JPS6178173A - 半導体装置 - Google Patents

半導体装置

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Publication number
JPS6178173A
JPS6178173A JP20003084A JP20003084A JPS6178173A JP S6178173 A JPS6178173 A JP S6178173A JP 20003084 A JP20003084 A JP 20003084A JP 20003084 A JP20003084 A JP 20003084A JP S6178173 A JPS6178173 A JP S6178173A
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JP
Japan
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region
source
gate
regions
resistance
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Pending
Application number
JP20003084A
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English (en)
Inventor
Takahiro Yamada
隆博 山田
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Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Filing date
Publication date
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Publication of JPS6178173A publication Critical patent/JPS6178173A/ja
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/66Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/68Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor controllable by only the electric current supplied, or only the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched
    • H01L29/70Bipolar devices
    • H01L29/72Transistor-type devices, i.e. able to continuously respond to applied control signals
    • H01L29/739Transistor-type devices, i.e. able to continuously respond to applied control signals controlled by field-effect, e.g. bipolar static induction transistors [BSIT]

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Hardware Design (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。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、理想的な飽和特性を有し、しかも高速動作が
可能な半導体装置に関する。
従来例の構成とその問題点。
本発明者によシ、静電誘導トランジスタ(Static
Induction Transistor 、以下、
’SIT”と略記する。)の大きなgm を維持したま
ま、理想的な飽和特性を実現した新規な5IT(これを
Ideal 5aturated 0peration
 −S I T 、以下“l5O−3IT“と略記する
。)が提案されている(特願昭59−7886T号明細
書参照)。
第1図(IL)は、横型に形成した接合ゲート型“l5
O−3IT″の上面図、同(b)はチャネル方向に沿っ
たA−A’ 断面図、同(C)はチャネル方向と直角な
面に沿ったc−c’ 断面図、同(d)はl5O−8I
T”の記号図を示す。
第1図において、p基板101(不純物密度N=101
2〜1017CIIL−5)上にn’7エ/u102(
N−1012〜10”cm−5)が形成され、このn−
ウニ/L/1o2内表面にソースのn+領域103(N
=1017〜1020cnL−3)、ドレインのn+領
域104 (N=1o” 〜1o20cm−’)、ゲー
トのp+領域10S (N=10” 〜1020cm−
5)が形成され、ソース電甑106.ドレイン電極1Q
7゜ケート電属108が、絶縁膜109のコンタクト窓
を通して、対応する領域とそれぞれ接触する。
第1図(a) 、 (b)の丸印11oは、鞍部点状の
電位障壁が存在する場所を示し、固有ゲート領域110
と呼称する。
さらに、ソースのn+領域103〜固有ゲート領域11
0間の抵抗Rs、固有ゲート領域110〜ゲートのp+
領域105間の抵抗800%ゲートのp+領域105〜
ソースのn+領域103間の抵抗RG3、及び電位障壁
によって決まる変換コンダクタンスGmの間に、 RS−Gm(1・・・・・・・・・・・・・・・・・・
・・・(1)Ras > Rcc + Rs・・・・・
・・・・・・・・・・・・・・・・(2)が成り立つ様
に、レイアウト、寸法、不純物分布を決める。
また、ゲートの1対のp+領域105は、電子の流れる
チャネルをはさむ様に配置し、その間隔WG を他のチ
ャネル邪に比べて小さくする事により、固有ゲート領域
110に鞍部点状の電位障壁が確実に生じる様にする事
が必要である。
さらに、ゲートのp+領域105に接するn−ウェル1
02に形成される空乏層の幅をxmとすれば、 Wc < 2r、  ・・・・・・・・・・・・・・・
・・・・・−(3)を満たす事が必要である。
以下は、チャネノシ部であるn−ウニ/L’102が拡
散電位だけでピンチオフする様にし、ゲートのp+領域
105に順方向電圧を印加して動作するエンハンスメン
ト・モードについて説明スル。
第1図に示す様にゲートの1対のp+領域105の間隔
WGを狭くする事により、ソースのn+領域103近傍
の固有ゲート領域110のチャネル電位は他のn−ウェ
ル102内の電位より低くなって、ソースのn+領域1
03からドレインのn+領域104に向η・って流れる
電子にとって、第2i71に示す様な電位障壁201と
なり、この電位障壁201の高さによりソースのn+領
v、1o3からドレイン側に注入される電子のffが制
御される。
この時、ソースのn+領域103〜固有ゲート領域11
0間の距離は十分小さく設定する事により、RSは小さ
くなり、電位障壁201の示す大きなGmとの間に(1
)式が成立つ事で、Gmがその′1′1生かされる。
一方、ゲートのp+領域106には順バイアス電圧が印
加されると(2)式が成立しているので、ゲートのp+
領域105からn−クエ#102内に注入されだ正孔は
“p”n−n+“ダイオードの順方向電流として固有ゲ
ート領域11Qを経由してソースのn+領域103に流
入する。この様子は第2図に示している。’ p”n−
n+“ダイオードの順方向電流が流れる事により、固有
ゲート領域110の電位障壁201は“p”n”−n〜
接合電圧で一義的に決まる。これはI = 工06Xp
 (q”//kT )より、y == ” 6og(I
/Io)  が成立つ事から明らかである。つまり、ケ
ートのp+領域iosに印加された電圧の静−程誘導効
果によって電位障壁20’1の電位が決まるのではなく
、″pnn−接合電流工で規定される“pnn  “接
合電圧Vにより欠まるのである。
この結果、ドレインのn+領域104から静電銹導効果
により電位障壁201に作用する事はなくなりドレイン
電流は、ドレイン電圧に対して飽和特性を示す事になる
ところが、l5O−3IT“の動的特性を考えると、ゲ
ートのp+領域105からn−ウェル102内に注入さ
れた正孔はソースのn 領域103に流入するのである
が、nn  接合は少数キャリアである正孔に対して障
壁となるため、大電流領域においては、ソースの1領域
103近傍のn−ウェ/L’102中に正孔が過剰に蓄
積し、逆回復特性を劣化させる。この事は、より高速動
作を進めるだめの原理的欠点ともなる。
次に、微細化に適したIs型l5O−3IT。
別の実施例を説明する。
発明の目的 本発明は、上記従来の問題点を解決し、大電流動作、高
速度動作が可能なl5O−5ITの提供を目的とする。
発明の構成 本発明の構成は、ソース領域、ドレイン領域、及びソー
ス領域近傍に形成されたゲート領域を備えたl5O−3
ITのソース領域が、 ■第1導電型領域十第2導電型領域又は■第1(又は第
2)導電型領域+ショットキー接合領域の様な構成をも
ち、ソース領域が多数キャリア。
少数キャリアのいずれに対してもオーミック接触を実現
するものである。こうして、l5O−8ITにおいて少
数キャリアがソース領域近傍に蓄積するという欠点が取
り除かれる事になる。そこで、この改良された新しいl
5O−3ETを、非蓄積(Won −Straga )
型rso−3ET(以下、83型l5O−5IT)と呼
称する。
実施例の説明 第3図(&)は、横型に形成した″NS型l5O−3I
T”の上面図、同(′b)はチャネル方向に沿ったA 
−A’  断面図、同(C)はチャネル方向に沿ったB
−B′  断面図、同(d)はチャネルと直角な面に沿
ったc −c’断面図を示す。
第3図において、p形シリコン基板301(不純物密度
N = 10” 〜10”C11l−3)  上にn−
’7エ/Lz302 (N=1012〜10”cm−3
) カ形成され、このn−クエ/L/302内表面にソ
ースのp+領域303(N=1017〜1o20cII
L″′5)、ソースのn+領域304(N=1017〜
1o20crIL−!′)lドレインのn+領域305
 (N=10” 〜1 o20cm−’)。
ゲートのp+領域306(N=10”〜1020Crn
−’)が形成され、ソース電極3oア、ドレイン電隠3
08.ゲート電極309が絶縁膜310のコンタクト窓
を通して、対応する領域とそれぞれ接触する。第3図e
) 、 (b)の丸印311は、第4図に示す鞍部点状
の電位障壁401が存在する場所を示し、固有ゲート領
域311と呼称する。
さらに、ソースの計領域304〜固有ゲート領域311
間の抵抗RSI、ソースのp+領領域03〜固有ゲート
領域311間の抵抗RS2、固有ゲート領域306〜ゲ
ートのp+領域306間の抵抗RGG4、ゲートのp+
領域306〜ソースのp+g域303間の抵抗R632
%ゲートのp+領域306〜ソースのn+領域304間
の抵抗RG S I N及び、電位障壁401によって
決まる変換コンダクタンス(rmの間に、 RS1・Gm (1・・・・・・・・・・・・・・・・
・・・・(4)Rcs+>Rs+   ・・・・・・・
・・・・・・・・・・・・・・(均RG112 > R
C,G2 + Rs 2 ・・・・・・・・・・・・・
・・・・(6)が成り立つ様に、レイアウト、寸法、不
純物分布を決める。
また、ゲートの1対のp+領域306は、電子の流れる
チャネルをはさむ様に配置し、その間隔WG  を他の
チャネル部に比べて小さくする事により、固有ゲート領
域311に第4図に示す様な鞍部点状の電位障壁401
が確実に形成される。
以下は、チャネル部であるn−ウェル302が拡散電位
だけでピンチオフする様にし、ゲートのp+領域306
に順方向電圧を印加して動作するエンハンスメント・モ
ードについて説8,14 f ル。
(4)式が成立しているので、電位障壁401の示す大
きなGInがそのまま素子性能として利用できる。
ゲートのp+領域306に順バイアス電圧が印加される
と、(6)式が成立しているので、ゲートのp 領域3
06からn−ウニ/I/3o2内に注入された正孔は、
“p” n’−n+“ダイオードの順方向電流工□とし
て、固有ゲート領域311を経由してソースのn 領域
304に流入する。この時、“p+n−n+□ダイオー
ドの順方向電流工。が流れる事により、固有ゲート領域
311の電位障壁401はp+n n+”接合電圧で一
義的に決まる。
T これは、Io = Io 6XP (qV/kT)より
V= −Iog(IG/IO)  が成立つ事で明らか
である。この結果、ドレインのn+領域305から電位
変動が電位障壁401に作用する事はなくなり、ドレイ
ン電流はドレイン電圧に対して飽和特性を示す。
ここで、ゲートのp+領+1i306からソースのn 
領域304へ流れるゲート電流I、  は正孔電流であ
り、ソースのn+領域304とn−ウェル302のn”
n−接合が正孔に対する障壁となるが、ソースの1領域
304に隣接しているソースのp+領域303があるた
め、チャネルのソース近傍で蓄積する正孔は全てソース
のp+領域303に吸収される。この結果、正孔のソー
ス近傍での蓄積はなくなり、従来のl5O−IITの逆
回復特性の問題は原理的に解決された。
以上の様に、本実施例によれば、ソース領域がn+領領
域p+領領域n + p+接合て形成されることにより
、ソース領域がn−ウェル3o2に対し多数キャリア、
少数キャリアのいずれに対してもオーミック接触を実現
できる。この結果、ソース領域近傍のチャネル内に正孔
が蓄積される事がなくなり、大電流化、高速動作が容易
に実現できる。
第5図は、横型に形成した″NS型l5O−3ET”の
別の実施例で、同(&)は上面図、同(b)はチャネル
方向に沿った五−人′断面図、同(C)はチャネルと直
角な面に沿ったc −c’断面図を示す。
第5図において、p基板501(N−10〜1o17C
Fn−3)上にn  ’7 工/L’ 502 (N−
10’ 2〜1oCrIL)が形成され、このn−ウェ
ル602内表面にソースのn+領域503(N=10”
〜102102O’)、ソースのショットキー接合領域
505、ドレインのn+領域504(N==10”〜1
o の )、ドレインノシコノトキー接合領域606、
ゲートのンヨソトキー接合領域507が形成され、ソー
ス電1esos、ドレインを極5Q9.ゲート電翫51
0が絶縁膜611のコンタクト窓を通して対応する領域
とそれぞれ接触する。第5図(!Ll 、 (b)の丸
印612は第6図に示す鞍部点状の電位障壁601が存
在する場所を示し、固荷ゲート領域512と呼称する。
ここで、各電極は電極材料、微細加工材料として有効な
アモルファスSニーGe−B(以下、α−3i−Ge−
Bと略記する。)を用いる。これは、5IHa  Ge
H4B2H6−He系減圧CvD法で作製され、0θ量
を変化させることにより仕事関数の値を46V〜5.3
 BY  の範囲で制御できるものである。
α−3i−Ga−Bは通常の金属に比べてφh〉φn 
(具体的にはφh!=; 0,856”/ 、φfi 
L=、0,27eV である。)であるので、a−3i
−Ga−Bとn−ウェル602とのシ目ノドキー接合ハ
、正孔に対してオーミック性接触が実現する。このこと
から、本実施例では、ゲート領域として7ヨノトキ一接
合領域607を形成し、またソース領域としてn+領域
503とショットキー接合領域505を形成し、正孔に
対する障壁を形成しない様にしている。このプロセスに
合わせて、ドレイン領域も、n領域504とショットキ
ー接合領域soeとで構成している。
さらに、ソースのn+領領域03〜固有ゲートIIq域
612間の抵抗R5I’、ソースのショツトキー接合領
域505〜固有ゲート領域512間の抵抗R52’、固
有ゲート領域612〜ゲートのシヲノトキー接合領域5
07間の抵抗RGG2’、ゲートのショットキー接合領
域607〜ソースのn+領域503間の抵抗をRG31
’、ゲートのショットキー接合領域507〜ソースの7
ゴノトキ一接合領域505間の抵抗をR(JS2’、及
び電位障壁601によって決まる変換コンダクタンスc
m’トノ7mK、R3I’・Gm’(1・・・・山川・
・・・川・(カRGS I ’) R,’、    −
・・・・・・・・・・・・・・・・(8)RGS2 >
 RGG2 + RS2・・−−−−(9)が成り立つ
様に、レイアウト、寸法、不純物分布を決める。
また、ゲートの1対のショットキー接合領域6oγは電
子の流れるチャネルをはさむ様に配置し、その間隔WG
を、他のチャネル部に比べて小さくする事により、固有
ゲート領域612内に鞍部点状の電位障壁601が確実
に形成される。
以下社、チャネル部であるn−ウェル502が拡散電位
だけでピンチオフする様にし、ゲートのショットキー接
合領域507に順方向電圧を印加して動作するエンハン
スメント・モードについて説明する。
(7)式が成立しているので、電位障壁601の示す大
きなGm’がそのまま素子性能として利用できる。
ゲートのショットキー接合領域6oγに順バイアス電圧
が印加されると、(9)式が成立しているので、ゲート
のショットキー接合領域607からn−ウェル502内
に注入された正孔は、“(α−3i−Ge−B )n−
n”ダイオードの順方向電流I G/として、固有ゲー
ト領域612を経由して、ソースのn+領域603に流
入する。この時’ (a−Si−Ga−B ) n−n
” ’ダイオードの順方向電流IGが流れることにより
、固有ゲート領域512の電位障壁601は、’(a−
Si−G。
−B)n−n+“接合電圧で一義的に決まる。これは、
IG′= Io 6Xp (q j/kT )よりv 
夕に工Jog(Ic’/Io )が成立つ事から明らか
である。この結果、ドレインのn+領域604から電位
変動が電位障壁801に作用する事はなくなり、ドレイ
ン電流はドレイン電圧に対して飽和特性を示す。
ここで、ゲートのショットキー接合領域607からソー
スのn+領域503へ流れる電流は正孔電流であり、ソ
ースのn+領域503とn−ウェル502のnn−接合
が正孔に対する障壁となるが、ソースのn+領域503
に隣接しているソースの7ヨソトキ一接合領域506が
あるため、チャネルのソース近傍で蓄積する正孔は全て
ショットキー接合領域505に吸収される。この結果、
正孔のソース近傍での蓄積はなくなり、従来のl5O−
3ITの逆回復特性の問題は原理的に解決された。
以上の様に、本実施例によれば、ソース領域がn+領埴
とショットキー接合領域で形成される事により、ソース
領域がn−ウェル502に対し、多数ヤヤリア、少数キ
ャリアのいずれに対してもオーミック接触を実現できる
。この結果、ソース領域近傍のチャネル内に正孔が蓄積
される事がなくなり、大電流化、高速動作が容易に実現
できる。
さらに、本実施例はショットキー接合のゲートを用いて
いるので、WGを極めて小さくする事が可能になり、C
m’の高い鞍部点状の電位障壁が容易に形成できる。又
、ソース領域もn+領領域ショットキー接合領域で形成
しているので、プロセスの簡略化、微細化に極めて有利
である。
以上の実施例は、p基板を用いたnチャネルのNS型l
5O−3ITについて述べたが、n基板を用いたpチャ
ネルのNS型l5O−3ITにもこのまま適用できる。
また、基板材料として、Slの他に、GaLA!! 。
InSbなどの化合物材料を用いて、より高速動作を実
現する事も可能である。
また、マルチ・チャネル構造にすれば大電流化に対する
最も有利なデバイスとなる。
さらに、縦形のNS型l5O−3ITも容易に実現でき
、同様の効果が得られる。
発明の効果 本発明は、l5O−3ITのソース領域に多数キャリア
、少数キャリアのいずれに対してもオーミック接触を実
現することにより、キャリアの蓄積に伴なう高周波特性
劣化がなくなり、大電流化。
高速動作に有利なデバイスとなる。
この結果、本発明のNS型l5O−3ITは、高いGm
  、理想的な飽和特性、高速特性を備えたトランジス
タとして、ICの低消1R電力化、高性能化にも最適と
なる。
【図面の簡単な説明】
第1図(a)〜(d)は従来のl5O−3ITの上面図
、チャネル方向のムーA′断面図、チャネルと直角方向
のc −c’断面図、150−5ITの記号図、第2図
は従来のl5O−3ITの電位分布図、第3図(&)〜
(d)は本発明の第1の実施例のNS型l5O−3IT
の上面図、チャネル方向のムーA′断面図、チャネル方
向のB −B’断面図、チャネルと直角方向のc −c
’断面図、第4図は本発明の第1の実施例のNS型l5
O−3工’rの電位分布図、第6図(a)〜(C)は本
発明の第2の実施例のNS型rso−5ITの上面図、
チャネル方向のムーム′断面図、チャネルと直角方向の
c−c’断面図、第6図は本発明の第2の実施例のNS
型l5O−3ITの電位分布図である。 301・・・・・・p形基板、3Q2・・・・・・n−
ウェル、303.304・・・・・・ソース領td、 
、306・・・・・・ドレイン領域、306・・・・・
・ゲート領域、30ア・・・・・・ソース電極、308
・・・・・・ドレイン電極、309・・・・・・ゲート
電極、401・・・・・・電位障壁、311・・・・・
・固有ゲート領域。 代理人の氏名 弁理士 中 尾 敏 男 ほか1名筒1
図 第4図 φ (ボテンシイルノ 第5図

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)ソース領域と、ドレイン領域と、前記ソース領域
    とドレイン領域間に、第1の電荷担体の通路となるチャ
    ネルを形成するための高抵抗半導体領域とを備え、前記
    高抵抗半導体領域内の前記ソース領域近傍の電位に不均
    一な部分を設けて主動作領域において電位障壁となし、
    しかも前記ソース領域から前記電位障壁までの抵抗R_
    Sが、前記電位障壁の変換コンダクタンスGmに対し、
    R_S・Gm<1とし、かつ前記電位障壁とゲート領域
    間の抵抗R_G_G、及び前記ゲート領域と前記ソース
    領域間の抵抗R_G_SとがR_G_S>R_G_G+
    R_S を満足する様に、不純物密度並びに諸寸法を選定し、前
    記ソース領域と前記高抵抗半導体領域との接合が、前記
    第1の電荷担体及び第2の電荷担体に対してオーミック
    接触となることを特徴とする半導体装置。
  2. (2)ソース領域が、第1導電型の不純物領域と第2導
    電型の不純物領域とから構成される事を特徴とする特許
    請求の範囲第1項記載の半導体装置。
  3. (3)ソース領域が、第1導電型の不純物領域とショッ
    トキー接合領域とから成る事を特徴とする特許請求の範
    囲第1項記載の半導体装置。
  4. (4)ショットキー接合領域が、アモルファスSi−G
    e−Bと高抵抗半導体領域の接合で形成される事を特徴
    とする特許請求の範囲第3項記載の半導体装置。
JP20003084A 1984-09-25 1984-09-25 半導体装置 Pending JPS6178173A (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5039328A (en) * 1989-02-14 1991-08-13 Mitsubishi Kasei Corporation Process for producing a granular slow-acting nitrogenous fertilizer

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5039328A (en) * 1989-02-14 1991-08-13 Mitsubishi Kasei Corporation Process for producing a granular slow-acting nitrogenous fertilizer

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