増幅
が可能となり、歪特性・混変調特性の向上が期待できる
。
から1dB低下する入力電力では、本発明による電力付
加効率は44%(ドレイン・ソース電圧:6V)と優れ
た値がえられた。なお、ドレイン・ソース電圧を8Vと
した場合の電力付加効率は48%に向上する。また、第
2このため、比較例の場合と比べて、直線性の高い増幅
が可能となり、歪特性・混変調特性の向上が期待できる
。
つぎに、低濃度層のキャリア濃度NQを変化させた場合
の特性を第3図に示す。第3図は、チャンネル層のキャ
リア濃度Ndを 5.0×10’“/一とし、低濃度層
のキャリア濃度を変化させた時の相互コンダクタンスG
mとゲート・ドレイン耐電圧BVgdの変化を示してい
る。
の特性を第3図に示す。第3図は、チャンネル層のキャ
リア濃度Ndを 5.0×10’“/一とし、低濃度層
のキャリア濃度を変化させた時の相互コンダクタンスG
mとゲート・ドレイン耐電圧BVgdの変化を示してい
る。
相互コンダクタンスGmは、低濃度層のキャリア濃度と
チャンネル層のキャリア濃度の比Nfl/Ndを20%
以上、望ましくは30%以上とすることで40ms以上
とすることができる。一方、ゲート・ドレイン耐電圧B
VgdはNQ/Ndを40%以下とすることで、lOV
以上とすることができる。したがって、低濃度しくは、
30%以上40%以下とすることが本発明のME S
F ETの高効率・高出力化のため?必要である。
チャンネル層のキャリア濃度の比Nfl/Ndを20%
以上、望ましくは30%以上とすることで40ms以上
とすることができる。一方、ゲート・ドレイン耐電圧B
VgdはNQ/Ndを40%以下とすることで、lOV
以上とすることができる。したがって、低濃度しくは、
30%以上40%以下とすることが本発明のME S
F ETの高効率・高出力化のため?必要である。
また、リセス幅Lrを変化させた時の特性を第4図に示
す。第4図は、ゲート長Lgを0.5μmとし、リセス
幅とゲート長の差Lr−Lgを0.2から1.2μmま
で(リセス幅Lrを0.7から1.7μmまでに相当)
変化させた時のゲート・ドレイン耐電圧BVgdと高周
波利得に比例するSパラメータ値S m +を示してい
る。ゲート・ドレイン耐電圧BVgdは、リセス幅とゲ
ート長の差 Lr−Lgが0.3pm以上、望ましくは0.4μm以
上とすることで、10V以上とすることができる。一方
、Sパラメータ値S■は、リセス幅とゲート長の差Lr
−Lgを0.8μm以下とすることで、7dB以上とす
ることができる。したがって、リセス幅とゲート長の差
している部分のゲート電極の幅である。
す。第4図は、ゲート長Lgを0.5μmとし、リセス
幅とゲート長の差Lr−Lgを0.2から1.2μmま
で(リセス幅Lrを0.7から1.7μmまでに相当)
変化させた時のゲート・ドレイン耐電圧BVgdと高周
波利得に比例するSパラメータ値S m +を示してい
る。ゲート・ドレイン耐電圧BVgdは、リセス幅とゲ
ート長の差 Lr−Lgが0.3pm以上、望ましくは0.4μm以
上とすることで、10V以上とすることができる。一方
、Sパラメータ値S■は、リセス幅とゲート長の差Lr
−Lgを0.8μm以下とすることで、7dB以上とす
ることができる。したがって、リセス幅とゲート長の差
している部分のゲート電極の幅である。
リセスの断面形状として、矩形を第l図に示しているが
、半円形に近い丸みをもった断面形状も可能である。こ
の場合のリセスの幅は、凹型の低濃度層上面端部間の距
離である。
、半円形に近い丸みをもった断面形状も可能である。こ
の場合のリセスの幅は、凹型の低濃度層上面端部間の距
離である。
また、実施例として図1に示したように、低濃度層とソ
ース電極またはドレイン電極の間に高濃度にドーブした
半導体層であるキャップ層を設けているが、キャップ層
を設けない場合、イオン注入により高濃度領域を形成す
る場合などでも本発明と同等の効果が得られることは明
らかである。
ース電極またはドレイン電極の間に高濃度にドーブした
半導体層であるキャップ層を設けているが、キャップ層
を設けない場合、イオン注入により高濃度領域を形成す
る場合などでも本発明と同等の効果が得られることは明
らかである。
本発明は以上に説明したように、本発明によるME S
F ETは、GaAsと A Q X G a +
− XAs (ただし、xは、0.3以上、1.0以下
)されておりかつ該チャンネル層のキャリア濃度?0.
2倍以上0.4倍以下のキャリア濃度である低濃度層と
、該低濃度層上に形成されたソース電極およびドレイン
電極と、該ソース電極およびドレイン電極の間に形成さ
れかつ上記低濃度層とショットキ接合を形成するゲート
電極を備えたものである。望ましくは、加えて上記低濃
度層に形成された凹部上に上記ゲート電極が形成され、
該凹の幅Lrをゲート電極の幅(ゲート長)Lgよりも
0.3μm以上0. 8μm以下大きな値としたもので
ある。
F ETは、GaAsと A Q X G a +
− XAs (ただし、xは、0.3以上、1.0以下
)されておりかつ該チャンネル層のキャリア濃度?0.
2倍以上0.4倍以下のキャリア濃度である低濃度層と
、該低濃度層上に形成されたソース電極およびドレイン
電極と、該ソース電極およびドレイン電極の間に形成さ
れかつ上記低濃度層とショットキ接合を形成するゲート
電極を備えたものである。望ましくは、加えて上記低濃
度層に形成された凹部上に上記ゲート電極が形成され、
該凹の幅Lrをゲート電極の幅(ゲート長)Lgよりも
0.3μm以上0. 8μm以下大きな値としたもので
ある。
したがって、本発明によるMESFETは、高いゲート
・ドレイン耐電圧、大きな相互コンダクタンス、および
パラメータS■に代表されるマイクロ波における優れた
高周波利得特性を示すものである。加えて、高周波入力
電力の変化によらず高周波利得特性がフラットである。
・ドレイン耐電圧、大きな相互コンダクタンス、および
パラメータS■に代表されるマイクロ波における優れた
高周波利得特性を示すものである。加えて、高周波入力
電力の変化によらず高周波利得特性がフラットである。
これらの特性により、本発明によるMESFETは、高
い出力電力と優れた効率が得られるものである。
い出力電力と優れた効率が得られるものである。
第1図は、本発明の一実施例のMESFETを示す断面
図、 第2図(a)は、電力付加効率と高周波入力電力の関係
を示す図、 第2図(b)は、高周波利得と高周波入力電力の関係を
示す図、 第3図は、相互コンダクタンスおよびゲート・ドレイン
耐電圧と低濃度層のキャリア密度とチャンネル層のキャ
リア密度の比の関係を示す図、第4図は、ゲート・ドレ
イン耐電圧およびSパラメータ値S0とリセス幅とゲー
ト長の差の関係を示す図、 第5図は、従来技術によるMESFETを示す断面図、
をそれぞれ示している。 図において、l・・・GaAs基板、 2・・・GaAsバッファ層、 3・・・超格子からなるパッファ層、 4・・・チャンネル層、 5・・・低濃度層、 6・・・キャップ層、 7・・・ソース電極、 8・・・ドレイン電極、 9・・・ゲート電極、 10・・・リセス部、である。
図、 第2図(a)は、電力付加効率と高周波入力電力の関係
を示す図、 第2図(b)は、高周波利得と高周波入力電力の関係を
示す図、 第3図は、相互コンダクタンスおよびゲート・ドレイン
耐電圧と低濃度層のキャリア密度とチャンネル層のキャ
リア密度の比の関係を示す図、第4図は、ゲート・ドレ
イン耐電圧およびSパラメータ値S0とリセス幅とゲー
ト長の差の関係を示す図、 第5図は、従来技術によるMESFETを示す断面図、
をそれぞれ示している。 図において、l・・・GaAs基板、 2・・・GaAsバッファ層、 3・・・超格子からなるパッファ層、 4・・・チャンネル層、 5・・・低濃度層、 6・・・キャップ層、 7・・・ソース電極、 8・・・ドレイン電極、 9・・・ゲート電極、 10・・・リセス部、である。
Claims (2)
- (1)GaAsとAl_xGa_1_−_xAs(ただ
し、xは、0.3以上、1.0以下)から構成される超
格子構造のバッファー層と、該バッファ層上に形成され
たN型GaAsから成るチャンネル層と、該チャンネル
層上に形成されかつ該チャンネル層のキャリア濃度の0
.2倍以上0.4倍以下のキャリア濃度である低濃度層
と、該低濃度層上に形成されたソース電極およびドレイ
ン電極と、該ソース電極およびドレイン電極の間に形成
されかつ上記低濃度層とシヨットキ接合を形成するゲー
ト電極を備えることを特徴とする半導体装置。 - (2)上記低濃度層に形成された凹部上に上記ゲート電
極が形成され、該凹部の幅Lrを、ゲート電極の幅(ゲ
ート長)Lgよりも0.3μm以上0.8μm以下大き
な値としたことを特徴とする第1項記載の半導体装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP19050289A JPH0355851A (ja) | 1989-07-25 | 1989-07-25 | 半導体装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP19050289A JPH0355851A (ja) | 1989-07-25 | 1989-07-25 | 半導体装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0355851A true JPH0355851A (ja) | 1991-03-11 |
Family
ID=16259158
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP19050289A Pending JPH0355851A (ja) | 1989-07-25 | 1989-07-25 | 半導体装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0355851A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5250822A (en) * | 1991-03-26 | 1993-10-05 | Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha | Field effect transistor |
| US5473177A (en) * | 1990-11-16 | 1995-12-05 | Sumitomo Electric Industries, Ltd. | Field effect transistor having a spacer layer with different material and different high frequency characteristics than an electrode supply layer thereon |
| US5888860A (en) * | 1994-02-18 | 1999-03-30 | Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha | Method of making field effect transistor |
| US7064158B2 (en) | 2000-09-01 | 2006-06-20 | Kuraray Co., Ltd. | Ethylene-vinyl alcohol copolymer composition and multilayered container using the same |
-
1989
- 1989-07-25 JP JP19050289A patent/JPH0355851A/ja active Pending
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5473177A (en) * | 1990-11-16 | 1995-12-05 | Sumitomo Electric Industries, Ltd. | Field effect transistor having a spacer layer with different material and different high frequency characteristics than an electrode supply layer thereon |
| US5250822A (en) * | 1991-03-26 | 1993-10-05 | Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha | Field effect transistor |
| US5888860A (en) * | 1994-02-18 | 1999-03-30 | Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha | Method of making field effect transistor |
| US7064158B2 (en) | 2000-09-01 | 2006-06-20 | Kuraray Co., Ltd. | Ethylene-vinyl alcohol copolymer composition and multilayered container using the same |
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