JPH03289135A - 半導体装置 - Google Patents
半導体装置Info
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- JPH03289135A JPH03289135A JP9061690A JP9061690A JPH03289135A JP H03289135 A JPH03289135 A JP H03289135A JP 9061690 A JP9061690 A JP 9061690A JP 9061690 A JP9061690 A JP 9061690A JP H03289135 A JPH03289135 A JP H03289135A
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Landscapes
- Bipolar 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〕
本発明は半導体装置に関し、特にヘテロ接合を有する■
−V族化合物半導体装置に関する。
−V族化合物半導体装置に関する。
m−v族化合物半導体の多くは、電子の移動度が大きい
ことやバンド構造が直接遷移形であることより、高速デ
バイスや光デバイスの材料として注目され、盛んに研究
されたてきた。現在では、衛星放送受信用のプリアンプ
や光通信装置など実際の製品にも組み込まれ、日常生活
に浸透しつつある。ところで■−v族化合物半導体のデ
バイスは、その特長を最大限に生かす為、ヘテロ構造を
有するものが多い。
ことやバンド構造が直接遷移形であることより、高速デ
バイスや光デバイスの材料として注目され、盛んに研究
されたてきた。現在では、衛星放送受信用のプリアンプ
や光通信装置など実際の製品にも組み込まれ、日常生活
に浸透しつつある。ところで■−v族化合物半導体のデ
バイスは、その特長を最大限に生かす為、ヘテロ構造を
有するものが多い。
例えば、衛星放送受信用のプリアンプに用いられている
2次元電子ガス電界効果トランジスタや光通信で用いら
れている半導体レーザ等は、その代表である。しかしな
がら、そのヘテロ界面構造の信頼性が確立されたわけで
はない。例えば、ここではn −I n A n A
s / P ” −I n G a A s /n −
I n G a A、 s構造からなるヘテロ接合バイ
ポーラトランジスタを想定してみる。この素子では、n
−I n A I A sエミッタ層の価電子帯側の
大きなポテンシャル障壁によりP”−InGaAsベー
ス層内に正孔がせき止められ、ベース電流を小さくする
ことができ、従ってエミッタから注入した電子の到達率
を大きくすることができる。
2次元電子ガス電界効果トランジスタや光通信で用いら
れている半導体レーザ等は、その代表である。しかしな
がら、そのヘテロ界面構造の信頼性が確立されたわけで
はない。例えば、ここではn −I n A n A
s / P ” −I n G a A s /n −
I n G a A、 s構造からなるヘテロ接合バイ
ポーラトランジスタを想定してみる。この素子では、n
−I n A I A sエミッタ層の価電子帯側の
大きなポテンシャル障壁によりP”−InGaAsベー
ス層内に正孔がせき止められ、ベース電流を小さくする
ことができ、従ってエミッタから注入した電子の到達率
を大きくすることができる。
しかしながら一方では、バイポーラトランジスタの大電
流動作時に実効的なベース層の厚さが増加し、フイ ア
ール イートランザクションズ オンエレクトロ7
デバイスイズ(IRE Transactionso
n ElectronDevices) E D −9
(1962年)164頁に報告されているように、いわ
ゆるカーク効果が生じてしまう欠点はそのまま有してい
る。
流動作時に実効的なベース層の厚さが増加し、フイ ア
ール イートランザクションズ オンエレクトロ7
デバイスイズ(IRE Transactionso
n ElectronDevices) E D −9
(1962年)164頁に報告されているように、いわ
ゆるカーク効果が生じてしまう欠点はそのまま有してい
る。
この欠点を回避するには、コレクタ層をInAAGaA
s層とする。いわゆるダブルへテロ構造のバイポーラト
ランジスタも考えられるが、この場合は、フレフタ層に
InGaAs層を用いた場合より電子のコレクタ走行時
間が長くなり、素子の動作速度が遅くなる欠点がある。
s層とする。いわゆるダブルへテロ構造のバイポーラト
ランジスタも考えられるが、この場合は、フレフタ層に
InGaAs層を用いた場合より電子のコレクタ走行時
間が長くなり、素子の動作速度が遅くなる欠点がある。
いずれにせよ、n InAffAsエミッタ層とP”
−InGaAsベース層のへテロ界面の急峻性は重要で
あり、界面状態は素子特性に重要な影響を及ぼす。とこ
ろで、実際の素子作成には熱処理プロセスを行なうが、
界面が熱的に不安定である場合には相互拡散等が生じ、
界面の急峻性が損われ、素子特性の劣化が生じる。また
この劣化は、ヘテロ層の成長温度が高い場合にも同様な
理由で生じる。従来この劣化を防ぐ為には、成長温度を
下げると伴に、素子作成プロセスにおいても、相互拡散
等による劣化が無視できるような充分に低い温度で行な
っていた。
−InGaAsベース層のへテロ界面の急峻性は重要で
あり、界面状態は素子特性に重要な影響を及ぼす。とこ
ろで、実際の素子作成には熱処理プロセスを行なうが、
界面が熱的に不安定である場合には相互拡散等が生じ、
界面の急峻性が損われ、素子特性の劣化が生じる。また
この劣化は、ヘテロ層の成長温度が高い場合にも同様な
理由で生じる。従来この劣化を防ぐ為には、成長温度を
下げると伴に、素子作成プロセスにおいても、相互拡散
等による劣化が無視できるような充分に低い温度で行な
っていた。
での相互拡散等による劣化が無視できるような充た結晶
成長においても、低温成長では、結晶性の高いウェハを
得ることは困難である。さらに加えて、ヘテロ接合バイ
ポーラトランジスタをパワー増幅素子とした場合に要求
される高温での大電力動作という苛酷な条件下では、同
様に界面の熱的不安定性により、素子特性の劣化も危惧
される。
成長においても、低温成長では、結晶性の高いウェハを
得ることは困難である。さらに加えて、ヘテロ接合バイ
ポーラトランジスタをパワー増幅素子とした場合に要求
される高温での大電力動作という苛酷な条件下では、同
様に界面の熱的不安定性により、素子特性の劣化も危惧
される。
本発明の目的はこのような劣化のない信頼性の高い半導
体装置を提供することにある。
体装置を提供することにある。
本発明の半導体装置は、基板上に形成されたn形または
中性のInP層とn形または中性のInP層の間に、I
nPにほぼ格子整合する組成域のp形GaAsSb層を
有するものである。
中性のInP層とn形または中性のInP層の間に、I
nPにほぼ格子整合する組成域のp形GaAsSb層を
有するものである。
ヘテロ接合は、異種の物質が界面で接続されている構造
であり、熱が加えられれば、お互に拡散し、交じり合い
易い性質を有している。例えばA I2 A s /
G a A s界面の熱安定性は比較的良く調べられて
おり、650℃以上の熱処理温度で相互拡散が生じるこ
とが例えば、ジャパニーズジャーナル オン アプライ
ド フィジックス(Japanese Journal
of Applied Physics) 24 (
1985年)Li2に報告されている。従って、この系
の素子作製の為のプロセス温度は、それより充分に低い
必要がある。
であり、熱が加えられれば、お互に拡散し、交じり合い
易い性質を有している。例えばA I2 A s /
G a A s界面の熱安定性は比較的良く調べられて
おり、650℃以上の熱処理温度で相互拡散が生じるこ
とが例えば、ジャパニーズジャーナル オン アプライ
ド フィジックス(Japanese Journal
of Applied Physics) 24 (
1985年)Li2に報告されている。従って、この系
の素子作製の為のプロセス温度は、それより充分に低い
必要がある。
ところで、■=■族化合物半導体材料の中には、その混
晶組成域内に不安定な混合領域を有するものがある。混
合不安定とは、−様には混ざり合いにくいということで
あり、A、−、B、C,−、Dア系の四元系の場合、例
えばABとCDの様に、相分離してしまうことである。
晶組成域内に不安定な混合領域を有するものがある。混
合不安定とは、−様には混ざり合いにくいということで
あり、A、−、B、C,−、Dア系の四元系の場合、例
えばABとCDの様に、相分離してしまうことである。
このことを熱平衡論的に言うならば、即ち多元組成の溶
液が固化する場合、多元混晶結晶として析出するよりも
幾つかの例えば二元系または三元系の結晶として相分離
し、析出することがエネルギー的に安定であるというこ
とである。
液が固化する場合、多元混晶結晶として析出するよりも
幾つかの例えば二元系または三元系の結晶として相分離
し、析出することがエネルギー的に安定であるというこ
とである。
ここで、n形または中性のInP層とn形または中性の
InP層の間に、InPにほぼ格子整合する組成域のp
形G a A s S b層を有する構造において、そ
れぞれのInP/GaAsSb界面の熱安定性が高まる
理由を説明する。第3図は、三元系または四元系溶液か
ら固体の結晶を析出させる場合に、先に述べた不安定な
混合組成領域を熱平衡論的な計算の結果求めたものであ
り、ジャパニーズ′ ジャーナル オン アプライド
フィジックス(Japanese Journal o
f Applied Physics) 21(198
2)L323に報告されたものである。
InP層の間に、InPにほぼ格子整合する組成域のp
形G a A s S b層を有する構造において、そ
れぞれのInP/GaAsSb界面の熱安定性が高まる
理由を説明する。第3図は、三元系または四元系溶液か
ら固体の結晶を析出させる場合に、先に述べた不安定な
混合組成領域を熱平衡論的な計算の結果求めたものであ
り、ジャパニーズ′ ジャーナル オン アプライド
フィジックス(Japanese Journal o
f Applied Physics) 21(198
2)L323に報告されたものである。
例えば四元系での四角形は、その四元系の組成全域を示
している。
している。
即ち、四角形の角が二元系、各辺が三元系、四角形の内
側が四元系である。各曲線の数字の100倍はそれぞれ
の四元系溶液から固体の結晶を析出させる時の温度を示
しており、その曲線の内側が不安定な混合組成領域であ
る。点線は、InPと格子定数が等しい組成を示してい
る。ここで例えば第1図の左端の四角形、即ちInGa
P5 b四元系の不安定な混合領域を見ると、それは組
成域全体に大きく広がっていることが分かる。従って例
えば400℃のInGaPSb系混合溶液からは、混晶
組成の固体はほとんど得られず、InP。
側が四元系である。各曲線の数字の100倍はそれぞれ
の四元系溶液から固体の結晶を析出させる時の温度を示
しており、その曲線の内側が不安定な混合組成領域であ
る。点線は、InPと格子定数が等しい組成を示してい
る。ここで例えば第1図の左端の四角形、即ちInGa
P5 b四元系の不安定な混合領域を見ると、それは組
成域全体に大きく広がっていることが分かる。従って例
えば400℃のInGaPSb系混合溶液からは、混晶
組成の固体はほとんど得られず、InP。
InSb、GaPまたはGarbの二元系に近い組成の
固体がモザイク状に析出することが予想される。逆に言
うならば、このInGaPSb系では二元系に近い組成
の固体が安定であると言える。
固体がモザイク状に析出することが予想される。逆に言
うならば、このInGaPSb系では二元系に近い組成
の固体が安定であると言える。
同様のことは第1図下部の三角形に見られるGaA s
P S b三元系においても見られ、InPに格子整
合する組成域に注目すれば、GaPSbよりGaAsS
bのほうが熱的に安定な化合物であることが分かる。以
上より工nPとG a A s S bのへテロ接合を
想定した場合、熱処理した場合でも混晶化してI n、
G a A s P S b混晶となるよりも、In
PとG a A s S bのへテロ接合のままの方が
エネルギー的に安定であると結論づけられる。故に、n
形または中性のInP層とn形または中性のInP層の
間に、InPにほぼ格子整合する組成域のp形GaAs
Sb層を有する。例えばInP/GaA s S b/
I n P構造のへテロ接合バイポーラトランジスタ
の熱安定性は高い。
P S b三元系においても見られ、InPに格子整
合する組成域に注目すれば、GaPSbよりGaAsS
bのほうが熱的に安定な化合物であることが分かる。以
上より工nPとG a A s S bのへテロ接合を
想定した場合、熱処理した場合でも混晶化してI n、
G a A s P S b混晶となるよりも、In
PとG a A s S bのへテロ接合のままの方が
エネルギー的に安定であると結論づけられる。故に、n
形または中性のInP層とn形または中性のInP層の
間に、InPにほぼ格子整合する組成域のp形GaAs
Sb層を有する。例えばInP/GaA s S b/
I n P構造のへテロ接合バイポーラトランジスタ
の熱安定性は高い。
更にGaAsSbは直接遷移形半導体であり、電子移動
度及び正孔移動度が大きく、p形ベース層の材料として
魅力的である。加えて提案したI n P / G a
A s S b / I n P構造のバンド構造で
は、ベース層のp−GaAsSbの価電子帯上端が、エ
ミツタ層とコレクタ層のn −I n、 Pの価電子帯
上端より高く、ベース層の正孔はベース層内に完全にと
じ込められる。従って、バイポーラトランジスタの大電
流動作時に実効的なベース層の厚さが増加してしまう、
いわゆるカーク効果の問題も回避できる。従って本発明
によれば、熱安定性に優れているばかりでは無く、デバ
イス特性的にも一つのへテロ接合を持つ、例えば、通常
のへテロ接合バイポーラトランジスタより優れたヘテロ
接合バイポーラトランジスタが得られる。
度及び正孔移動度が大きく、p形ベース層の材料として
魅力的である。加えて提案したI n P / G a
A s S b / I n P構造のバンド構造で
は、ベース層のp−GaAsSbの価電子帯上端が、エ
ミツタ層とコレクタ層のn −I n、 Pの価電子帯
上端より高く、ベース層の正孔はベース層内に完全にと
じ込められる。従って、バイポーラトランジスタの大電
流動作時に実効的なベース層の厚さが増加してしまう、
いわゆるカーク効果の問題も回避できる。従って本発明
によれば、熱安定性に優れているばかりでは無く、デバ
イス特性的にも一つのへテロ接合を持つ、例えば、通常
のへテロ接合バイポーラトランジスタより優れたヘテロ
接合バイポーラトランジスタが得られる。
第1図は本発明の一実施例の断面図であり、本発明をヘ
テロ接合バイポーラトランジスタに適用した場合を示す
。
テロ接合バイポーラトランジスタに適用した場合を示す
。
このヘテロ接合バイポーラトランジスタの素子形成層は
、有機金属熱分解気相成長法により半絶縁性のInP基
板上に530℃で作製した。すなわち、高抵抗工nP基
板21上にバッファ層としてFeを添加した5000人
の高抵抗InP層22゜コレクタコンタクト層として2
000人、電子濃度2 X 10 ”cm−3のn”−
InP層23.コレクタ層として5000人、電子濃度
2 X 10 ”cm−”のn−InP層24.ベース
層として1000人。
、有機金属熱分解気相成長法により半絶縁性のInP基
板上に530℃で作製した。すなわち、高抵抗工nP基
板21上にバッファ層としてFeを添加した5000人
の高抵抗InP層22゜コレクタコンタクト層として2
000人、電子濃度2 X 10 ”cm−3のn”−
InP層23.コレクタ層として5000人、電子濃度
2 X 10 ”cm−”のn−InP層24.ベース
層として1000人。
正孔濃度2 X 1019cm−3のP”−GaAsS
b層25、エミツタ層として1500A、電子濃度2X
10 ”am−3のn−InP層26.そして最後に
エミッタコンタクト層として500人、電子濃度I X
1019am−3のn”−InP層27を設けたもの
である。尚、28のオーミック金属はAuGe/ A
uで、また29のオーミック金属はA u M n/
A uで形成した。そのバンド構造を第2図に示す。
b層25、エミツタ層として1500A、電子濃度2X
10 ”am−3のn−InP層26.そして最後に
エミッタコンタクト層として500人、電子濃度I X
1019am−3のn”−InP層27を設けたもの
である。尚、28のオーミック金属はAuGe/ A
uで、また29のオーミック金属はA u M n/
A uで形成した。そのバンド構造を第2図に示す。
この第2図から明らかなように、ベース層のP+GaA
sSbの価電子帯上端は、エミツタ層とコレクタ層のn
−InPの価電子帯上端より高く、ベース層の正孔はベ
ース層内に完全にとじ込められること、さらに二へ2.
ベース、コレクタ間での伝導帯のボンテシャル差が小さ
いことより、ベースからコレクタへ注入される電子のエ
ネルギーは小さく、従ってコレクタ層内での電子の散乱
は低く抑えられることが分かる。なお二のへテロ接合バ
イポーラトランジスタのエミッタ接地での電流増幅率は
100であり、600℃、30分間の水素中での熱処理
後においても、その特性はほとんど劣化しなかった。
sSbの価電子帯上端は、エミツタ層とコレクタ層のn
−InPの価電子帯上端より高く、ベース層の正孔はベ
ース層内に完全にとじ込められること、さらに二へ2.
ベース、コレクタ間での伝導帯のボンテシャル差が小さ
いことより、ベースからコレクタへ注入される電子のエ
ネルギーは小さく、従ってコレクタ層内での電子の散乱
は低く抑えられることが分かる。なお二のへテロ接合バ
イポーラトランジスタのエミッタ接地での電流増幅率は
100であり、600℃、30分間の水素中での熱処理
後においても、その特性はほとんど劣化しなかった。
上記実施例では、本発明をヘテロ接合バイポーラトラン
ジスタに適用した場合について説明したが、これに限定
されるものではなく、他のInP系FET等の電子デバ
イス、InPを基板に用いた半導体レーザやPIN等の
光デバイス、あるいは光電気集積素子(OE I C)
等に適用できる。
ジスタに適用した場合について説明したが、これに限定
されるものではなく、他のInP系FET等の電子デバ
イス、InPを基板に用いた半導体レーザやPIN等の
光デバイス、あるいは光電気集積素子(OE I C)
等に適用できる。
以上のように本発明によれば、熱的に安定なヘテロ接合
が得られる為、結晶成長温度や素子作製の為のプロセス
温度の制限が大幅に緩くなるばかりではなく、ベース層
での正孔のとじ込めにも優れ、しかもカーク効果の無い
ヘテロ接合バイポーラトランジスタ等の半導体装置が得
られる。更に苛酷な温度条件下でも長時間良好で安定な
動作が得られるため、信頼性の高い半導体装置が得られ
る。
が得られる為、結晶成長温度や素子作製の為のプロセス
温度の制限が大幅に緩くなるばかりではなく、ベース層
での正孔のとじ込めにも優れ、しかもカーク効果の無い
ヘテロ接合バイポーラトランジスタ等の半導体装置が得
られる。更に苛酷な温度条件下でも長時間良好で安定な
動作が得られるため、信頼性の高い半導体装置が得られ
る。
13・・・・・・析出温度600℃での安定域と不安定
域の境界、14・・・・・・析出温度800℃での安定
域と不安定域の境界、15・・・・・・析出温度100
0℃での安定域と不安定域の境界、21・・・・・・高
抵抗InP基板、22・・・・・・高抵抗InP層、2
3・・・・・・n+InP層、24−n−InP層、2
5−・・−P”−GaAsSb層、26・・・・・・n
−InP層、27・・・・・・n”−InP層、28・
・・・・・オーミック金属、29・・・・・・オーミッ
ク金属、30・・・・・・フェルミレベル
域の境界、14・・・・・・析出温度800℃での安定
域と不安定域の境界、15・・・・・・析出温度100
0℃での安定域と不安定域の境界、21・・・・・・高
抵抗InP基板、22・・・・・・高抵抗InP層、2
3・・・・・・n+InP層、24−n−InP層、2
5−・・−P”−GaAsSb層、26・・・・・・n
−InP層、27・・・・・・n”−InP層、28・
・・・・・オーミック金属、29・・・・・・オーミッ
ク金属、30・・・・・・フェルミレベル
Claims (1)
- 基板上に形成されたn形または中性のInP層とn形
または中性のInP層の間に、InPにほぼ格子整合す
る組成域のp形GaAsSb層を有することを特徴とす
る半導体装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP9061690A JPH03289135A (ja) | 1990-04-05 | 1990-04-05 | 半導体装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP9061690A JPH03289135A (ja) | 1990-04-05 | 1990-04-05 | 半導体装置 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH03289135A true JPH03289135A (ja) | 1991-12-19 |
Family
ID=14003423
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP9061690A Pending JPH03289135A (ja) | 1990-04-05 | 1990-04-05 | 半導体装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH03289135A (ja) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2001009957A1 (en) * | 1999-07-30 | 2001-02-08 | Hrl Laboratories, Llc | Inp collector ingaassb base dhbt device and method of forming the same |
JP2002280544A (ja) * | 2001-03-21 | 2002-09-27 | Fujitsu Ltd | ヘテロ接合バイポーラ・トランジスタ |
US9530708B1 (en) | 2013-05-31 | 2016-12-27 | Hrl Laboratories, Llc | Flexible electronic circuit and method for manufacturing same |
-
1990
- 1990-04-05 JP JP9061690A patent/JPH03289135A/ja active Pending
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2001009957A1 (en) * | 1999-07-30 | 2001-02-08 | Hrl Laboratories, Llc | Inp collector ingaassb base dhbt device and method of forming the same |
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US9530708B1 (en) | 2013-05-31 | 2016-12-27 | Hrl Laboratories, Llc | Flexible electronic circuit and method for manufacturing same |
US10056340B1 (en) | 2013-05-31 | 2018-08-21 | Hrl Laboratories, Llc | Flexible electronic circuit and method for manufacturing same |
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