JPH01199474A - ヘテロ接合型電界効果トランジスタ - Google Patents
ヘテロ接合型電界効果トランジスタInfo
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- JPH01199474A JPH01199474A JP2422588A JP2422588A JPH01199474A JP H01199474 A JPH01199474 A JP H01199474A JP 2422588 A JP2422588 A JP 2422588A JP 2422588 A JP2422588 A JP 2422588A JP H01199474 A JPH01199474 A JP H01199474A
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- 229910001218 Gallium arsenide Inorganic materials 0.000 claims abstract description 26
- 239000012535 impurity Substances 0.000 claims abstract description 7
- 239000000758 substrate Substances 0.000 abstract description 7
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- 230000002411 adverse Effects 0.000 abstract description 4
- 229910000980 Aluminium gallium arsenide Inorganic materials 0.000 abstract 2
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- 239000010410 layer Substances 0.000 description 88
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- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 8
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- Junction Field-Effect Transistors (AREA)
- Recrystallisation Techniques (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、ヘテロ接合構造を用いた電界効果型トランジ
スタの改良に関するものである。
スタの改良に関するものである。
従来の技術
ん1aAsとGaAsのへテロ接合を用いたヘテロ接合
型の電界効果トランジスタ(FET)は高速スイッチン
グ素子やマイクロ波用トランジスタとして広く使われて
いる。ヘテロ接合FETの代表的なものは、ノンドープ
のGaAs層上にN型A7GaAs層を形成し、ヘテロ
接合界面のGaA1側にたまる高易動度の2次元電子ガ
スを用いる高電子移動度トランジスタ(HEMT)と呼
ばれるものであるがN型AtGaAs層を介して2次元
電子ガスとオーミック接触を得ることに困難な点がある
ことから、これを改良した逆HEMT構造が考えられて
いる。第2図a、bに、逆HEMT構造の断面構造図と
そのエネルギーバンド図を示す。第2図aにおいて、1
は半絶縁性G a A s基板、2は膜厚が1100n
程度のノンドープG a A mバッファー層、3は膜
厚が100. nmから200 nmのノンドープA
tG a A s層、4は膜厚が10nm程度のN型A
tGaAs層、6はノンドープAtGaAs+ スペー
サ層、6はノンドープG a A mチャンネル層、7
は低濃度(〜10/cd)にN型不純物が添加されたN
型G a A s層、8は高濃度(〉1018/ciI
)にN型不純物が添加されたN+型G a A s層で
ある。この構造において、層6と6のへテロ接合2のG
a A s側に2次元電子ガスがたまるが、層2と層
3のへテロ接合1には2次元電子がたまらないようにす
る必要があることから、層2のG a A s層の厚さ
を100 nm程度と薄く、層3のA tG a A
s層の厚さを100〜200 nmと比較的厚く形成し
、第2図すのエネルギーバンド図に示すように、ヘテロ
接合1においてGaAsの伝導帯の底がフェルミレベル
よりも高くなるようにしなければならない。
型の電界効果トランジスタ(FET)は高速スイッチン
グ素子やマイクロ波用トランジスタとして広く使われて
いる。ヘテロ接合FETの代表的なものは、ノンドープ
のGaAs層上にN型A7GaAs層を形成し、ヘテロ
接合界面のGaA1側にたまる高易動度の2次元電子ガ
スを用いる高電子移動度トランジスタ(HEMT)と呼
ばれるものであるがN型AtGaAs層を介して2次元
電子ガスとオーミック接触を得ることに困難な点がある
ことから、これを改良した逆HEMT構造が考えられて
いる。第2図a、bに、逆HEMT構造の断面構造図と
そのエネルギーバンド図を示す。第2図aにおいて、1
は半絶縁性G a A s基板、2は膜厚が1100n
程度のノンドープG a A mバッファー層、3は膜
厚が100. nmから200 nmのノンドープA
tG a A s層、4は膜厚が10nm程度のN型A
tGaAs層、6はノンドープAtGaAs+ スペー
サ層、6はノンドープG a A mチャンネル層、7
は低濃度(〜10/cd)にN型不純物が添加されたN
型G a A s層、8は高濃度(〉1018/ciI
)にN型不純物が添加されたN+型G a A s層で
ある。この構造において、層6と6のへテロ接合2のG
a A s側に2次元電子ガスがたまるが、層2と層
3のへテロ接合1には2次元電子がたまらないようにす
る必要があることから、層2のG a A s層の厚さ
を100 nm程度と薄く、層3のA tG a A
s層の厚さを100〜200 nmと比較的厚く形成し
、第2図すのエネルギーバンド図に示すように、ヘテロ
接合1においてGaAsの伝導帯の底がフェルミレベル
よりも高くなるようにしなければならない。
発明が解決しようとする課題
以上のように逆HEMT構造では、2次元電子ガスから
上の層がG a A s層であるので表面から2次元電
子ガスとのオーミック接触を得る場合にオーミック接触
抵抗を低減できるという利点があるものの、層構造にい
くつかの制約が課せられるという欠点がある。特に、G
a A mバッファー層2が薄いことはエピタキシャ
ル層全体が薄くなり基板と層2の界面の悪影響を受けや
すい。また、ノンドープのAtGaAs層3が1oon
m〜2oOnmと厚いので、ヘテロ接合2の界面凹凸が
太きくなることからチャンネル層のG a A sの結
晶品質が低下し、2次元電子ガスの移動度が低下すると
いう問題が生じる。
上の層がG a A s層であるので表面から2次元電
子ガスとのオーミック接触を得る場合にオーミック接触
抵抗を低減できるという利点があるものの、層構造にい
くつかの制約が課せられるという欠点がある。特に、G
a A mバッファー層2が薄いことはエピタキシャ
ル層全体が薄くなり基板と層2の界面の悪影響を受けや
すい。また、ノンドープのAtGaAs層3が1oon
m〜2oOnmと厚いので、ヘテロ接合2の界面凹凸が
太きくなることからチャンネル層のG a A sの結
晶品質が低下し、2次元電子ガスの移動度が低下すると
いう問題が生じる。
さらに、ヘテロ接合界面2と平行方向に高電界を印加し
、電子をチャンネル層に沿って走行させる場合に電界に
より電子は熱くなりA IG a A s層3.4およ
び6にあふれ出すが、A tG a A s層3゜4お
よび6が厚いため電子は長(AtGaAs 層中を走行
する確率が増え、このため電子の平均速度が低下するこ
とが考えられるという問題が生じる。
、電子をチャンネル層に沿って走行させる場合に電界に
より電子は熱くなりA IG a A s層3.4およ
び6にあふれ出すが、A tG a A s層3゜4お
よび6が厚いため電子は長(AtGaAs 層中を走行
する確率が増え、このため電子の平均速度が低下するこ
とが考えられるという問題が生じる。
課題を解決するための手段
本発明では以上の様な逆HEMT構造に伴う問題点を解
決するために次の様な手段を用いる。
決するために次の様な手段を用いる。
■ チャンネル層に薄いI n yGa 1−アAs層
を用いる、 ■ 電子供給層のAtGaAs層の厚さを10nm〜2
0nmと薄くする。
を用いる、 ■ 電子供給層のAtGaAs層の厚さを10nm〜2
0nmと薄くする。
■ G a A mバッファー層を3oonm〜1oo
Onmと厚くする。
Onmと厚くする。
作 用
チャンネル層にInyGal−アA8 層を用いること
により、逆HEMT構造における構造上の制約が解決す
る。すなわち、I n y G a 1−7As 層
を第2図の層eに用いると、I n yG a 1−ア
As 層の伝導帯エネルギーの底はG a A sのそ
れより常にエネルギー的に低くなるため、N型A tG
a A m層4より供給される電子は大部分、I n
y G a 1−アAs 層に入り、G a A
mバッファー層2が厚くとも、またAtGaAs層3が
薄くともへテロ接合1の方へは殆んど電子は供給されな
くなる。
により、逆HEMT構造における構造上の制約が解決す
る。すなわち、I n y G a 1−7As 層
を第2図の層eに用いると、I n yG a 1−ア
As 層の伝導帯エネルギーの底はG a A sのそ
れより常にエネルギー的に低くなるため、N型A tG
a A m層4より供給される電子は大部分、I n
y G a 1−アAs 層に入り、G a A
mバッファー層2が厚くとも、またAtGaAs層3が
薄くともへテロ接合1の方へは殆んど電子は供給されな
くなる。
このことを考慮に入れ、G a A mバッファー層を
厚く形成することによって基板とエピタキシャル層の界
面の悪影響が低減されることになる。また、A tG
a A s層3,4および6の全体の膜厚を薄くするこ
とにより、AtGaAs層上のエピタキシャル層の結晶
性の向上と界面の凹凸の低減が図れることになる。さら
に、高電界印加時に熱くなった2次元電子ガスは、すみ
やかに薄いAtGaAs層通り抜け、エネルギー的に低
いG a A mバッファー層を走行する確率が増加す
るので、電子の平均速度が向上することになる。
厚く形成することによって基板とエピタキシャル層の界
面の悪影響が低減されることになる。また、A tG
a A s層3,4および6の全体の膜厚を薄くするこ
とにより、AtGaAs層上のエピタキシャル層の結晶
性の向上と界面の凹凸の低減が図れることになる。さら
に、高電界印加時に熱くなった2次元電子ガスは、すみ
やかに薄いAtGaAs層通り抜け、エネルギー的に低
いG a A mバッファー層を走行する確率が増加す
るので、電子の平均速度が向上することになる。
実施例
本発明の実施例を第1図a、bを用いて詳細に説明する
。第1図aは、本発明に基く、逆HEMTj¥Rnであ
り、第1図すは、そのエネルギーバンド図である。第1
図aにおいて、1は半絶縁性GaAs基板、2はノンド
ープのGaAsバッファー層である。ノンド、−ブG
a A itバッファー層2の厚さは、InyGal−
アAs チャンネル層13に電子が十分に供給される
ようにするために、ある程度厚くする必要があり、最低
限300 nmが必要である。
。第1図aは、本発明に基く、逆HEMTj¥Rnであ
り、第1図すは、そのエネルギーバンド図である。第1
図aにおいて、1は半絶縁性GaAs基板、2はノンド
ープのGaAsバッファー層である。ノンド、−ブG
a A itバッファー層2の厚さは、InyGal−
アAs チャンネル層13に電子が十分に供給される
ようにするために、ある程度厚くする必要があり、最低
限300 nmが必要である。
実施例では600nmとした。上限は特にないが、エピ
タキシャル成長に要する時間との兼ね合いから1100
0n程度が妥当である。このノンドープG a A m
バッファー層2の上に電子供給層となるA tG a
A s層10.11および12を形成する。
タキシャル成長に要する時間との兼ね合いから1100
0n程度が妥当である。このノンドープG a A m
バッファー層2の上に電子供給層となるA tG a
A s層10.11および12を形成する。
1oおよび12はノンドープのAtGaAs スペーサ
層であり、膜厚は2〜5nm程度が適切である。
層であり、膜厚は2〜5nm程度が適切である。
11はN型A IG a A 1層であシ膜厚は、N型
不純物のドーピング量により量によシ多少異なるが、不
純物濃度Npと膜厚dの積で、 ND @d== 1 、2〜1 、6X 10 /c
iIとなるように決定すればよい。実施例では、ND:
2X10 /diとした。従って膜厚は6〜8nmで
ある。13はノンドープInyGa1−XAs 層で
あり、この層がFETのチャンネル層となり、2次元電
子ガスがたまる層となる、In、Ga1−XAs 層1
3は、A IG a A s層およびG a A s層
と本来格子整合が取れないが、薄い場合には、歪をその
内部にたくわえたまま良好な結晶となる。チャンネル層
の厚さとしては、10 nm〜20 nmが適切である
と考えられるので、Inの組成比yはIn、Ga1−X
As 層の臨界膜厚を考慮して0.2 以下とすれば
良い。14はノンドープまたは10 /Cl11程度
のN型不純物がドープされたGaAs層、16は良好な
オーミックコンタクトを得るだめのN+型GaAs層で
ある。
不純物のドーピング量により量によシ多少異なるが、不
純物濃度Npと膜厚dの積で、 ND @d== 1 、2〜1 、6X 10 /c
iIとなるように決定すればよい。実施例では、ND:
2X10 /diとした。従って膜厚は6〜8nmで
ある。13はノンドープInyGa1−XAs 層で
あり、この層がFETのチャンネル層となり、2次元電
子ガスがたまる層となる、In、Ga1−XAs 層1
3は、A IG a A s層およびG a A s層
と本来格子整合が取れないが、薄い場合には、歪をその
内部にたくわえたまま良好な結晶となる。チャンネル層
の厚さとしては、10 nm〜20 nmが適切である
と考えられるので、Inの組成比yはIn、Ga1−X
As 層の臨界膜厚を考慮して0.2 以下とすれば
良い。14はノンドープまたは10 /Cl11程度
のN型不純物がドープされたGaAs層、16は良好な
オーミックコンタクトを得るだめのN+型GaAs層で
ある。
実施例では14はノンドープG a A s層とした。
本実施例のへテロ構造の伝導帯エネルギーバンド図を第
1図すに示すが、I n y G a 、−y A s
層13A tG a A s層12との伝導帯エネルギ
ー不連続値G aA s 履2とA tG a A s
層1oとのそれよりも、1oo〜2oomev大きい
ために、N型AtGaAs層11から供給される電子は
大部分1 n y G a 、−アAm層の方へたまる
ことになる。この電子濃度としては約1 、5 Xl
0 /cr1以上の高い値が得られた。
1図すに示すが、I n y G a 、−y A s
層13A tG a A s層12との伝導帯エネルギ
ー不連続値G aA s 履2とA tG a A s
層1oとのそれよりも、1oo〜2oomev大きい
ために、N型AtGaAs層11から供給される電子は
大部分1 n y G a 、−アAm層の方へたまる
ことになる。この電子濃度としては約1 、5 Xl
0 /cr1以上の高い値が得られた。
なお、本実施例のA tG a A s 中のAt組成
比は0.16〜0.3のものを用いた。
比は0.16〜0.3のものを用いた。
発明の効果
本発明によれば、逆f(EMT構造において問題となっ
たバッファー層の厚さの制約が解決され、G a A
sバッファー層を、500 nm程度以上に厚く形成す
ることが可能であり、半絶縁性G a A m基板とエ
ピタキシャル層の界面の悪影響が低減できる。まだ、電
子供給層となるA IG a A s層の全体の厚さを
10nm〜20nmと従来に比べ非常に薄くすることが
できるので、AtGaAs 層上のエピタキシャル層の
結晶性を向上でき、両者の界面の凹凸も低減できる。ま
たAzGaAs 胴部ことにより、高電界印加時にAt
GaAs層側へあふれ出す熱い電子は、すみやかにAt
GaAs 層を通過しG a A aバッフ1−層に移
るため、電子の平均速度の劣化が従来に比べ低減できる
など、本発明による逆HEMT構造は従来に比べ設計に
制約が少ないばかりでなく、ヘテロ接合FETの特性改
善に大いに有用である。
たバッファー層の厚さの制約が解決され、G a A
sバッファー層を、500 nm程度以上に厚く形成す
ることが可能であり、半絶縁性G a A m基板とエ
ピタキシャル層の界面の悪影響が低減できる。まだ、電
子供給層となるA IG a A s層の全体の厚さを
10nm〜20nmと従来に比べ非常に薄くすることが
できるので、AtGaAs 層上のエピタキシャル層の
結晶性を向上でき、両者の界面の凹凸も低減できる。ま
たAzGaAs 胴部ことにより、高電界印加時にAt
GaAs層側へあふれ出す熱い電子は、すみやかにAt
GaAs 層を通過しG a A aバッフ1−層に移
るため、電子の平均速度の劣化が従来に比べ低減できる
など、本発明による逆HEMT構造は従来に比べ設計に
制約が少ないばかりでなく、ヘテロ接合FETの特性改
善に大いに有用である。
第1図dは本発明の一実施例の電界効果型トランジスタ
の断面図、第1図すは同トランジスタの伝導帯エネルギ
ーバンド図、第2図aは従来の電界効果型トランジスタ
の断面図、第2図すは同トランジスタの伝導帯エネルギ
ーバンド図である。 1・・・・・・半絶縁性G a A m基板、2・・・
・・・ノンドープG a A sバッファー層、10,
12・・・・・・ノンドープA tG a A sスペ
ーサ層、11・・・・・・N型AtGaAs層、13・
・・・・・ノンドープI n yG a 、−y A
tr層、14・・・・・・ノンドープG a A s層
、16・・・・・・N+型G a A s層。 代理人の氏名 弁理士 中 尾 敏 男 ほか1名第2
図 A[相]v+5s5呆ぎ 2 延鱒歇叩田弁七−
の断面図、第1図すは同トランジスタの伝導帯エネルギ
ーバンド図、第2図aは従来の電界効果型トランジスタ
の断面図、第2図すは同トランジスタの伝導帯エネルギ
ーバンド図である。 1・・・・・・半絶縁性G a A m基板、2・・・
・・・ノンドープG a A sバッファー層、10,
12・・・・・・ノンドープA tG a A sスペ
ーサ層、11・・・・・・N型AtGaAs層、13・
・・・・・ノンドープI n yG a 、−y A
tr層、14・・・・・・ノンドープG a A s層
、16・・・・・・N+型G a A s層。 代理人の氏名 弁理士 中 尾 敏 男 ほか1名第2
図 A[相]v+5s5呆ぎ 2 延鱒歇叩田弁七−
Claims (1)
- 半絶縁性GaAsウェハー上に形成された膜厚が30
0nmから1000nmのノンドープGaAsバッファ
ー層の上に、N型不純物が部分的に層状に添加された薄
いAl_XGa_1_−_XAsよりなる電子供給層と
、ノンドープでIn組成比yが0.2以下のIn_yG
a_1_−_yAs層よりなるチャンネル層と、ノンド
ープGaAs層およびN^+型GaAs層が順次形成さ
れたヘテロ接合構造を有してなるヘテロ接合型電界効果
トランジスタ。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP63024225A JP2921835B2 (ja) | 1988-02-04 | 1988-02-04 | ヘテロ接合型電界効果トランジスタ |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP63024225A JP2921835B2 (ja) | 1988-02-04 | 1988-02-04 | ヘテロ接合型電界効果トランジスタ |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH01199474A true JPH01199474A (ja) | 1989-08-10 |
JP2921835B2 JP2921835B2 (ja) | 1999-07-19 |
Family
ID=12132327
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP63024225A Expired - Lifetime JP2921835B2 (ja) | 1988-02-04 | 1988-02-04 | ヘテロ接合型電界効果トランジスタ |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2921835B2 (ja) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5075744A (en) * | 1990-12-03 | 1991-12-24 | Motorola, Inc. | GaAs heterostructure having a GaAsy P1-y stress-compensating layer |
KR100320448B1 (ko) * | 1994-06-14 | 2002-04-06 | 구자홍 | 고이동도트랜지스터및제조방법 |
KR100436019B1 (ko) * | 2001-12-26 | 2004-06-12 | 광주과학기술원 | 저온성장 화합물반도체를 이용한 hemt 구조의 msm광검출기 제조방법 |
Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS59100577A (ja) * | 1982-11-30 | 1984-06-09 | Fujitsu Ltd | 半導体装置 |
JPS6012773A (ja) * | 1983-07-02 | 1985-01-23 | Agency Of Ind Science & Technol | 半導体素子の製造方法 |
JPS60231366A (ja) * | 1984-04-28 | 1985-11-16 | Agency Of Ind Science & Technol | 電界効果トランジスタ |
JPS613464A (ja) * | 1984-06-18 | 1986-01-09 | Hitachi Ltd | 半導体装置 |
JPS62256477A (ja) * | 1986-04-30 | 1987-11-09 | Hitachi Ltd | 半導体装置 |
JPS62276882A (ja) * | 1986-02-14 | 1987-12-01 | Nec Corp | 半導体装置 |
-
1988
- 1988-02-04 JP JP63024225A patent/JP2921835B2/ja not_active Expired - Lifetime
Patent Citations (6)
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Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2921835B2 (ja) | 1999-07-19 |
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