JPH07273125A - 半導体装置の製造方法 - Google Patents

半導体装置の製造方法

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JPH07273125A
JPH07273125A JP5844494A JP5844494A JPH07273125A JP H07273125 A JPH07273125 A JP H07273125A JP 5844494 A JP5844494 A JP 5844494A JP 5844494 A JP5844494 A JP 5844494A JP H07273125 A JPH07273125 A JP H07273125A
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ingaas
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inp
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Hisao Shigematsu
寿生 重松
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 半導体装置の製造方法に関し、工程が簡易
で、かつ、正確で均一なベース層の表面保護層を得る手
段を提供する。 【構成】 InP/InGaAs系HBTのInPから
なるエミッタ層4とInGaAsからなるベース層2の
間にInGaAsPからなる遷移層3を挿入し、この遷
移層3にエミッタ層4をエッチングする際のエッチング
ストッパーとしての役割をもたせることによって、この
遷移層3によって正確な厚さの表面保護層を形成する。
GaAsからなるエミッタ層とGaAsからなるベース
層の間にInGaP層とInGaAsP層の2層構造か
らなる遷移層を挿入し、この遷移層3にエミッタ層4を
エッチングする際のエッチングストッパーとしての役割
をもたせるとともに、理想的なバンドアライメントを得
ることによって注入エネルギーを下げる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、半導体装置、特に、I
nP/InGaAs、InGaP/GaAs系HBTの
製造方法に関する。現在、InP/InGaAs系HB
Tでは微細化した際に生じる電流利得の低下が問題にな
っている。
【0002】
【従来の技術】電子装置の高性能化を実現するために
は、それを構成する素子を微細化することが要望される
が、本発明の対象であるHBTにおいても同様である。
ところが、化合物半導体を用いたHBTの製造工程は、
Siを用いたバイポーラ半導体装置の製造工程とは大き
く異なり、多様なイオン注入技術や拡散技術を適用する
ことができないため、セルフアライン構造を実現するに
もHBTに特有の技術が求められる。
【0003】このような理由から、HBTはメサ型の構
造を採ることを余儀なくされているために、外部ベース
層表面およびpn接合界面が露出したものとなってい
る。
【0004】図6は、従来のHBTの断面構造説明図で
ある。この図において、41は半絶縁性InP基板、4
2はn+ −InGaAs層、43はi−InGaAs、
431 はコレクタ電極、44はp+ −InGaAs層、
441 はベース電極、45はn−InP層、451 はエ
ミッタ電極、46はn + −InGaAs層である。
【0005】この従来のHBTは、半絶縁性InP基板
41の上に、サブコレクタ層となるn+ −InGaAs
層42、コレクタ層となるi−InGaAs43、ベー
ス層となるp+ −InGaAs層44、エミッタ層とな
るn−InP層45、キャップ層となるn+ −InGa
As層46を積層して形成し、これらの半導体層を図示
される形状に選択的にエッチングし、サブコレクタ層で
あるn+ −InGaAs層42にコレクタ電極431
形成し、ベース層であるp+ −InGaAs層44にベ
ース電極441 を形成し、キャップ層であるn+ −In
GaAs層46にエミッタ電極451 を形成して構成さ
れる。
【0006】この構造を有する従来のHBTにおいて
は、前記のようにエミッタ層であるn−InP層45が
ベース層であるp+ −InGaAs層44に接する部分
とベース電極441 の間の外部ベース層表面、およびエ
ミッタ層であるn−InP層45とベース層であるp+
−InGaAs層44の間のpn接合界面が大気中に露
出しているため、エミッタ構造を微細化していった際
に、この部分におけるキャリアの表面再結合の割合が無
視できない程度に大きくなり、電流利得の低下(サイズ
依存)を招くようになるが、この電流利得の低下は特に
GaAs系HBTで顕著にみられる。
【0007】最近、この電流利得の低下を抑制するため
にガードリングとも呼ばれる表面保護層で真性領域とp
n接合を覆う手法が一般的になっている。しかし、この
表面保護層は通常空乏化する程度に薄くすることが要求
されていることから300Å前後に薄くすることが必要
とされる。また、最近、表面再結合速度が小さいInG
aAs系HBTでも、このサイズ依存が確認されてお
り、表面保護層が必要であるとされている。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】しかし、InP/In
GaAs系HBTにおいては、InPのエッチング速度
が大きいためにベース層のInGaAs層の頭出しが容
易に行える反面、エミッタ層になるInP層のエッチン
グ量の制御は容易でなく、InP層のエッチング後の厚
さを正確に制御して表面保護層を形成することは困難で
ある。
【0009】また、HCl:H2 O,HCl:H3 PO
4 等のエッチング液ではエッチングむらを生じるため、
ウェーハ内で表面保護層の厚さを均一に保つことが困難
を極めるのが現状である。したがって、正確な厚さの表
面保護層を形成するためには、ウェーハ内で半導体層の
エッチングを均一に行うことができる工程が求められ、
かつ、生産性を向上するために、この工程を簡易に実施
できることが望ましい。本発明は、これらの問題を踏ま
え、工程が簡易で、かつ、正確で均一な表面保護層を得
る半導体装置の製造方法を提供することを目的とする。
【0010】
【課題を解決するための手段】本発明にかかる半導体装
置の製造方法においては、InP/InGaAs系HB
TのInPからなるエミッタ層とInGaAsからなる
ベース層の間にInGaAsPからなる遷移層を挿入
し、該遷移層に該エミッタ層をエッチングする際のエッ
チングストッパーとしての役割をもたせることによっ
て、該遷移層によって正確な厚さの表面保護層を形成す
る工程を採用した。
【0011】また、本発明にかかる他の半導体装置の製
造方法においては、InGaP/GaAs系HBTのI
nGaPからなるエミッタ層とGaAsからなるベース
層の間にInGaAsP層からなる遷移層を挿入し、該
遷移層に該エミッタ層をエッチングする際のエッチング
ストッパーとしての役割をもたせることによって、該遷
移層によって正確な厚さの表面保護層を形成する工程を
採用した。
【0012】これらの場合、遷移層の組成を厚さ方向に
階段状あるいは漸次変化させることができる。
【0013】また、これらの場合、遷移層からなる表面
保護層の上に電極を形成して、その下のベース層へのコ
ンタクトをとることができる。
【0014】
【作用】図1は、本発明の半導体装置の製造方法の原理
説明図である。この図において、1はInGaAsコレ
クタ層、2はInGaAsベース層、3はInGaAs
P遷移層、4はInPエミッタ層、5はInGaAsキ
ャップ層、6はエミッタ電極である。
【0015】本発明の半導体装置の製造方法において
は、例えば、InGaAsコレクタ層1の上に、InG
aAsベース層2、InGaAsP遷移層3、InPエ
ミッタ層4、InGaAsキャップ層5を形成し、In
GaAsキャップ層5の上に形成したエミッタ電極6を
マスクにし、HCl系エッチャントを用いてInPエミ
ッタ層4をメサエッチングし、InPエミッタ層4に比
較してエッチングレートが顕著に遅いInGaAsP遷
移層3の表面でエッチングを停止し、InGaAsP遷
移層3によって表面保護層を形成する。
【0016】このInGaAsP遷移層3の膜厚は、結
晶成長技術を用いて正確に制御されるため、所望の表面
保護層の厚だけのInGaAsP遷移層3を挿入してお
けば容易に所望の厚さを有する均一な表面保護層を形成
することができる。
【0017】本発明によると、 (1)正確かつ均一なガードリングを形成することがで
きる。 (2)遷移層を挿入することによりΔEcを小さくする
ことができるため電子がL谷に遷移して高速動作が阻害
されるのを防ぐことができる。 (3)エミッタから注入される電子の注入効率を上げる
ことができる。 (4)トランジスタ動作時のオフセット電圧を小さくで
きる。 等の作用効果が得られる。
【0018】
【実施例】以下、本発明の実施例を説明する。 (第1実施例)図2、図3は、第1実施例の半導体装置
の製造工程の説明図であり、(A)〜(E)は各段階を
示している。この図において、11は半絶縁性InP基
板、12はn+ −InGaAs層、13はi−InGa
As層、131 はコレクタメサ、132 はコレクタ電
極、14はp+ −InGaAs層、141 はベース層、
142 はTi/Pt/Au層、143 はベース電極、1
5はn−InGaAsP層、151 は表面保護層、16
はn−InP層、161 はエミッタメサ、162 はエミ
ッタ電極、17はn+ −InGaAs層、171 はキャ
ップ層、19はSiNx 膜、191 はサイドウォール、
20はレジストである。この製造工程説明図によって第
1実施例の半導体装置の製造方法をInP/GaAsヘ
テロ接合バイポーラトランジスタを例にとって説明す
る。
【0019】第1工程(図2(A)参照) 半絶縁性InP基板11の上に、サブコレクタ層となる
厚さ3500Åのn+−InGaAs層12、コレクタ
層となる厚さ3000Åのi−InGaAs層13、ベ
ース層となる厚さ500Åのp+ −InGaAs層1
4、遷移層となる厚さ300Åのn−InGaAsP層
15、エミッタ層となる厚さ450Åのn−InP層1
6、キャップ層となる厚さ500Åのn+ −InGaA
s層17を形成する。この図に示されるように、エミッ
タ層となるn−InP層16とベース層となるp+ −I
nGaAs層14の間に、遷移層となる厚さが300Å
でバンドギャップが0.97eVのn−InGaAsP
層15が挿入されている。
【0020】第2工程(図2(B)参照) 第1工程によって形成された、n+ −InGaAs層1
2、i−InGaAs層13、p+ −InGaAs層1
4、n−InGaAsP層15、n−InP層16、n
+ −InGaAs層17からなる積層構造の上にWSi
を用いてエミッタ電極162 を形成する。
【0021】第3工程(図3(C)参照) 第2工程によって形成したエミッタ電極162 をマスク
にしてH3 PO4 系エッチャント(H3 PO4 :H2
2 :H2 O=1:1:40)を用いてキャップ層となる
+ −InGaAs層17を選択的にエッチングした
後、引続きHCl系のエッチャント(HCl:H3 PO
4 =1:10)を用いてエミッタ層となるn−InP層
16をエッチングして、エミッタメサ161 を形成す
る。このとき、遷移層であるn−InGaAsP層15
でエッチングレートが顕著に遅くなるため、厚さが約3
00Åの均一なn−InGaAsP層15が残されるこ
とになる。
【0022】第4工程(図3(D)参照) 第2工程と第3工程によって形成したエミッタ電極16
2 とキャップ層171とエミッタメサ161 の上にCV
D法によって1000Å程度の薄いSiNx 膜19を堆
積し、このSiNx 膜19を異方性エッチングして、エ
ミッタ電極16 2 とキャップ層171 とエミッタメサ1
1 の側壁にサイドウォール191 を形成する。次い
で、このサイドウォール191 をマスクにして遷移層と
なるn−InGaAsP層15をウェットまたはドライ
エッチングを用いて表面保護層151 を形成する。次い
で、全面にベース電極となるTi/Pt/Au層142
を蒸着によって形成する。
【0023】第5工程(図3(E)参照) 第4工程によって形成したTi/Pt/Au層142
エミッタ電極162 を中心とする領域にレジスト20を
形成し、このレジスト20をマスクにして、Ti/Pt
/Au層142 とベース層となるp+ −InGaAs層
14とコレクタ層となるi−InGaAs層13を選択
的にエッチングして、ベース電極143とベース層14
1 とコレクタメサ131 を形成し、露出したサブコレク
タ層となるn+ −InGaAs層12の上にコレクタ電
極132 を形成してInP/GaAsヘテロ接合バイポ
ーラトランジスタを完成する。
【0024】このような構造を用いることによって、ベ
ース層表面と、エミッタ層とベース層の間の接合を露出
せず、サイズ依存の少ないInP/InGaAsヘテロ
接合バイポーラトランジスタを形成することができる。
【0025】この実施例のInP/GaAsヘテロ接合
バイポーラトランジスタは下記のように様々に変形する
ことができる。例えば、この実施例のエミッタ電極は前
記のWsiの他に、その後の熱工程に耐えうる材料であ
れば何でもよく、ベース電極としては、Cr/Au等の
その他の構造を採用してもよい。製造工程も、前記のセ
ルフアラインに限らず、フォトリソグラフィー技術を用
いて非セルフアライン構造を形成してもよい。
【0026】また、この実施例では、サイドウォールに
よって表面保護層を形成する領域を決めたがサイドウォ
ールを用いることなく、RIE,ECR,RIBE等の
異方性ドライエッチングによって領域を決めることも可
能である。さらに次に説明するように、全面に表面保護
層を形成し、表面保護層の上からコンタクトを採るよう
な構造も考えられる。
【0027】(第2実施例)図4は、第2実施例の半導
体装置の製造工程の説明図であり、(A),(B)は各
段階を示している。この図において、21は半絶縁性I
nP基板、22はn+ −InGaAs層、23はi−I
nGaAs層、231 はコレクタメサ、232 はコレク
タ電極、24はp+ −InGaAs層、241 はベース
層、242 はPd/Zn/Pt/Au層、243 はベー
ス電極、25はn−InGaAsP層、251 は表面保
護層、26はn−InP層、261 はエミッタメサ、2
2 はエミッタ電極、27はn+ −InGaAs層、2
1 はキャップ層、28はレジストである。この製造工
程説明図によって第2実施例の半導体装置の製造方法を
InP/InGaAsヘテロ接合バイポーラトランジス
タを例にとって説明する。
【0028】第1工程(図4(A)参照) 第1実施例で説明した工程に従って、半絶縁性InP基
板21の上に、n+ −InGaAs層22、i−InG
aAs層23、p+ −InGaAs層24、n−InG
aAsP層25、n−InP層26、n+ −InGaA
s層27を形成し、その上にWSiからなるエミッタ電
極262 を形成する。
【0029】次いで、エミッタ電極262 をマスクにし
てn+ −InGaAs層27を選択的にエッチングして
キャップ層271 を形成し、引続きn−InP層26を
エッチングしてエミッタメサ261 を形成する。その結
果、エッチングレートがn−InGaAsP層25で顕
著に遅くなるため、均一な厚さのn−InGaAsP層
25が残る。次いで、全面にPd/Zn/Pt/Au
(=200/200/400/1200Å)層242
蒸着によって形成する。
【0030】第2工程(図2(B)参照) 第1工程によって形成したPd/Zn/Pt/Au層2
2 のエミッタ電極262 を中心とする領域にレジスト
28を形成し、このレジスト28をマスクにして、Pd
/Zn/Pt/Au層242 と、n−InGaAsP層
25と、p+ −InGaAs層24と、i−InGaA
s層23を選択的にエッチングして、ベース電極243
と遷移層251 とベース層241 とコレクタメサ231
を形成し、露出したサブコレクタ層となるn+ −InG
aAs層22の上にコレクタ電極232 を形成する。
【0031】次いで、ベース電極243 とp+ −InG
aAs層24(n−InGaAsP層25)の間にコン
タクトがとれる温度まで昇温して、ベース電極243
ベース層241 を低抵抗で接続して、InP/GaAs
ヘテロ接合バイポーラトランジスタを完成する。なお、
ベース電極として、Pt/Ti/Pt/Auを用いても
よい。
【0032】(第3実施例)図5は、第3実施例の半導
体装置の製造工程の説明図である。この図に示されるよ
うに、この実施例のInGaP/GaAsヘテロ接合バ
イポーラトランジスタのエピ構造を形成する場合、半絶
縁GaAs基板31の上に、サブコレクタとなる厚さ4
000Åのn+ −GaAs層32、コレクタ層となる厚
さ5000Åのi−GaAs層33、ベース層となる厚
さ700Åのp+ −GaAs層34、遷移層となる厚さ
300Åのn−InGaAsP層35、遷移層となる厚
さ1200Åのn−InGaP層36、エミッタ層とな
る厚さ1500Åのn−GaAs層37、キャップ層と
なる厚さ1000Åのn+ −InGaAs層38を形成
する。
【0033】この実施例においては、上記のように、エ
ミッタ層となるn−GaAs層37とベース層となるp
+ −GaAs層34の間に、遷移層となるn−InGa
P層36とn−InGaAsP層(Eg=1.6eV)
35を設けている。
【0034】このようにn−InGaAsP層35を介
挿することによって、ΔEc=0eVの理想的なバンド
アライメントが得られ、オフセット電圧が極めて小さい
ヘテロ接合バイポーラトランジスタを実現することがで
きる。以下の工程は、第1実施例で説明した通りであ
る。この実施例では遷移層の組成を厚さ方向に2段を有
する階段状に変えたが、この段数を増やし、あるいは、
遷移層の組成を厚さ方向に漸次変えることによって、遷
移層の厚さ方向のエッチングレートの変化と、ΔEcの
変化の関係を調整して、ΔEc=0eVの理想的なバン
ドアライメントを実現することもできる。
【0035】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
極めて簡単に正確かつ均一な表面保護層を形成すること
ができ、ヘテロ接合バイポーラトランジスタを微細化し
た際に生じる電流利得の低下を抑制することができ、そ
のために高速動作が期待でき、かつ、特性を均一化する
ことができる。
【0036】さらに、バンドアライメントの観点からも
ΔEcを小さくでき、注入エネルギーを下げることがで
きることから、エミッタから注入された電子がL谷に遷
移することを抑制でき、高速動作を実現することがで
き、オフセット電圧を低減することもできる。
【0037】さらには、簡易な製造工程を用いることが
できるため、作業効率、スループットの向上に寄与する
ところが大きい。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の半導体装置の製造方法の原理説明図で
ある。
【図2】第1実施例の半導体装置の製造工程の説明図
(1)であり、(A),(B)は各段階を示している。
【図3】第1実施例の半導体装置の製造工程の説明図
(2)であり、(C)〜(E)は各段階を示している。
【図4】第2実施例の半導体装置の製造工程の説明図で
あり、(A),(B)は各段階を示している。
【図5】第3実施例の半導体装置の製造工程の説明図で
ある。
【図6】従来のHBTの断面構造説明図である。
【符号の説明】
1 InGaAsコレクタ層 2 InGaAsベース層 3 InGaAsP遷移層 4 InPエミッタ層 5 InGaAsキャップ層 6 エミッタ電極 11 半絶縁性InP基板 12 n+ −InGaAs層 13 i−InGaAs層 131 コレクタメサ 132 コレクタ電極 14 p+ −InGaAs層 141 ベース層 142 Ti/Pt/Au層 143 ベース電極 15 n−InGaAsP層 151 表面保護層 16 n−InP層 161 エミッタメサ 162 エミッタ電極 17 n+ −InGaAs層 171 キャップ層 19 SiNx 膜 191 サイドウォール 20 レジスト 21 半絶縁性InP基板 22 n+ −InGaAs層 23 i−InGaAs層 231 コレクタメサ 232 コレクタ電極 24 p+ −InGaAs層 241 ベース層 242 Pd/Zn/Pt/Au層 243 ベース電極 25 n−InGaAsP層 251 表面保護層 26 n−InP層 261 エミッタメサ 262 エミッタ電極 27 n+ −InGaAs層 271 キャップ層 28 レジスト 31 半絶縁GaAs基板 32 n+ −GaAs層 33 i−GaAs層 34 p+ −GaAs層 35 n−InGaAsP層 36 n−InGaP層 37 n−GaAs層 38 n+ −InGaAs層

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 InP/InGaAs系HBTのInP
    からなるエミッタ層とInGaAsからなるベース層の
    間にInGaAsPからなる遷移層を挿入し、該遷移層
    に該エミッタ層をエッチングする際のエッチングストッ
    パーとしての役割をもたせることによって、該遷移層に
    よって正確な厚さの表面保護層を形成することを特徴と
    する半導体装置の製造方法。
  2. 【請求項2】 InGaP/GaAs系HBTのInG
    aPからなるエミッタ層とGaAsからなるベース層の
    間にInGaAsP層からなる遷移層を挿入し、該遷移
    層に該エミッタ層をエッチングする際のエッチングスト
    ッパーとしての役割をもたせることによって、該遷移層
    によって正確な厚さの表面保護層を形成することを特徴
    とする半導体装置の製造方法。
  3. 【請求項3】 遷移層の組成を厚さ方向に階段状あるい
    は漸次変化させることを特徴とする請求項1または請求
    項2に記載された半導体装置の製造方法。
  4. 【請求項4】 遷移層からなる表面保護層の上に電極を
    形成して、その下のベース層へのコンタクトをとること
    を特徴とする請求項1または請求項2に記載された半導
    体装置の製造方法。
JP5844494A 1994-03-29 1994-03-29 半導体装置の製造方法 Withdrawn JPH07273125A (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6462362B1 (en) * 1999-11-15 2002-10-08 Nec Corporation Heterojunction bipolar transistor having prevention layer between base and emitter
CN111406306A (zh) * 2017-12-01 2020-07-10 三菱电机株式会社 半导体装置的制造方法、半导体装置

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