JPS5893378A - 半導体装置の製造方法 - Google Patents
半導体装置の製造方法Info
- Publication number
- JPS5893378A JPS5893378A JP56192594A JP19259481A JPS5893378A JP S5893378 A JPS5893378 A JP S5893378A JP 56192594 A JP56192594 A JP 56192594A JP 19259481 A JP19259481 A JP 19259481A JP S5893378 A JPS5893378 A JP S5893378A
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- JP
- Japan
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- electron
- semiconductor device
- conductive path
- electrons
- manufacturing
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- Pending
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-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10D—INORGANIC ELECTRIC SEMICONDUCTOR DEVICES
- H10D30/00—Field-effect transistors [FET]
- H10D30/80—FETs having rectifying junction gate electrodes
Landscapes
- Non-Volatile Memory (AREA)
- 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】
(11発明の技術分桁
本発明は半導体装置の製造方法に関する。詳しくは、電
子親和力の差にもとづき2種の半導体層の界面近傍に滞
留する電子群(二次元電子ガス)を導電媒体として利用
する半導体装置の製造方法に関する。
子親和力の差にもとづき2種の半導体層の界面近傍に滞
留する電子群(二次元電子ガス)を導電媒体として利用
する半導体装置の製造方法に関する。
(2) 技術の背景
電子親和力の異なる2種の半導体よりなる層の界面には
ポテンシャルノ々リヤが発生するので、電子親和力の小
さい半導体よりなる層中に非拘束性の電子が存在すれば
、この電子は、電子親和力の大きな半導体よりなる層中
1はあるが上記の界面近傍に滞留して蓄積電子群(二次
元電子ガス)を発生させる。この蓄積電子群(二次元電
子ガス)は、上記の界面のごく近傍に、ごく薄く約lo
oX以内の範囲に蓄積されるの11電子親和力の小さな
生導体場から空間的に分離され、その電子移動度は不純
物散乱によって影響されにくいことになる。そこで、こ
の不純物散乱による影響が電子移動度の増大な明むこと
となるような低温すなわち77°に以下の低温において
極めて大きな電子移動度が実現されることになり、その
大きさは770KEオイテ1.5 X 10’CI!”
/v8s 5°x ニオイテs X 10’α”/Vs
程度となることが実験的に確認されている。
ポテンシャルノ々リヤが発生するので、電子親和力の小
さい半導体よりなる層中に非拘束性の電子が存在すれば
、この電子は、電子親和力の大きな半導体よりなる層中
1はあるが上記の界面近傍に滞留して蓄積電子群(二次
元電子ガス)を発生させる。この蓄積電子群(二次元電
子ガス)は、上記の界面のごく近傍に、ごく薄く約lo
oX以内の範囲に蓄積されるの11電子親和力の小さな
生導体場から空間的に分離され、その電子移動度は不純
物散乱によって影響されにくいことになる。そこで、こ
の不純物散乱による影響が電子移動度の増大な明むこと
となるような低温すなわち77°に以下の低温において
極めて大きな電子移動度が実現されることになり、その
大きさは770KEオイテ1.5 X 10’CI!”
/v8s 5°x ニオイテs X 10’α”/Vs
程度となることが実験的に確認されている。
そこで、この蓄積電子群(二次元電子ガス)を導電媒体
として利用した半導体装置が開発されており、その代表
的な例は、本特許出願の出願人のなした特許出願(特願
昭第54−171026号、特願昭第55−82035
号等)に係る高電子移動度トランジスタである。
として利用した半導体装置が開発されており、その代表
的な例は、本特許出願の出願人のなした特許出願(特願
昭第54−171026号、特願昭第55−82035
号等)に係る高電子移動度トランジスタである。
かかる蓄積電子群(二次元電子ガス)を導電路として利
用した半導体装置J=おいては、電極と蓄積電子群(二
次元電子ガス)との間の接続を小さくするため特別の配
慮がはられれている。すべての電気回路の伝播速度がそ
の時定数(1)に支R 配され、特にこれが電界効果トランジスタとして利用さ
れた場合の遮断周波数(1/〔)や雑音がその電界効果
トランジスタの抵抗に大きく支配されるから1ある。
用した半導体装置J=おいては、電極と蓄積電子群(二
次元電子ガス)との間の接続を小さくするため特別の配
慮がはられれている。すべての電気回路の伝播速度がそ
の時定数(1)に支R 配され、特にこれが電界効果トランジスタとして利用さ
れた場合の遮断周波数(1/〔)や雑音がその電界効果
トランジスタの抵抗に大きく支配されるから1ある。
(3) 従来技術と問題点
かかる蓄積電子群(二次元電子ガス)を導電路として利
用する半導体装置において、その導電路の抵抗は、蓄積
電子群(二次元電子ガス)の電子移動度(μ)と電子面
濃f(ns)との積の逆数(l/#na)に依存する。
用する半導体装置において、その導電路の抵抗は、蓄積
電子群(二次元電子ガス)の電子移動度(μ)と電子面
濃f(ns)との積の逆数(l/#na)に依存する。
よって、電子移動度と電子面濃度とを増大することが有
効である。
効である。
一方、導電路の抵抗はその長さに比例し、その断面積に
逆比例するから、この性質を利用して減少することは勿
論可能フあるが、おのずと限界がある。
逆比例するから、この性質を利用して減少することは勿
論可能フあるが、おのずと限界がある。
そこ1、かかる導電路の抵抗を減少するには、蓄積電子
群(二次元電子ガス)の電子移動度と電子面濃度とを増
大することが求められるが、そのために従来とられてい
た方法は、電子供給層たる電子親和力の小さな半導体の
含有するng不純物濃度を大きくすることである。その
理由は下記に述べるとおり↑ある。
群(二次元電子ガス)の電子移動度と電子面濃度とを増
大することが求められるが、そのために従来とられてい
た方法は、電子供給層たる電子親和力の小さな半導体の
含有するng不純物濃度を大きくすることである。その
理由は下記に述べるとおり↑ある。
すなわち、かかる蓄積電子群(二次元電子ガス)の電子
移動度は、上記のヘテキ界面近傍に存在するイオン化さ
れた不純物にもとづく不純物散乱に多かれ少なかれ不可
避的に影響されるの1、電子移動度を向上するには、ヘ
テロ界面を構成する2 ′鳩の含有する不純物の不純物
散乱の影響を極力排除することが最も現実的1ある。そ
の一つとして、電子供給層たる電子親和力の小さな半導
体に含有される不純物による散乱の影響を排除するため
蓄積電子群(二次元電子ガス)の電子面濃度を増加する
ことが有効fある。電子面濃度の上昇により電子の散乱
ポテンシャルのスクリーニング効果が大きくなるからで
ある。そして、蓄積電子群(二次元電子ガス)の電子面
濃度を大きくするには電子供給層のn型不純物濃度を大
きくすることが最も容易〒あるから〒ある。
移動度は、上記のヘテキ界面近傍に存在するイオン化さ
れた不純物にもとづく不純物散乱に多かれ少なかれ不可
避的に影響されるの1、電子移動度を向上するには、ヘ
テロ界面を構成する2 ′鳩の含有する不純物の不純物
散乱の影響を極力排除することが最も現実的1ある。そ
の一つとして、電子供給層たる電子親和力の小さな半導
体に含有される不純物による散乱の影響を排除するため
蓄積電子群(二次元電子ガス)の電子面濃度を増加する
ことが有効fある。電子面濃度の上昇により電子の散乱
ポテンシャルのスクリーニング効果が大きくなるからで
ある。そして、蓄積電子群(二次元電子ガス)の電子面
濃度を大きくするには電子供給層のn型不純物濃度を大
きくすることが最も容易〒あるから〒ある。
しかし、この電子供給層のn型不純物濃度を大きくする
ことは、後の高温工程において、電子親和力の大きな半
導体よりなるチャンネル層中にn型不純物を拡散する原
因となり、この拡散により導入された不純物にもとづく
不純物散乱の影響が大きくなるという欠点を伴う。
ことは、後の高温工程において、電子親和力の大きな半
導体よりなるチャンネル層中にn型不純物を拡散する原
因となり、この拡散により導入された不純物にもとづく
不純物散乱の影響が大きくなるという欠点を伴う。
そこで、電子供給層のn型不純物濃度を増加せずに蓄積
電子群(二次元電子ガス)の電子面濃度を増加させるこ
とができれば、電子面濃度と電子移動度の双方が増大し
て抵抗を減少するために有効1ある。
電子群(二次元電子ガス)の電子面濃度を増加させるこ
とができれば、電子面濃度と電子移動度の双方が増大し
て抵抗を減少するために有効1ある。
(4)発明の目的
本発明の目的はこの要請にこたえるもの1あり、電子親
和力の異なる二つの半導体層の界面近傍に滞留する蓄積
電子群(二次元電子ガス)を導電路として利用する半導
体装置の製造方法において、電子親和力の小さな半導体
に含有”されているn1ll不純物の不純物濃度を増加
することによらずに、その蓄積電子群(二次元電子ガス
)の電子面濃度と電子移動度とが増大されており、結果
として、その抵抗が減少されている半導体装置の製造方
法を提供することにある。
和力の異なる二つの半導体層の界面近傍に滞留する蓄積
電子群(二次元電子ガス)を導電路として利用する半導
体装置の製造方法において、電子親和力の小さな半導体
に含有”されているn1ll不純物の不純物濃度を増加
することによらずに、その蓄積電子群(二次元電子ガス
)の電子面濃度と電子移動度とが増大されており、結果
として、その抵抗が減少されている半導体装置の製造方
法を提供することにある。
(5)発明の構成
本発明の構成は、クローム(Or)を含有する砒化ガリ
ュウム(GaAe)等の半絶縁性半導体基板上に、例え
ば砒化ガリュウム(GaAs)とアル建二具つムがリュ
ウム砒素(ム/G、aAs)等互に電子親和力の異なる
2種の半導体よりなる層を形成して上記の2種の半導体
層の界面近傍に電子親和力の差を利用して電子群(二次
元電子ガス)を蓄積させ、この蓄積した電子*(二次元
電子ガス)を導電路として利用することとし、この導電
路として利用される領域における上1e2種の半導体層
に対して、低温において、選択的に、光郷の電磁波を照
射して上記の2種の半導体のうち電子親和力の小さな半
導体またはこれに含まれる浅い不純物単位を励起して非
拘束性の電子を供給し、それによって蓄積電子群(二次
元電子ガス)の蓄積を促して蓄積電子群(二次元電子ガ
ス)の電手面濃度と電子移動度とを向上し、その結果導
電路の抵抗を減少させ、その半導体装置をそのまま低温
に保持することにある。
ュウム(GaAe)等の半絶縁性半導体基板上に、例え
ば砒化ガリュウム(GaAs)とアル建二具つムがリュ
ウム砒素(ム/G、aAs)等互に電子親和力の異なる
2種の半導体よりなる層を形成して上記の2種の半導体
層の界面近傍に電子親和力の差を利用して電子群(二次
元電子ガス)を蓄積させ、この蓄積した電子*(二次元
電子ガス)を導電路として利用することとし、この導電
路として利用される領域における上1e2種の半導体層
に対して、低温において、選択的に、光郷の電磁波を照
射して上記の2種の半導体のうち電子親和力の小さな半
導体またはこれに含まれる浅い不純物単位を励起して非
拘束性の電子を供給し、それによって蓄積電子群(二次
元電子ガス)の蓄積を促して蓄積電子群(二次元電子ガ
ス)の電手面濃度と電子移動度とを向上し、その結果導
電路の抵抗を減少させ、その半導体装置をそのまま低温
に保持することにある。
そして、この抵抗の減少している蓄積電子群(二次元電
子ガス)は、(イ)高電子移動度トランジスタのソース
・ゲート間、ゲート・ドレイン間の導電路として、(ロ
)キヤAシタの電極として、または、(ハ)単一のチッ
プ内に複数の素子が含まれている多素子型半導体装置に
おける素子間の導電路として有用!ある。回路の時定数
を減少し、特に電界効果トランジスタとして利用された
場合はその遮断周波数を高くし、雑音を低減フきるから
!ある0 (6) 発明の寮施例 以下、図面を参照しつつ、本発明の一実施例にかかる半
導体装置について説明し、本発明の構成と特有の効果と
を明らかにする。−例として、半絶縁性の純化ガIJ
s、ラム(GaAs)よりなる基板上に形成されたノン
ドープの砒化ガリエウム(Ga口)1:舒 層よりなるチャンネル層を有し、この上に更に結晶格子
整合の上形成されたn型のアルミニ為ウムガリエクム砒
素(ム/GaA s )層よりなる電子供給層・を有す
る層構造の電界効果トランジスタについて述べる。
子ガス)は、(イ)高電子移動度トランジスタのソース
・ゲート間、ゲート・ドレイン間の導電路として、(ロ
)キヤAシタの電極として、または、(ハ)単一のチッ
プ内に複数の素子が含まれている多素子型半導体装置に
おける素子間の導電路として有用!ある。回路の時定数
を減少し、特に電界効果トランジスタとして利用された
場合はその遮断周波数を高くし、雑音を低減フきるから
!ある0 (6) 発明の寮施例 以下、図面を参照しつつ、本発明の一実施例にかかる半
導体装置について説明し、本発明の構成と特有の効果と
を明らかにする。−例として、半絶縁性の純化ガIJ
s、ラム(GaAs)よりなる基板上に形成されたノン
ドープの砒化ガリエウム(Ga口)1:舒 層よりなるチャンネル層を有し、この上に更に結晶格子
整合の上形成されたn型のアルミニ為ウムガリエクム砒
素(ム/GaA s )層よりなる電子供給層・を有す
る層構造の電界効果トランジスタについて述べる。
図は本発明の一実施例にかかる電界効果トラン、クスタ
の完成状態を示す断面図である。図において、1はクロ
ーム(Or)等を含有する半絶縁性の砒化ガリュウム(
GaAa)よりなる基板〒あり、2はこれC=結晶格子
整合の上形成された実質的に不純物を含有しない砒化ガ
リエウム(GaAa )の単結晶層fあリチャンネル層
を構成し、3はチャンネル層2上に結晶格子整合の上形
成されたn型の不純物を含有するアルミニエウムガリー
ウム砒素(A/GaAs )の単結晶層!あり電子供給
層を構成する。木寮施例においては電子供給層3のn型
不純物濃度は2 X 10” cm−” 1あり、チャ
ンネル層2と電子供給層3の厚さはそれぞれ0.6μm
と0,06μmとである。この結晶プロファイルにおい
ては、ペテロ界面近傍に、電子面濃度が3 X 10”
/lx”である蓄積電子群(二次元電子ガス)4が発
生する。
の完成状態を示す断面図である。図において、1はクロ
ーム(Or)等を含有する半絶縁性の砒化ガリュウム(
GaAa)よりなる基板〒あり、2はこれC=結晶格子
整合の上形成された実質的に不純物を含有しない砒化ガ
リエウム(GaAa )の単結晶層fあリチャンネル層
を構成し、3はチャンネル層2上に結晶格子整合の上形
成されたn型の不純物を含有するアルミニエウムガリー
ウム砒素(A/GaAs )の単結晶層!あり電子供給
層を構成する。木寮施例においては電子供給層3のn型
不純物濃度は2 X 10” cm−” 1あり、チャ
ンネル層2と電子供給層3の厚さはそれぞれ0.6μm
と0,06μmとである。この結晶プロファイルにおい
ては、ペテロ界面近傍に、電子面濃度が3 X 10”
/lx”である蓄積電子群(二次元電子ガス)4が発
生する。
5は金・ゲルマニーラム/金(Au ’ Go / A
u )膜よりなる入・出力電極(ソース・ドレイン電極
)フあり、この電極5を形成した後450℃程度1熱処
理し、合金化層6を形成して入・出力″*&(ソース・
ドレイン電極)5と蓄積電子群(二次元電子ガス)4と
を抵抗性に接続しである。7はアルミニニウム(^l)
膜よりなる制御電極(ゲート電極)でアリ、シ冒ットキ
ノ々リヤ型ゲートとして機能する0 上記の構造を有する素子を製造した後、これを低温容器
に収納する等の方法により77°に以下の低温に保持し
光等の電磁波をもって上記の半導体層を照射する。この
照射により電子供給層3中において励起現象が発生し、
蓄積電子群(二次元電子ガス)の電子面濃度と電子移動
度とが増大し、ソース・ゲート間、ゲート・ドレイン間
の抵抗が減少し、このトランジスタの遮断周波数が上昇
し、雑音レベルが低下する0そして、この効果は、半導
体装置が低温に保持されているかぎり、十分長期間実質
的に維持される。
u )膜よりなる入・出力電極(ソース・ドレイン電極
)フあり、この電極5を形成した後450℃程度1熱処
理し、合金化層6を形成して入・出力″*&(ソース・
ドレイン電極)5と蓄積電子群(二次元電子ガス)4と
を抵抗性に接続しである。7はアルミニニウム(^l)
膜よりなる制御電極(ゲート電極)でアリ、シ冒ットキ
ノ々リヤ型ゲートとして機能する0 上記の構造を有する素子を製造した後、これを低温容器
に収納する等の方法により77°に以下の低温に保持し
光等の電磁波をもって上記の半導体層を照射する。この
照射により電子供給層3中において励起現象が発生し、
蓄積電子群(二次元電子ガス)の電子面濃度と電子移動
度とが増大し、ソース・ゲート間、ゲート・ドレイン間
の抵抗が減少し、このトランジスタの遮断周波数が上昇
し、雑音レベルが低下する0そして、この効果は、半導
体装置が低温に保持されているかぎり、十分長期間実質
的に維持される。
上記の電磁波照射工程シニおいて、制御電極(ゲート電
極)はマスクとして機能し、電界効果トランジスタのピ
ンチオフ電圧等の特性が電磁波照射により変史されるこ
とを防止する。
極)はマスクとして機能し、電界効果トランジスタのピ
ンチオフ電圧等の特性が電磁波照射により変史されるこ
とを防止する。
上記の集施例においては、アルミニエウムガリュウム砒
素(azGaム8)のノ々ンドギャップエネルギーより
も介分大きなエネルギーを持つ波長を含む峨磁波の照射
により、77°Kにおいて蓄積電子群(二次元電子ガス
)の電子移動度と電子面濃度とは、それぞれ、103.
000011” / V8 カら1151000 CI
L2/v8へと、4.7 X 10” tx−”から9
゜OX+10”m−”へと向上し、これにともないソー
ス・Pレイン間の抵抗は1/に減少した0 本実施例にあっては、電子供給層が上層fあり、チャン
ネル層が下層1ある場合につき説明されているが、この
層配置は逆フあっても、本発明の適用に全くさしつかえ
ない。
素(azGaム8)のノ々ンドギャップエネルギーより
も介分大きなエネルギーを持つ波長を含む峨磁波の照射
により、77°Kにおいて蓄積電子群(二次元電子ガス
)の電子移動度と電子面濃度とは、それぞれ、103.
000011” / V8 カら1151000 CI
L2/v8へと、4.7 X 10” tx−”から9
゜OX+10”m−”へと向上し、これにともないソー
ス・Pレイン間の抵抗は1/に減少した0 本実施例にあっては、電子供給層が上層fあり、チャン
ネル層が下層1ある場合につき説明されているが、この
層配置は逆フあっても、本発明の適用に全くさしつかえ
ない。
又、本実施例にあっては、ノーマリオン型とされている
が、一定の範囲において、ノーマリオフ型に対しても本
発明の適用が可讐であることは言うま1もない0 (7)発明の詳細 な説明せるとおり、本発明によれば、電子親和力の異な
る二つの半導体層の界面近傍に滞留する蓄積電子群(二
次元電子ガス)を導電路として利用する半導体装置の製
造方法において、電子供給層たる電子親和力の小さな半
導体に含有されているn型不純物の不純物濃度を増加す
ることによらずに、その蓄積電子群(二次元電子ガス)
の電子面濃度と電子移動度がともに増大されており、結
果として、その抵抗が減少されている半導体装置の製造
方法を提供することが1きる。
が、一定の範囲において、ノーマリオフ型に対しても本
発明の適用が可讐であることは言うま1もない0 (7)発明の詳細 な説明せるとおり、本発明によれば、電子親和力の異な
る二つの半導体層の界面近傍に滞留する蓄積電子群(二
次元電子ガス)を導電路として利用する半導体装置の製
造方法において、電子供給層たる電子親和力の小さな半
導体に含有されているn型不純物の不純物濃度を増加す
ることによらずに、その蓄積電子群(二次元電子ガス)
の電子面濃度と電子移動度がともに増大されており、結
果として、その抵抗が減少されている半導体装置の製造
方法を提供することが1きる。
図は、本発明の一実施例に係る半導体装置の完成状態を
示す断面図1ある。 l・・・基板(牛絶縁性砒化ガリュウム基板)、2・・
・電子親和力の大−きな半導体層(不純物を含有しない
砒化ガリュウム層)、 3・・・電子親和力の小さな半導体層(n型のアルミニ
ュウムガリエウム砒素層)、 蟲・・・蓄積電子群(二次元電子ガス)、5・・・入°
出力電極(ソース・rレイン11E極)、6・・・合金
化層、7・・・制御室′!#(ゲート電極)。
示す断面図1ある。 l・・・基板(牛絶縁性砒化ガリュウム基板)、2・・
・電子親和力の大−きな半導体層(不純物を含有しない
砒化ガリュウム層)、 3・・・電子親和力の小さな半導体層(n型のアルミニ
ュウムガリエウム砒素層)、 蟲・・・蓄積電子群(二次元電子ガス)、5・・・入°
出力電極(ソース・rレイン11E極)、6・・・合金
化層、7・・・制御室′!#(ゲート電極)。
Claims (4)
- (1)牛絶縁性の半導体基板上に電子親和力の相異なる
2種の半導体よりなる層を形成して皺2種の半導体より
なる層の界面近傍に電子親和力の差に起因して滞留する
電子群(二次元電子ガス)を蓄積し、該蓄積された電子
*(二次元電子ガス)を導電路とする半導体装置の製造
方法において、前記導電路に対応する前記2種の半導体
よりなる層に対し、低温において選択的に電磁波を照射
して前配電子群(二次元電子ガス)の蓄積を促し、前記
半導体装置をそのまま低温に保持することを特徴とする
半導体装置の製造方法。 - (2)前記導電路が電界効果型トランジスタのソース・
ゲート間とゲート・Pレイン間との導電路である、特許
請求の範囲第1項記載の半導体装置の製造方法0 - (3)前記導電路がキャパシタの電極である、特許請求
の範囲第1項記載の半導体装置の製造方法。 - (4)前記導電路が、同一の半導体装置を構成する複数
の素子相互間の導電路1ある、特許請求の範囲第1項記
載の半導体装置の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP56192594A JPS5893378A (ja) | 1981-11-30 | 1981-11-30 | 半導体装置の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP56192594A JPS5893378A (ja) | 1981-11-30 | 1981-11-30 | 半導体装置の製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5893378A true JPS5893378A (ja) | 1983-06-03 |
Family
ID=16293865
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP56192594A Pending JPS5893378A (ja) | 1981-11-30 | 1981-11-30 | 半導体装置の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS5893378A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS63177573A (ja) * | 1987-01-19 | 1988-07-21 | Hitachi Ltd | 超伝導トランジスタ |
-
1981
- 1981-11-30 JP JP56192594A patent/JPS5893378A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS63177573A (ja) * | 1987-01-19 | 1988-07-21 | Hitachi Ltd | 超伝導トランジスタ |
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