JPS611051A - 半導体バイポ−ラ・トランジスタ - Google Patents
半導体バイポ−ラ・トランジスタInfo
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- JPS611051A JPS611051A JP12102884A JP12102884A JPS611051A JP S611051 A JPS611051 A JP S611051A JP 12102884 A JP12102884 A JP 12102884A JP 12102884 A JP12102884 A JP 12102884A JP S611051 A JPS611051 A JP S611051A
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- 239000013078 crystal Substances 0.000 claims abstract description 15
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- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L29/00—Semiconductor 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
- H01L29/02—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/06—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions
- H01L29/10—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions with semiconductor regions connected to an electrode not carrying current to be rectified, amplified or switched and such electrode being part of a semiconductor device which comprises three or more electrodes
- H01L29/1004—Base region of bipolar transistors
-
- H—ELECTRICITY
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- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
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- H01L29/66—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/68—Types 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
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- H01L29/72—Transistor-type devices, i.e. able to continuously respond to applied control signals
- H01L29/73—Bipolar junction transistors
- H01L29/737—Hetero-junction transistors
- H01L29/7371—Vertical transistors
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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】
〔技術分野の説明〕
本発明は半導体へイポーラ自トランジスタに関する。
バイポーラ番トランジスタにおいて、エミッタからベー
スに注入されたキャリア(ホールまたは電子)は、ベー
スを走行し、コレクタに到達することによって、はじめ
てトランジスタ動作に寄与する。このようなバイポーラ
・トランジスタのうちでも超高速のものは、特に超高速
論理集積回路、超高周波発振増幅器を構成するのに必要
欠くべからざる素子であり、超高速バイポーラ・トラン
ジスタが実現されれば、超高速大容量情報処理装置、ミ
リ波通信装置等の開発に極めて役立つものと考えられる
が、これまでのところ実現されていない。
スに注入されたキャリア(ホールまたは電子)は、ベー
スを走行し、コレクタに到達することによって、はじめ
てトランジスタ動作に寄与する。このようなバイポーラ
・トランジスタのうちでも超高速のものは、特に超高速
論理集積回路、超高周波発振増幅器を構成するのに必要
欠くべからざる素子であり、超高速バイポーラ・トラン
ジスタが実現されれば、超高速大容量情報処理装置、ミ
リ波通信装置等の開発に極めて役立つものと考えられる
が、これまでのところ実現されていない。
一般に、トランジスタの高速動作特性は、キャリアがベ
ースを通過するのに要する時間に大きく依存し、通過に
要する時間が短いほど高速動作特性は良くなる。従来は
、バイポーラ・トランジスタの高速動作特性を実現する
ために、ベースの厚さを小さくして、キャリアが通過す
るに要する時間を短くすることが行われてきた。
ースを通過するのに要する時間に大きく依存し、通過に
要する時間が短いほど高速動作特性は良くなる。従来は
、バイポーラ・トランジスタの高速動作特性を実現する
ために、ベースの厚さを小さくして、キャリアが通過す
るに要する時間を短くすることが行われてきた。
一方、トランジスタの高速特性は、いわゆるベース抵抗
にも大きく依存し、ベース抵抗が小さいほど4すなわち
、ベースのドーピング濃度が大きいほど、トランジスタ
の高速動作特性は良くなる。
にも大きく依存し、ベース抵抗が小さいほど4すなわち
、ベースのドーピング濃度が大きいほど、トランジスタ
の高速動作特性は良くなる。
しかしながら、高濃度にドープされたベースでは、注入
されたキャリアの走行は不純物原子に妨げられ散乱する
ことが多いので、キャリアがベースを走り抜けるのに要
する時間は長くなってしまう。
されたキャリアの走行は不純物原子に妨げられ散乱する
ことが多いので、キャリアがベースを走り抜けるのに要
する時間は長くなってしまう。
したがって、ベース厚を薄くし、かつドーピング濃度を
高くするという従来の技術は必ずしもトランジスタの高
速動作特性の向上に結びつかないという欠点があり、超
高速バイポーラ・トランジスタを実現することはできな
かった。
高くするという従来の技術は必ずしもトランジスタの高
速動作特性の向上に結びつかないという欠点があり、超
高速バイポーラ・トランジスタを実現することはできな
かった。
・ そこで、本発明の目的は、上記従来技術の欠点を解
消し、超高速度で動作するように適切に構成した半導体
バイポーラ・トランジスタを提供することにある。
消し、超高速度で動作するように適切に構成した半導体
バイポーラ・トランジスタを提供することにある。
かかる目的を達成するために、本発明では、ベースを有
し、ベースの両側にエミッタおよびコレクタを配置した
バイポーラ・トランジスタにおいて、ベースを混晶半導
体で構成し、混晶半導体の組成を当該ベース内で変化さ
せて、ベース内のエミッタ側端部とコレクタ側端部との
間で混晶半導体のエネルギー・バンドギャップが変化す
るように構成したことを特徴とするものである。
し、ベースの両側にエミッタおよびコレクタを配置した
バイポーラ・トランジスタにおいて、ベースを混晶半導
体で構成し、混晶半導体の組成を当該ベース内で変化さ
せて、ベース内のエミッタ側端部とコレクタ側端部との
間で混晶半導体のエネルギー・バンドギャップが変化す
るように構成したことを特徴とするものである。
以下に図面を参照して本発明の詳細な説明する。
本発明による半導体バイポーラ・トランジスタの構造の
一例を第1図(A)および(B)を用いて説明する。
一例を第1図(A)および(B)を用いて説明する。
第1図(A)は本発明によるアルミニウム・ガリウムひ
素(AIGaAs)混晶半導体を用いたn−p−n構造
のトランジスタの例を示す。図において、1はベース、
2はエミッタ、3はコレクタであり、ベース1はアクセ
プタを高濃度にドープされ、ベースlの厚さLbは10
00オングストローム(A)程度と小さく、その組成は
第1図(B)に示すように、エミッタ2側からコレクタ
3側に向って次第、にアルミニウム成分Xが小さくなる
ように変化する。
素(AIGaAs)混晶半導体を用いたn−p−n構造
のトランジスタの例を示す。図において、1はベース、
2はエミッタ、3はコレクタであり、ベース1はアクセ
プタを高濃度にドープされ、ベースlの厚さLbは10
00オングストローム(A)程度と小さく、その組成は
第1図(B)に示すように、エミッタ2側からコレクタ
3側に向って次第、にアルミニウム成分Xが小さくなる
ように変化する。
第2図は第1図(A)の構造に対応するエネルギー・バ
ンド図である。図に示すように、エネルレクタ3側端部
でX=Oになるように直線的に変化させである。
ンド図である。図に示すように、エネルレクタ3側端部
でX=Oになるように直線的に変化させである。
これに対応して、エネルギー・/ヘンドは、第2図に示
すように、伝導帯下端4がエミッタ2側端部でコレクタ
3側端部より約0.2eV(=ΔEg)だけ高くなる。
すように、伝導帯下端4がエミッタ2側端部でコレクタ
3側端部より約0.2eV(=ΔEg)だけ高くなる。
ベース内の価電子帯上端5は、ベースが高濃度にドープ
されているため、はぼ水平である。
されているため、はぼ水平である。
第2図に示すように、ベース1における伝導帯下端4が
エミッタ2側からコレクタ3側に向けて傾斜していると
、その傾斜ΔEg/Lbに相当する電界が電子に作用す
る。
エミッタ2側からコレクタ3側に向けて傾斜していると
、その傾斜ΔEg/Lbに相当する電界が電子に作用す
る。
第2図の例の場合には、この電界は20KV/c+n程
度になる。エミッタ2からベース1に注入されたばかり
の電子は、運動エネルギーをあまり持たないが、この電
界によって急速に加速され、不純物散乱が著しく効く低
エネルギー状態を直ちに脱する。その結果、電子はパリ
スティック状態で走行することができ、極めて大きい速
度を得ることができる。したがって、電子はベース1を
短時間で通過することができ、トランジスタの高速動作
特性が向上する。
度になる。エミッタ2からベース1に注入されたばかり
の電子は、運動エネルギーをあまり持たないが、この電
界によって急速に加速され、不純物散乱が著しく効く低
エネルギー状態を直ちに脱する。その結果、電子はパリ
スティック状態で走行することができ、極めて大きい速
度を得ることができる。したがって、電子はベース1を
短時間で通過することができ、トランジスタの高速動作
特性が向上する。
この様子をさらに詳細に示すために、以下にシミュレー
ションの結果を示す。用いたモデルを第3図(A)およ
び(B)に示す。このモデルは、第3図(A)に示すよ
うに、エミッタ2.ベース1にAixGal−、As混
晶半導体、コレクタ3にGaAs半導体を用い、n−p
−n構造を有するものとし、ベース1のアルミニウム組
成Xはx=0.2からx=0まで直線的に変化するもの
とした。ベース1にはアクセプタが2X 1018cm
−3ドープしてあり、ベース幅は1000オングストロ
ームとした。その他の条件は第3図(B)に示すように
定めた。
ションの結果を示す。用いたモデルを第3図(A)およ
び(B)に示す。このモデルは、第3図(A)に示すよ
うに、エミッタ2.ベース1にAixGal−、As混
晶半導体、コレクタ3にGaAs半導体を用い、n−p
−n構造を有するものとし、ベース1のアルミニウム組
成Xはx=0.2からx=0まで直線的に変化するもの
とした。ベース1にはアクセプタが2X 1018cm
−3ドープしてあり、ベース幅は1000オングストロ
ームとした。その他の条件は第3図(B)に示すように
定めた。
比較のために、第4図(A)および(B)に示すように
、ベース1に組成の変化のないGaAs半導体を用いた
従来技術によるトランジスタのシミュレーションをあわ
せ行った結果を第5図に示す。第5図はトランジスタ内
を走行する電子の平均速度の分布を示しており、実線6
は第3図(A)のモデルに対応し、破線7は第4図(A
)のモデルに対応する。
、ベース1に組成の変化のないGaAs半導体を用いた
従来技術によるトランジスタのシミュレーションをあわ
せ行った結果を第5図に示す。第5図はトランジスタ内
を走行する電子の平均速度の分布を示しており、実線6
は第3図(A)のモデルに対応し、破線7は第4図(A
)のモデルに対応する。
第5図から分るように、ベース1に組成傾斜をもつ本発
明による第3図(A)のトランジスタでは、ベース1内
の電子の速度は4.5 X 10’ cm/secにも
達することが分る。すなわち、電子のGaAs内での飽
和速度I X 10’ cm/secを大幅に上まわっ
ており、電子がパリスティックに走行していることが分
る。これに対して、ベースlが一様な組成のGaAs半
導体から成る従来技術によるトランジスタでは、ベース
1内の電子の速度はほぼ全領域にわたって5×106C
ffl/SeC程度であり、電子の走行は拡散に支配さ
れており、極めて遅いものであることが分る。これら2
つの種類のトランジスタの電子走行モードの相違は、ト
ランジスタの周波数特性の相違になって現われる。
明による第3図(A)のトランジスタでは、ベース1内
の電子の速度は4.5 X 10’ cm/secにも
達することが分る。すなわち、電子のGaAs内での飽
和速度I X 10’ cm/secを大幅に上まわっ
ており、電子がパリスティックに走行していることが分
る。これに対して、ベースlが一様な組成のGaAs半
導体から成る従来技術によるトランジスタでは、ベース
1内の電子の速度はほぼ全領域にわたって5×106C
ffl/SeC程度であり、電子の走行は拡散に支配さ
れており、極めて遅いものであることが分る。これら2
つの種類のトランジスタの電子走行モードの相違は、ト
ランジスタの周波数特性の相違になって現われる。
第6図は電流しゃ断層波数f、のコレクタ電流依存特性
のシミュレーション結果を上述の2つのトランジスタに
ついて示したものである。図から分るように、ベース1
の組成を傾斜させた本発明によるトランジスタの特性曲
線8はfrが最高150ギガヘルツまで達することが分
る。これに対し、ベース1に一様な組成のGaAsを用
いた従来技術によ葛トランジスタの特性曲線9はfTが
最高58ギガヘルツに達するにすぎない。
のシミュレーション結果を上述の2つのトランジスタに
ついて示したものである。図から分るように、ベース1
の組成を傾斜させた本発明によるトランジスタの特性曲
線8はfrが最高150ギガヘルツまで達することが分
る。これに対し、ベース1に一様な組成のGaAsを用
いた従来技術によ葛トランジスタの特性曲線9はfTが
最高58ギガヘルツに達するにすぎない。
第1図に示したトランジスタは本発明の実施例の一部に
過ぎず、本発明はかかる実施例にのみ限られないのは勿
論である。第7図(A)および(B)に本発明の他の実
施例を示す。第7図(A)および(B)ニオいて、ベー
ス1のアルミニウム組成比xはエミッタlとの境界付近
では急勾配で減少し、コレクタ3との境界付近では比較
的なだらかに減少する。このような組成比Xの分布を採
ることにより、ベース1に注入された電子は強電界で急
速に加速され、直ちに不純物原子の散乱があまり効かな
い高エネルギー状態になる。いったんそのような状態に
なると、あとは弱い電界であってもそのような状態を持
続することができる。すなわち、第7図(A)の構造に
おいては、ベース1を走行する電子は注入されると直ち
に高速走行を開始し、そのまま高速走行を続け、コレク
タ3に至る。これにより電子のベース走行時間は短縮さ
れ、トランジスタの高速動作特性が向上する。
過ぎず、本発明はかかる実施例にのみ限られないのは勿
論である。第7図(A)および(B)に本発明の他の実
施例を示す。第7図(A)および(B)ニオいて、ベー
ス1のアルミニウム組成比xはエミッタlとの境界付近
では急勾配で減少し、コレクタ3との境界付近では比較
的なだらかに減少する。このような組成比Xの分布を採
ることにより、ベース1に注入された電子は強電界で急
速に加速され、直ちに不純物原子の散乱があまり効かな
い高エネルギー状態になる。いったんそのような状態に
なると、あとは弱い電界であってもそのような状態を持
続することができる。すなわち、第7図(A)の構造に
おいては、ベース1を走行する電子は注入されると直ち
に高速走行を開始し、そのまま高速走行を続け、コレク
タ3に至る。これにより電子のベース走行時間は短縮さ
れ、トランジスタの高速動作特性が向上する。
第8図(A)および(B)は本発明のさらにもう1つの
実施例を示す。図において、ベースlのアルミニウム組
成比Xは、エミッタ・ベース接合10において階段状に
減少し、ベース1内ではなだらかに減少する。
実施例を示す。図において、ベースlのアルミニウム組
成比Xは、エミッタ・ベース接合10において階段状に
減少し、ベース1内ではなだらかに減少する。
このような組成比Xの分布を採ることにより、ベース1
に注入される電子は最初から高エネルギー状態になり、
その後は弱い電界であっても高エネルギー状態を持続す
ることができる。したがって、第8図(A)の構造によ
れば、ベース1を走行する電子は最初から最後まで高速
走行を続けるので、トランジスタの高周波特性は向上す
る。
に注入される電子は最初から高エネルギー状態になり、
その後は弱い電界であっても高エネルギー状態を持続す
ることができる。したがって、第8図(A)の構造によ
れば、ベース1を走行する電子は最初から最後まで高速
走行を続けるので、トランジスタの高周波特性は向上す
る。
また、以上に述べた実施例はいずれもn−p−n構造の
トランジスタであるが、本発明はこれに限られずp−n
−p構造トランジスタにも実施できることは明らかであ
る。
トランジスタであるが、本発明はこれに限られずp−n
−p構造トランジスタにも実施できることは明らかであ
る。
さらに、以上述べた実施例はいずれもベースの半導体材
料がAJLGa As混晶半導体を用いた場 1−
x 合についてであるが、他の混晶半導体を用いてもよいこ
とは明らかである。組成比を変化させた場合に、エネル
ギー−バンドギャップが変化し、かつ、格子定数が変化
せず、しかも結晶欠陥等が入り難く、良質な結晶が得ら
れる混晶半導体ならばいかなるものでもよく、例えば、
(”* G a t−X ) Y I n 1−y P
、I n 1.Ga XA S、 P 1 □。
料がAJLGa As混晶半導体を用いた場 1−
x 合についてであるが、他の混晶半導体を用いてもよいこ
とは明らかである。組成比を変化させた場合に、エネル
ギー−バンドギャップが変化し、かつ、格子定数が変化
せず、しかも結晶欠陥等が入り難く、良質な結晶が得ら
れる混晶半導体ならばいかなるものでもよく、例えば、
(”* G a t−X ) Y I n 1−y P
、I n 1.Ga XA S、 P 1 □。
AI Ga P、 In AsXp、 sb、−
x−、。
x−、。
1−X
AiGa Sb、 Pb1−、SnX Se
。
。
X 11−1
1HCd 丁e、 Pb、、 Sn、 Te
]−+v X 等が挙げられる。
]−+v X 等が挙げられる。
さらに、ベース1の厚さは必ずしも100DA程度に限
る必要がないことは勿論である。また、ドーピングの濃
度も2 X 10”’ cfn−’程度に限られない。
る必要がないことは勿論である。また、ドーピングの濃
度も2 X 10”’ cfn−’程度に限られない。
また、ベース1内での組成の変化分も第1図に示したよ
うにΔx =0.2に限られることばな飽和速度よりも
速い速度で運動をするような構造および組成ならばよい
。
うにΔx =0.2に限られることばな飽和速度よりも
速い速度で運動をするような構造および組成ならばよい
。
以上から明らかなように、本発明によれば。
ベース領域の組成を変化させてバイポーラ・トランジス
タを構成することにより、ベース抵抗を小さくでき、し
かも、ベースを電子が通過するのに要する時間を短くす
ることができるので、トランジスタの高速・高周波特性
を向上させることができる。
タを構成することにより、ベース抵抗を小さくでき、し
かも、ベースを電子が通過するのに要する時間を短くす
ることができるので、トランジスタの高速・高周波特性
を向上させることができる。
第1図(A)および(B)は本発明バイポーラ−トラン
ジスタの一実施例およびそのアルミニウム成分の分布を
対応して示すそれぞれ構成図および分布図、第2図はそ
のエネルギーa八ンド図、第3図(A)および(B)は
本発明バイポーラ・トランジスタのシミュレーション結
果を示すそれぞれ構成図およびアルミニウム成分分布図
、第4図(A)およびCB)は従来のバイポーラ・トラ
ンジスタの構成およびアルミニウム組成の分布を互いに
対応して示すそれぞれ構成図および分布図、第5図はト
ランジスタ内を走行する電子の平均速度の分布図、第6
図は電流しゃ断層波数のコレクタ電流依存特性図、第7
図(A)および(B)は本発明の他の例を示すそれぞれ
構成図および分布図、第8図(A) ′8よび(B)は
本発明の更に他の例を示すそれぞれ構成図および分布図
である。 1・・・ベース、 2・・・エミッタ、 3・・・コレクタ。 1・−・ パ ヒ;・ ・・ < エ 第2図 t < “ 0.1 0.203 0.5 1 2コレ
クタta Ic(mA/pm2) ト)71月1−cg4+ < 工
ジスタの一実施例およびそのアルミニウム成分の分布を
対応して示すそれぞれ構成図および分布図、第2図はそ
のエネルギーa八ンド図、第3図(A)および(B)は
本発明バイポーラ・トランジスタのシミュレーション結
果を示すそれぞれ構成図およびアルミニウム成分分布図
、第4図(A)およびCB)は従来のバイポーラ・トラ
ンジスタの構成およびアルミニウム組成の分布を互いに
対応して示すそれぞれ構成図および分布図、第5図はト
ランジスタ内を走行する電子の平均速度の分布図、第6
図は電流しゃ断層波数のコレクタ電流依存特性図、第7
図(A)および(B)は本発明の他の例を示すそれぞれ
構成図および分布図、第8図(A) ′8よび(B)は
本発明の更に他の例を示すそれぞれ構成図および分布図
である。 1・・・ベース、 2・・・エミッタ、 3・・・コレクタ。 1・−・ パ ヒ;・ ・・ < エ 第2図 t < “ 0.1 0.203 0.5 1 2コレ
クタta Ic(mA/pm2) ト)71月1−cg4+ < 工
Claims (1)
- ベースを有し、該ベースの両側にエミッタおよびコレク
タを配置したバイポーラ・トランジスタにおいて、前記
ベースを混晶半導体で構成し、該混晶半導体の組成を当
該ベース内で変化させて、前記ベース内のエミッタ側端
部と前記コレクタ側端部との間で前記混晶半導体のエネ
ルギーバンドギャップが変化するように構成したことを
特徴とする半導体バイポーラ・トランジスタ。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP12102884A JPS611051A (ja) | 1984-06-13 | 1984-06-13 | 半導体バイポ−ラ・トランジスタ |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP12102884A JPS611051A (ja) | 1984-06-13 | 1984-06-13 | 半導体バイポ−ラ・トランジスタ |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS611051A true JPS611051A (ja) | 1986-01-07 |
Family
ID=14801025
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP12102884A Pending JPS611051A (ja) | 1984-06-13 | 1984-06-13 | 半導体バイポ−ラ・トランジスタ |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPS611051A (ja) |
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS6381854A (ja) * | 1986-09-25 | 1988-04-12 | Nec Corp | 半導体装置 |
JPS63119263A (ja) * | 1986-07-14 | 1988-05-23 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | 半導体装置 |
JPH0496561A (ja) * | 1990-08-13 | 1992-03-27 | Sharp Corp | 遠隔雨量情報収集設備装置 |
JPH0496334A (ja) * | 1990-08-13 | 1992-03-27 | Sharp Corp | ヘテロ接合バイポーラトランジスタ |
US5371389A (en) * | 1992-08-17 | 1994-12-06 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Heterojunction bipolar transistor with base layer having graded bandgap |
Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS5961170A (ja) * | 1982-09-30 | 1984-04-07 | Fujitsu Ltd | 注入論理回路 |
-
1984
- 1984-06-13 JP JP12102884A patent/JPS611051A/ja active Pending
Patent Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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JPS5961170A (ja) * | 1982-09-30 | 1984-04-07 | Fujitsu Ltd | 注入論理回路 |
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US5371389A (en) * | 1992-08-17 | 1994-12-06 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Heterojunction bipolar transistor with base layer having graded bandgap |
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