JPS63158873A - バリステイツクヘテロ接合バイポ−ラトランジスタ - Google Patents
バリステイツクヘテロ接合バイポ−ラトランジスタInfo
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- JPS63158873A JPS63158873A JP30704486A JP30704486A JPS63158873A JP S63158873 A JPS63158873 A JP S63158873A JP 30704486 A JP30704486 A JP 30704486A JP 30704486 A JP30704486 A JP 30704486A JP S63158873 A JPS63158873 A JP S63158873A
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- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 8
- 229910001218 Gallium arsenide Inorganic materials 0.000 abstract description 11
- 239000002019 doping agent Substances 0.000 abstract description 6
- 239000000969 carrier Substances 0.000 description 8
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 5
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 5
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 3
- 230000005684 electric field Effects 0.000 description 3
- 230000003321 amplification Effects 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
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Landscapes
- Bipolar Transistors (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。
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〕
本発明はへテロ接合バイポーラトランジスタに関し、特
にワイドバンドギャップ構造を有するバリスティックヘ
テロ接合バイポーラトランジスタに関する。
にワイドバンドギャップ構造を有するバリスティックヘ
テロ接合バイポーラトランジスタに関する。
バイポーラトランジスタは電界効果トランジスタに比べ
て電流駆動能力が大きいという優れた特色を有している
。このため、近年、SiのみならずGaAsなどの化合
物半導体を用いたバイポーラトランジスタの研究開発が
盛んに行なわれている。特に化合物半導体を用いたバイ
ポーラトランジスタでは、MBEあるいはMOCVD技
術などを用いることにより容易にエミッタ・ベース接合
にヘテロ接合を導入でき、ベース層を高濃度化しても、
エミッタ注入効率を大きく保てるなどの利点は大きい。
て電流駆動能力が大きいという優れた特色を有している
。このため、近年、SiのみならずGaAsなどの化合
物半導体を用いたバイポーラトランジスタの研究開発が
盛んに行なわれている。特に化合物半導体を用いたバイ
ポーラトランジスタでは、MBEあるいはMOCVD技
術などを用いることにより容易にエミッタ・ベース接合
にヘテロ接合を導入でき、ベース層を高濃度化しても、
エミッタ注入効率を大きく保てるなどの利点は大きい。
このような化合物半導体バイポーラトランジスタをより
高周波化、高速化するためには、例えばNPN)ランジ
スタの場合ではベース領域での電子走行時間を短縮する
ことが重要である。
高周波化、高速化するためには、例えばNPN)ランジ
スタの場合ではベース領域での電子走行時間を短縮する
ことが重要である。
従来のベース走行時間短縮を意図したベテロ接合バイポ
ーラトランジスタ(以下HBTと記す)について説明す
る。
ーラトランジスタ(以下HBTと記す)について説明す
る。
第3図は第1の従来例のエネルギーバンド図である。
この従来例はエミッタ・ベース間にアブラプトヘテロ接
合を応用したものであり、エミッタ・ベース界面には電
子親和力の差に起因する伝導帯底不連続δEcが生じ、
エミッタ領域からベース領域へ注入された瞬間の電子1
はδEcなる運動エネルギーを有する。この電子1は平
均自由行程λだけ(第3図の3の地点まで)パリスティ
ック(ballistic)に飛行し、この後はベース
領域中を拡散により走行する。ベース全領域を拡散で走
行する場合に比べて、パリスティック飛行が含まれてい
るため走行時間は短縮される。しかしながら、例えばベ
ース領域がP+型GaAsからなるとき^は数十ナノメ
ータであるため、通常用いられる1100n以上のベー
ス層厚を有するHBTでは走行時間を飛躍的に向上させ
ることはできない。
合を応用したものであり、エミッタ・ベース界面には電
子親和力の差に起因する伝導帯底不連続δEcが生じ、
エミッタ領域からベース領域へ注入された瞬間の電子1
はδEcなる運動エネルギーを有する。この電子1は平
均自由行程λだけ(第3図の3の地点まで)パリスティ
ック(ballistic)に飛行し、この後はベース
領域中を拡散により走行する。ベース全領域を拡散で走
行する場合に比べて、パリスティック飛行が含まれてい
るため走行時間は短縮される。しかしながら、例えばベ
ース領域がP+型GaAsからなるとき^は数十ナノメ
ータであるため、通常用いられる1100n以上のベー
ス層厚を有するHBTでは走行時間を飛躍的に向上させ
ることはできない。
第4図は第2の従来例のエネルギーバンド図である。
この従来例はベース領域の伝導帯底に傾斜をつけたいわ
ゆるグレイデッドバンドギャップベース(graded
band−gap base) 111造のHBTで
ある。
ゆるグレイデッドバンドギャップベース(graded
band−gap base) 111造のHBTで
ある。
この構造はベース領域を例えばAj’ xGal−>(
人sで形成したとき、Xをエミッタ側からコレクタ側に
かけて0.15→0とすることにより実現される。この
構造ではベース領域のつくり付は電界により電子が加速
され、ベース走行時間が短縮される。しかしながらこの
構造では上述のkl xGal−)(As (x :0
.15→0)ベース構造とした場合ベース層厚みを15
0nmとすると、つくり付は電界は約10k V /
cmとなり、伝導帯の谷間散乱が多くなるため電子速度
は大きくは上昇できない、なお第3図の構造においても
谷間散乱は存在するがその値はエミッタからパリスティ
ック電子が注入される直前の値、すなわち電界が殆ど零
(電子速度率)のときの値であるため、グレーディッド
ベース構造に比べて小さい。
人sで形成したとき、Xをエミッタ側からコレクタ側に
かけて0.15→0とすることにより実現される。この
構造ではベース領域のつくり付は電界により電子が加速
され、ベース走行時間が短縮される。しかしながらこの
構造では上述のkl xGal−)(As (x :0
.15→0)ベース構造とした場合ベース層厚みを15
0nmとすると、つくり付は電界は約10k V /
cmとなり、伝導帯の谷間散乱が多くなるため電子速度
は大きくは上昇できない、なお第3図の構造においても
谷間散乱は存在するがその値はエミッタからパリスティ
ック電子が注入される直前の値、すなわち電界が殆ど零
(電子速度率)のときの値であるため、グレーディッド
ベース構造に比べて小さい。
HBTの高速化を計るためには、ベース領域における電
子速度をできるだけ大きくする必要がある。このために
は谷間散乱の大きいグレーディッドベース構造は不向き
であり、ベースの全領域をパリスティックに電子が飛行
するように工夫する必要がある。これを実現するために
は、ベース領域の厚さをλ以下にすればよいが、このよ
うにするとベース領域の厚さが数十ナノメータ以下とな
り、ベース抵抗が増大してしまい総合的には特性はかえ
って劣化してしまう。
子速度をできるだけ大きくする必要がある。このために
は谷間散乱の大きいグレーディッドベース構造は不向き
であり、ベースの全領域をパリスティックに電子が飛行
するように工夫する必要がある。これを実現するために
は、ベース領域の厚さをλ以下にすればよいが、このよ
うにするとベース領域の厚さが数十ナノメータ以下とな
り、ベース抵抗が増大してしまい総合的には特性はかえ
って劣化してしまう。
本発明の目的はベース領域の厚さを少数キャリアの平均
自由行程より大きくしても高速動作可能なバリスティッ
クヘテロ接合バイポーラトランジスタを提供することを
目的とする。
自由行程より大きくしても高速動作可能なバリスティッ
クヘテロ接合バイポーラトランジスタを提供することを
目的とする。
本発明のバリスティックヘテロ接合バイポーラトランジ
スタは、N(又はP)型広バンドギヤ・ツブ・エミッタ
領域より大きい電子親和力(又は禁制帯幅と電子親和力
の和)を有するP(又はN)型ベース領域が電子(又は
正孔)の平均自由行程程度の区間長を有する複数の区間
に分割され、前記各区間内では一定であるが前記エミッ
タ領域に近い区間ほど小さな電子親和力(又は禁制帯幅
と電子親和力)を有する半導体材料からなるものである
。
スタは、N(又はP)型広バンドギヤ・ツブ・エミッタ
領域より大きい電子親和力(又は禁制帯幅と電子親和力
の和)を有するP(又はN)型ベース領域が電子(又は
正孔)の平均自由行程程度の区間長を有する複数の区間
に分割され、前記各区間内では一定であるが前記エミッ
タ領域に近い区間ほど小さな電子親和力(又は禁制帯幅
と電子親和力)を有する半導体材料からなるものである
。
このような本発明のへテロ接合バイポーラトランジスタ
によると、エミッタから注入された少数キャリアは平均
自由行程λだけパリスティック飛行し急速に速度が低下
するが、すぐに次の区間との間の伝導帯底不連続部を通
過し再びパリスティック飛行を開始するので、ベース領
域の厚さがλより大きくても大部分のベース領域を少数
キャリアはパリスティック飛行することができる。また
バイポーラトランジスタ構造であるので、仮にベース領
域でパリスティック飛行を停止した1部の少数キャリア
も、拡散によりコレクタ領域に達することができ、増幅
動作に寄与することができる。
によると、エミッタから注入された少数キャリアは平均
自由行程λだけパリスティック飛行し急速に速度が低下
するが、すぐに次の区間との間の伝導帯底不連続部を通
過し再びパリスティック飛行を開始するので、ベース領
域の厚さがλより大きくても大部分のベース領域を少数
キャリアはパリスティック飛行することができる。また
バイポーラトランジスタ構造であるので、仮にベース領
域でパリスティック飛行を停止した1部の少数キャリア
も、拡散によりコレクタ領域に達することができ、増幅
動作に寄与することができる。
次に、本発明の実施例について図面を参照して説明する
。
。
第1図は本発明の一実施例の主要部を示す半導体チップ
の断面図である。
の断面図である。
この実施例は、厚さ200nmのN−^e O,3Ga
□、7As(ドーパント:Si、濃度: I X 10
19C11−3)からなるエミツタ層16で形成された
N型広バンドギャップ・エミッタ領域より大きい電子親
和力を有するベース領域が電子の平均自由行程程度の区
間長を有する第1ベース層17.第2ベース層18の2
つの区間に分割され、前述の各区間内では一定であるが
エミッタ領域に近い区間ほど小さな電子親和力を有する
半導体材料からなるものである。詳述すると半絶縁性G
aAs基板21上にMBE法により厚さ500nmのn
” −GaAs (ドーパント: Si、濃度: 5
X 10 ”cm−’)からなるコレクタコンタクト
層20.厚さ500nmのn−−GaAs(ドーバント
ニSi、濃度: 3 X 1016C1l−’)からな
るコレクタ層19.厚さ5Qnmのp” −GaAs(
ドーバンl−:Be、濃度: I X 10 ”C11
−3)からなる第2ベース層18.厚さ50nmのp+
−Af o−tscao0gs^S(ドーパント: 9
e、濃度二IX 10 l9C1l−3>からなる第1
ベース層17.厚さ200nmのn−Af 0.3Ga
O−7^S(ドーパント=Si、濃度: I X 10
1000m−3)からなるエミツタ層16、厚さ200
nmのn”−GaAs(ドーパント: Si、濃度:
5 X 1018C1l−3)からなるキャップ層5が
成長されている。ベース電極12は第1ベース層17の
露出された面に設けられ、コレクタ電極13はコレクタ
コンタクト層20の露出された面に設けられている。1
4はプロトンがイオン注入されたアイソレーション層で
ある。
□、7As(ドーパント:Si、濃度: I X 10
19C11−3)からなるエミツタ層16で形成された
N型広バンドギャップ・エミッタ領域より大きい電子親
和力を有するベース領域が電子の平均自由行程程度の区
間長を有する第1ベース層17.第2ベース層18の2
つの区間に分割され、前述の各区間内では一定であるが
エミッタ領域に近い区間ほど小さな電子親和力を有する
半導体材料からなるものである。詳述すると半絶縁性G
aAs基板21上にMBE法により厚さ500nmのn
” −GaAs (ドーパント: Si、濃度: 5
X 10 ”cm−’)からなるコレクタコンタクト
層20.厚さ500nmのn−−GaAs(ドーバント
ニSi、濃度: 3 X 1016C1l−’)からな
るコレクタ層19.厚さ5Qnmのp” −GaAs(
ドーバンl−:Be、濃度: I X 10 ”C11
−3)からなる第2ベース層18.厚さ50nmのp+
−Af o−tscao0gs^S(ドーパント: 9
e、濃度二IX 10 l9C1l−3>からなる第1
ベース層17.厚さ200nmのn−Af 0.3Ga
O−7^S(ドーパント=Si、濃度: I X 10
1000m−3)からなるエミツタ層16、厚さ200
nmのn”−GaAs(ドーパント: Si、濃度:
5 X 1018C1l−3)からなるキャップ層5が
成長されている。ベース電極12は第1ベース層17の
露出された面に設けられ、コレクタ電極13はコレクタ
コンタクト層20の露出された面に設けられている。1
4はプロトンがイオン注入されたアイソレーション層で
ある。
次に、この実施例の動作について説明する。
第2図は第1図の実施例のエネルギーバンド図である。
第2図において、n −Af o−5Gao−t^Sか
らなるエミツタ層16、P ” AJ? o−t5G
lo、s5^Sからなる第1のベース層17+ P”
−GaAsからなる第2のベース層18. n−−Ga
Asからなるコレクタ層19を接合したときの伝導帯底
4および価電子帯上限5の様子が示されている。図にお
いてエミッタ・ベースのアブラプトヘテロ接合による伝
導帯底不連続δEcは約0.1eVとなる。このδEc
を介して注入されたパリスティック電子1は、平均自由
行程^だけ飛行しく図中3の位置)運動エネルギーを失
い、わずかに拡散走行した後、p+−八e O−15G
a0.85ASとp” −GaAsとのアブラプトへテ
ロ接合界面の伝導帯底不連続δEc’(この場合的0.
]eV)により再びパリスティック飛行を開始し平均自
由行程λ′だけ飛行しコレクタ領域に達する。
らなるエミツタ層16、P ” AJ? o−t5G
lo、s5^Sからなる第1のベース層17+ P”
−GaAsからなる第2のベース層18. n−−Ga
Asからなるコレクタ層19を接合したときの伝導帯底
4および価電子帯上限5の様子が示されている。図にお
いてエミッタ・ベースのアブラプトヘテロ接合による伝
導帯底不連続δEcは約0.1eVとなる。このδEc
を介して注入されたパリスティック電子1は、平均自由
行程^だけ飛行しく図中3の位置)運動エネルギーを失
い、わずかに拡散走行した後、p+−八e O−15G
a0.85ASとp” −GaAsとのアブラプトへテ
ロ接合界面の伝導帯底不連続δEc’(この場合的0.
]eV)により再びパリスティック飛行を開始し平均自
由行程λ′だけ飛行しコレクタ領域に達する。
以上説明したように本発明はベース領域を複数の区間に
分割し、エミッタから離れた区間では電子親和力(又は
禁制帯幅と電子親和力の和)を大きくすることにより、
ベース領域の厚さを少数キャリアの平均自由行程より大
きく設定してもベース領域のほぼ全領域にわたって少数
キャリアはパリスティック飛行することができる。この
ためベース領域を厚くしてベース抵抗を下げた状態でも
ベース走行時間を大幅に低減することができHBTの高
周波、高速動作が可能になる。なおベース領域でパリス
ティック飛行を停止した1部の少数キャリアも、拡散に
よりコレクタ領域に達することができ、増幅動作に寄与
することができる。
分割し、エミッタから離れた区間では電子親和力(又は
禁制帯幅と電子親和力の和)を大きくすることにより、
ベース領域の厚さを少数キャリアの平均自由行程より大
きく設定してもベース領域のほぼ全領域にわたって少数
キャリアはパリスティック飛行することができる。この
ためベース領域を厚くしてベース抵抗を下げた状態でも
ベース走行時間を大幅に低減することができHBTの高
周波、高速動作が可能になる。なおベース領域でパリス
ティック飛行を停止した1部の少数キャリアも、拡散に
よりコレクタ領域に達することができ、増幅動作に寄与
することができる。
前述の実施例においてはベース領域は2つの区間に分割
されているが、区間は2つに限らずいくつでもよい。さ
らに半導体材料は互いに格子整合している^l!GaA
sとGaAsを用いたが、材料はこれに限らず電子親和
力(又は禁制帯幅と電子親和力の和)に差のあるものな
ら何れでもよい。また本発明に用いるヘテロ接合は格子
整合系に限らず格子不整合系でもよい。
されているが、区間は2つに限らずいくつでもよい。さ
らに半導体材料は互いに格子整合している^l!GaA
sとGaAsを用いたが、材料はこれに限らず電子親和
力(又は禁制帯幅と電子親和力の和)に差のあるものな
ら何れでもよい。また本発明に用いるヘテロ接合は格子
整合系に限らず格子不整合系でもよい。
第1図は本発明の一実施例の主要部を示す半導体チップ
の断面図、第2図は第1図の実施例のエネルギーバンド
図、第3図及び第4図はそれぞれ第1及び第2の従来例
のエネルギーバンド図である。 1.2・・・電子、3・・・パリスティック飛行から拡
散走行に移る地点、4・・・伝導帯底、5・・・価電子
帯上限、6,7.8・・・フェルミ準位、11・・・エ
ミッタ電極、12・・・ベース電極、13・・・コレク
タ電極、14・・・アイソレーション層、15・・・キ
ャラ層、16・・・エミッタ、17・・・第1ベース層
、18・・・第2ベース層、19・・・コレクタ層、2
0・・・コレクタコンタト層、21・・・半絶縁性Ga
As基板。 星 l 贋 第 2 TM 第 3 回
の断面図、第2図は第1図の実施例のエネルギーバンド
図、第3図及び第4図はそれぞれ第1及び第2の従来例
のエネルギーバンド図である。 1.2・・・電子、3・・・パリスティック飛行から拡
散走行に移る地点、4・・・伝導帯底、5・・・価電子
帯上限、6,7.8・・・フェルミ準位、11・・・エ
ミッタ電極、12・・・ベース電極、13・・・コレク
タ電極、14・・・アイソレーション層、15・・・キ
ャラ層、16・・・エミッタ、17・・・第1ベース層
、18・・・第2ベース層、19・・・コレクタ層、2
0・・・コレクタコンタト層、21・・・半絶縁性Ga
As基板。 星 l 贋 第 2 TM 第 3 回
Claims (1)
- N(又はP)型広バンドギャップ・エミッタ領域より大
きい電子親和力(又は禁制帯幅と電子親和力の和)を有
するP(又はN)型ベース領域が電子(又は正孔)の平
均自由行程程度の区間長を有する複数の区間に分割され
、前記各区間内では一定であるが前記エミッタ領域に近
い区間ほど小さな電子親和力(又は禁制帯幅と電子親和
力)を有する半導体材料からなることを特徴とするバリ
スティックヘテロ接合バイポーラトランジスタ。
Priority Applications (4)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP61307044A JPH067554B2 (ja) | 1986-12-22 | 1986-12-22 | バリステイツクヘテロ接合バイポ−ラトランジスタ |
EP87119044A EP0273363B1 (en) | 1986-12-22 | 1987-12-22 | Heterojunction bipolar transistor with ballistic operation |
US07/136,589 US4929997A (en) | 1986-12-22 | 1987-12-22 | Heterojunction bipolar transistor with ballistic operation |
DE8787119044T DE3780284T2 (de) | 1986-12-22 | 1987-12-22 | Bipolarer heterouebergangs-transistor mit ballistischem betrieb. |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP61307044A JPH067554B2 (ja) | 1986-12-22 | 1986-12-22 | バリステイツクヘテロ接合バイポ−ラトランジスタ |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS63158873A true JPS63158873A (ja) | 1988-07-01 |
JPH067554B2 JPH067554B2 (ja) | 1994-01-26 |
Family
ID=17964368
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP61307044A Expired - Lifetime JPH067554B2 (ja) | 1986-12-22 | 1986-12-22 | バリステイツクヘテロ接合バイポ−ラトランジスタ |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH067554B2 (ja) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS642358A (en) * | 1987-06-24 | 1989-01-06 | Nec Corp | Hetero-junction bipolar transistor |
Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS59227161A (ja) * | 1983-05-25 | 1984-12-20 | アメリカン・テレフォン・アンド・テレグラフ・カムパニー | バイポ−ラトランジスタ |
-
1986
- 1986-12-22 JP JP61307044A patent/JPH067554B2/ja not_active Expired - Lifetime
Patent Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS59227161A (ja) * | 1983-05-25 | 1984-12-20 | アメリカン・テレフォン・アンド・テレグラフ・カムパニー | バイポ−ラトランジスタ |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS642358A (en) * | 1987-06-24 | 1989-01-06 | Nec Corp | Hetero-junction bipolar transistor |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPH067554B2 (ja) | 1994-01-26 |
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