JP2804062B2 - 半導体レーザ装置及びその製造方法 - Google Patents
半導体レーザ装置及びその製造方法Info
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- JP2804062B2 JP2804062B2 JP1025717A JP2571789A JP2804062B2 JP 2804062 B2 JP2804062 B2 JP 2804062B2 JP 1025717 A JP1025717 A JP 1025717A JP 2571789 A JP2571789 A JP 2571789A JP 2804062 B2 JP2804062 B2 JP 2804062B2
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- cladding layer
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- laser
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- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S5/00—Semiconductor lasers
- H01S5/10—Construction or shape of the optical resonator, e.g. extended or external cavity, coupled cavities, bent-guide, varying width, thickness or composition of the active region
- H01S5/12—Construction or shape of the optical resonator, e.g. extended or external cavity, coupled cavities, bent-guide, varying width, thickness or composition of the active region the resonator having a periodic structure, e.g. in distributed feedback [DFB] lasers
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- Optics & Photonics (AREA)
- Semiconductor Lasers (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 [発明の目的] (産業上の利用分野) 本発明は光情報処理や光計測等の光源として用いられ
る半導体レーザ装置及びその製造方法に関する。
る半導体レーザ装置及びその製造方法に関する。
(従来の技術) 近年、高密度光ディスクシステムや高速レーザプリン
タあるいはバーコードリーダ等への応用を目的として短
波長の半導体レーザの開発が進められている。この中で
も0.6μm帯に発振波長を持つInGaAlP赤色レーザは、従
来のHe−Neガスレーザの代替えとして様々な応用の可能
性を持っており、光情報処理や光計測の分野において、
小型、軽量で低消費電力の光源を実現するキーデバイス
として注目されている。
タあるいはバーコードリーダ等への応用を目的として短
波長の半導体レーザの開発が進められている。この中で
も0.6μm帯に発振波長を持つInGaAlP赤色レーザは、従
来のHe−Neガスレーザの代替えとして様々な応用の可能
性を持っており、光情報処理や光計測の分野において、
小型、軽量で低消費電力の光源を実現するキーデバイス
として注目されている。
上記用途の中で、バーコードリーダを除く応用におい
ては基本横モードで発振する横モード制御レーザが必要
とされる。そのような横モード制御InGaAlPレーザとし
て第5図に示すようなリッジストライプ型のSBR(Seler
ctively Buried Ridge Waveguide)レーザ(Extended A
bstracts,19th Conf.Solid State Devices and Materia
ls,Tokyo(1987),pp115〜118参照)がある。このレー
ザは適当な構造パラメータを選ぶことにより、基本横モ
ードが得られる。しかしながら、縦モードに関しては、
結晶の劈開面をレーザ共振器として用いているため、複
数の縦モードが発振してしまう。従って、特定の波長を
必要とするような光計測の分野においては単一縦モード
発振するレーザが必要となる。単一縦モード発振させる
ためには、回折格子を用いた分布帰還型(Distributed
Feedback:略してDFB)レーザあるいは分布反射型(Dist
ributed Bragg Reflector:略してCBR)レーザがあり、I
nP系、GaAs系の半導体レーザにおいて開発されている。
ては基本横モードで発振する横モード制御レーザが必要
とされる。そのような横モード制御InGaAlPレーザとし
て第5図に示すようなリッジストライプ型のSBR(Seler
ctively Buried Ridge Waveguide)レーザ(Extended A
bstracts,19th Conf.Solid State Devices and Materia
ls,Tokyo(1987),pp115〜118参照)がある。このレー
ザは適当な構造パラメータを選ぶことにより、基本横モ
ードが得られる。しかしながら、縦モードに関しては、
結晶の劈開面をレーザ共振器として用いているため、複
数の縦モードが発振してしまう。従って、特定の波長を
必要とするような光計測の分野においては単一縦モード
発振するレーザが必要となる。単一縦モード発振させる
ためには、回折格子を用いた分布帰還型(Distributed
Feedback:略してDFB)レーザあるいは分布反射型(Dist
ributed Bragg Reflector:略してCBR)レーザがあり、I
nP系、GaAs系の半導体レーザにおいて開発されている。
このような単一縦モード発振する構造をInGaAlP系の
横モード制御SBRレーザに採用するには、回折格子をレ
ーザ内部に作成しなければならない。従って、有機金属
を用いた化学気相成長を用いると結晶成長の回数が4回
になる。これはレーザの作成工程の簡略化、歩留まりあ
るいは低価格化を考慮すると非常に大きな短所であっ
た。
横モード制御SBRレーザに採用するには、回折格子をレ
ーザ内部に作成しなければならない。従って、有機金属
を用いた化学気相成長を用いると結晶成長の回数が4回
になる。これはレーザの作成工程の簡略化、歩留まりあ
るいは低価格化を考慮すると非常に大きな短所であっ
た。
(発明が解決しようとする課題) 上述のように、従来装置では、劈開面をレーザ共振器
としたファブリペロー型レーザのため、横モードは制御
されていても、縦モードは制御されておらず、安定に単
一縦モード発振させることは困難であった。また、横モ
ード制御SBRレーザの単一縦モード化を実現するには、
結晶成長の回数が4回になり、非常に歩留まりが悪かっ
た。
としたファブリペロー型レーザのため、横モードは制御
されていても、縦モードは制御されておらず、安定に単
一縦モード発振させることは困難であった。また、横モ
ード制御SBRレーザの単一縦モード化を実現するには、
結晶成長の回数が4回になり、非常に歩留まりが悪かっ
た。
この発明は、上記の課題を考慮してなされたもので、
その目的とするところはわずか2回の結晶成長で安定に
単一縦モード発振する横モード制御InGaAlP系半導体レ
ーザ装置及びその製造方法を提供するところにある。
その目的とするところはわずか2回の結晶成長で安定に
単一縦モード発振する横モード制御InGaAlP系半導体レ
ーザ装置及びその製造方法を提供するところにある。
[発明の構成] (課題を解決するための手段) 本発明の骨子は、構造の簡単な新しい横モード制御In
GaAlP系半導体レーザに回折格子を内蔵させることによ
り、安定な単一縦モード発振を可能とするところにあ
る。すなわち、本発明はn型In0.5(Ga1-zAlz)0.5Pク
ラッド層、In0.5(Ga1-xAlx)0.5P活性層、P型In0.5
(Ga1-yAly)0.5P光導波路及びストライプ状のリッジ
を有したP型In0.5(Ga1-zAlz)0.5Pクラッド層(0≦
x<y<x≦1)からなり、前記P型光導波路層と前記
P型クラッド層との間に周期的凹凸を備えたダブルヘテ
ロ構造部と、このダブルヘテロ構造部上の少なくともP
型In0.5(Ga1-zAlx)0.5のリッジ部外の領域に形成され
たn型電流阻止層と、前記P型クラッド層及びn型半導
体電流阻止層上に形成されたP型コンタクト層とを備え
た半導体レーザ装置である。また本発明は、この半導体
レーザ装置を有機金属を用いた化学気相成長(MOCVD)
法により層を形成することを特徴とした方法である。
GaAlP系半導体レーザに回折格子を内蔵させることによ
り、安定な単一縦モード発振を可能とするところにあ
る。すなわち、本発明はn型In0.5(Ga1-zAlz)0.5Pク
ラッド層、In0.5(Ga1-xAlx)0.5P活性層、P型In0.5
(Ga1-yAly)0.5P光導波路及びストライプ状のリッジ
を有したP型In0.5(Ga1-zAlz)0.5Pクラッド層(0≦
x<y<x≦1)からなり、前記P型光導波路層と前記
P型クラッド層との間に周期的凹凸を備えたダブルヘテ
ロ構造部と、このダブルヘテロ構造部上の少なくともP
型In0.5(Ga1-zAlx)0.5のリッジ部外の領域に形成され
たn型電流阻止層と、前記P型クラッド層及びn型半導
体電流阻止層上に形成されたP型コンタクト層とを備え
た半導体レーザ装置である。また本発明は、この半導体
レーザ装置を有機金属を用いた化学気相成長(MOCVD)
法により層を形成することを特徴とした方法である。
(作 用) この発明によれば、横モード制御InGaAlP系半導体レ
ーザに回折格子が内蔵されているため、波長選択性が強
く、単一縦モード発振させることができ、さらに回折格
子の周期を変化させることにより、発振波長も自由に選
択できる。また、レーザの構造も非常に簡単で、わずか
2回の結晶成長で作成可能なため、歩留まりが良く、低
価格が可能である。
ーザに回折格子が内蔵されているため、波長選択性が強
く、単一縦モード発振させることができ、さらに回折格
子の周期を変化させることにより、発振波長も自由に選
択できる。また、レーザの構造も非常に簡単で、わずか
2回の結晶成長で作成可能なため、歩留まりが良く、低
価格が可能である。
(実施例) 以下、本発明の実施例を図面を参照して説明する。第
1図は、本発明の一実施例に係わる半導体レーザの概略
構造を示す図である、図中、10はn−GaAs基板、11はn
−In0.5(Ga0.3Al0.7)0.5Pクラッド層、12はノンドー
プInGaP活性層、13はp−In0.5(Ga0.7Al0.3)0.5P光
導波路層、14は回折格子、15はp−In0.5(Ga0.3A
l0.7)0.5クラッド層、16はn−GaAs電流阻止層、17は
p−GaAsコンタクト層、18はn電極、19はp電極をそれ
ぞれ示している。このレーザでは、ストライプ外でn−
GaAs電流阻止層16が活性層12に近接して置かれており、
このn−GaAs層は光吸収層として働くため、リッジ部と
リッジ部祖ととで複素屈折率の差が生じ、これにより水
平方向の光閉じ込めが実現される。また、n−GaAs層は
電流も阻止するので、低しきい値の特性が得られる。
1図は、本発明の一実施例に係わる半導体レーザの概略
構造を示す図である、図中、10はn−GaAs基板、11はn
−In0.5(Ga0.3Al0.7)0.5Pクラッド層、12はノンドー
プInGaP活性層、13はp−In0.5(Ga0.7Al0.3)0.5P光
導波路層、14は回折格子、15はp−In0.5(Ga0.3A
l0.7)0.5クラッド層、16はn−GaAs電流阻止層、17は
p−GaAsコンタクト層、18はn電極、19はp電極をそれ
ぞれ示している。このレーザでは、ストライプ外でn−
GaAs電流阻止層16が活性層12に近接して置かれており、
このn−GaAs層は光吸収層として働くため、リッジ部と
リッジ部祖ととで複素屈折率の差が生じ、これにより水
平方向の光閉じ込めが実現される。また、n−GaAs層は
電流も阻止するので、低しきい値の特性が得られる。
次に内蔵された回折格子の効果について説明する。す
なわち、回折格子により共振器方向の光のみが増幅さ
れ、あるしきい値に達するとレーザ発振する。そのとき
の発振波長λは次式で示される。
なわち、回折格子により共振器方向の光のみが増幅さ
れ、あるしきい値に達するとレーザ発振する。そのとき
の発振波長λは次式で示される。
ここで、neffは等価屈折率、Λは回折格子の周期であ
る。従って、回折格子の周期Λを変化させれば発振波長
λを変化させることができる。
る。従って、回折格子の周期Λを変化させれば発振波長
λを変化させることができる。
また第2図はAl組成xに対する屈折率nを示してい
る。第1図に示した実施例における各層の屈折率は、活
性層が3.65、光導波路層が3.55クラッド層が3.4とな
り、等価屈折率として約3.5程度になる。従って、発振
波長を6700A程度にするには回折格子の周期は960×m
Aになり、回折格子の作り易さの点から、mの値は2が
良い。次に上記構成の半導体レーザの製造方法について
説明する。
る。第1図に示した実施例における各層の屈折率は、活
性層が3.65、光導波路層が3.55クラッド層が3.4とな
り、等価屈折率として約3.5程度になる。従って、発振
波長を6700A程度にするには回折格子の周期は960×m
Aになり、回折格子の作り易さの点から、mの値は2が
良い。次に上記構成の半導体レーザの製造方法について
説明する。
第3図(a)〜(h)は実施例レーザの製造工程を示
す断面図である。まず、原料としてメタル系III族有機
金属(トリメチルインジウム、トリメチルガリウム、ト
リメチルアルミニウム)と、V族水素化物(アルシン、
ホスフィン)とを使用した大気圧未満の圧力下でのMOVD
法により、第3図(a)に示す如く面方位(100)のn
−GaAs基板10(Siドープ、3×1018cm-3)上に厚さ0.8
μmのn−In0.5(Ga0.3Al0.7)0.5P層クラッド層11
(Siドープ、4×1017cm-3)、厚さ0.06μmのIn0.5Ga
0.5P型活性層12、厚さ0.15μmのp−In0.5(Ga0.7Al
0.3)0.5P光導波路層13(Znドープ、4×1017cm-3)を
連続成長させた。続いて、二光束干渉露光装置を用いて
第3図(b)に示す如くホトレジスト上に1920Åの周期
を有する回折格子を形成した。次いで、第3図(c)に
示す如くホトレジストをマスクとして、化学エッチング
により光導波路層上に回折格子を転写する。
す断面図である。まず、原料としてメタル系III族有機
金属(トリメチルインジウム、トリメチルガリウム、ト
リメチルアルミニウム)と、V族水素化物(アルシン、
ホスフィン)とを使用した大気圧未満の圧力下でのMOVD
法により、第3図(a)に示す如く面方位(100)のn
−GaAs基板10(Siドープ、3×1018cm-3)上に厚さ0.8
μmのn−In0.5(Ga0.3Al0.7)0.5P層クラッド層11
(Siドープ、4×1017cm-3)、厚さ0.06μmのIn0.5Ga
0.5P型活性層12、厚さ0.15μmのp−In0.5(Ga0.7Al
0.3)0.5P光導波路層13(Znドープ、4×1017cm-3)を
連続成長させた。続いて、二光束干渉露光装置を用いて
第3図(b)に示す如くホトレジスト上に1920Åの周期
を有する回折格子を形成した。次いで、第3図(c)に
示す如くホトレジストをマスクとして、化学エッチング
により光導波路層上に回折格子を転写する。
次いで、上記MOCVD法により、第3図(d)に示す如
く厚さ0.8μmのp−In0.5(Ga0.3Al0.7)0.5Pクラッ
ド層15(Znドープ、4×1017cm-3)を成長した。次い
で、第3図(e)に示す如く、幅5μmのストライプ状
にSiO2膜21を形成した。次いで、第3図(f)に示す如
くSiO2膜21をマスクとして用い、化学エッチングにより
p−クラッド層15を回折格子が露出するまでエッチング
し、幅3μmのストライプ状のリッジを形成した。
く厚さ0.8μmのp−In0.5(Ga0.3Al0.7)0.5Pクラッ
ド層15(Znドープ、4×1017cm-3)を成長した。次い
で、第3図(e)に示す如く、幅5μmのストライプ状
にSiO2膜21を形成した。次いで、第3図(f)に示す如
くSiO2膜21をマスクとして用い、化学エッチングにより
p−クラッド層15を回折格子が露出するまでエッチング
し、幅3μmのストライプ状のリッジを形成した。
次いで、トリメチルガリウムとアルシンを原料とした
減圧MOCVD法により、第3図(g)に示す如くn−GaAs
電流阻止層16(Siドープ、5×1018cm-3)を厚さ0.5μ
m成長した。次いで、SiO2膜21を除去した後、第3図
(h)に示す如くMOCVD法により全面にp−GaAsコンタ
クト層17(Znドープ、5×1018cm-3)を厚さ3μm成長
した。その後、通常の電極工程により、コンタクト層17
上にp型電極を基板10の下面にn電極を被着することに
よって、前記第1図に示す構造のレーザ用ウェハを作成
した。
減圧MOCVD法により、第3図(g)に示す如くn−GaAs
電流阻止層16(Siドープ、5×1018cm-3)を厚さ0.5μ
m成長した。次いで、SiO2膜21を除去した後、第3図
(h)に示す如くMOCVD法により全面にp−GaAsコンタ
クト層17(Znドープ、5×1018cm-3)を厚さ3μm成長
した。その後、通常の電極工程により、コンタクト層17
上にp型電極を基板10の下面にn電極を被着することに
よって、前記第1図に示す構造のレーザ用ウェハを作成
した。
かくして得られたウェハをへき開して、共振器長250
μmのDFBレーザを作成したところ、しきい値電流40mA
が得られ10mW以上まで安定な単一縦モード発振を示し
た。
μmのDFBレーザを作成したところ、しきい値電流40mA
が得られ10mW以上まで安定な単一縦モード発振を示し
た。
次に第2の実施例について説明する。第4図にその概
略構造を示す、第1図との違いはInGaP活性層12とp−I
n0.5(Ga0.7Al0.3)0.5P光導波路層13との間にp−In
0.5(Ga0.3Al0.7)0.5Pバリア層22(Znドープ、4×10
17cm-3)を設けたことである。これにより、活性層から
の電子のオーバーフローをより少なくすることができ、
低しきい値で温度特性の優れた半導体レーザを得ること
ができる。なお、製造工程については第3図に示した製
造工程と同様である。
略構造を示す、第1図との違いはInGaP活性層12とp−I
n0.5(Ga0.7Al0.3)0.5P光導波路層13との間にp−In
0.5(Ga0.3Al0.7)0.5Pバリア層22(Znドープ、4×10
17cm-3)を設けたことである。これにより、活性層から
の電子のオーバーフローをより少なくすることができ、
低しきい値で温度特性の優れた半導体レーザを得ること
ができる。なお、製造工程については第3図に示した製
造工程と同様である。
このように本実施例によれば安定に単一縦モード発振
する横モード制御レーザを実現することができる。
する横モード制御レーザを実現することができる。
また、本発明は電流阻止層として実施例で述べたGaAs
のほかにGaAlAs、あるいはIn0.5(Ga1-wAlw)0.5P(z
<w≦1)であってもよい。その他、本発明の要旨を逸
脱しない範囲で種種変形して実施することができる。
のほかにGaAlAs、あるいはIn0.5(Ga1-wAlw)0.5P(z
<w≦1)であってもよい。その他、本発明の要旨を逸
脱しない範囲で種種変形して実施することができる。
以上詳述したように本発明によれば、回折格子を内蔵
しているため、安定に単一縦モード発振する横モード制
御レーザを実現することができる。
しているため、安定に単一縦モード発振する横モード制
御レーザを実現することができる。
[発明の効果] 以上詳述したように、本発明によれば、回折格子を内
蔵しているため、安定に単一縦モード発振する横モード
制御レーザを実現することができる。また、製造工程に
おいても、成長回数が2回と少なく簡単なため、特性の
そろったDFBレーザが歩留まり良く低価格で得られる。
蔵しているため、安定に単一縦モード発振する横モード
制御レーザを実現することができる。また、製造工程に
おいても、成長回数が2回と少なく簡単なため、特性の
そろったDFBレーザが歩留まり良く低価格で得られる。
第1図は本発明の第1の実施例を示す斜視図、第2図は
InGaAlPのAl組成xと屈折率nとの関係を示す図、第3
図は本発明の第1図に示した半導体レーザ装置を制作す
る工程を示す図、第4図は他の実施例を説明するための
図、第5図は従来例を示す図である。 10……n−GaAs基板、11……n−In0.5(Ga0.3Al0.7)
0.5Pクラッド層、12……ノンドープIn0.5Ga0.5P活性
層、13……p−In0.5(Ga0.7Al0.3)0.5P光導波路、14
……回折格子、15……p−In0.5(Ga0.3Al0.7)0.5Pク
ラッド層、16……n−GaAs電流阻止層、17……p−GaAs
コンタクト層、18……n電極、19……p電極、21……Si
O2、22……p−In0.5(Ga0.3Al0.7)0.5Pバリヤ層。
InGaAlPのAl組成xと屈折率nとの関係を示す図、第3
図は本発明の第1図に示した半導体レーザ装置を制作す
る工程を示す図、第4図は他の実施例を説明するための
図、第5図は従来例を示す図である。 10……n−GaAs基板、11……n−In0.5(Ga0.3Al0.7)
0.5Pクラッド層、12……ノンドープIn0.5Ga0.5P活性
層、13……p−In0.5(Ga0.7Al0.3)0.5P光導波路、14
……回折格子、15……p−In0.5(Ga0.3Al0.7)0.5Pク
ラッド層、16……n−GaAs電流阻止層、17……p−GaAs
コンタクト層、18……n電極、19……p電極、21……Si
O2、22……p−In0.5(Ga0.3Al0.7)0.5Pバリヤ層。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平2−185087(JP,A) 特開 昭63−43387(JP,A) 特開 昭62−176183(JP,A) 特開 昭63−73683(JP,A) 特開 昭63−62293(JP,A) 特開 昭63−250886(JP,A) 1988年(昭和63年)第49回応物学会予 稿集 4p−ZC−11 P.836 Electron.Lett.23[18 ](1987)P.938−939 (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) H01S 3/18
Claims (2)
- 【請求項1】n型GaAs基板上にn型In0.5(Ga1-zAlz)
0.5Pクラッド層、In0.5(Ga1-xAlx)0.5P活性層、P
型In0.5(Ga1-yAly)0.5P光導波路及びストライプ状の
リッジを有したP型In0.5(Ga1-zAlz)0.5Pクラッド層
(0≦x<y<x≦1)からなり、前記P型光導波路層
と前記P型クラッド層との間に周期的凹凸を備えたダブ
ルヘテロ構造部と、このダブルヘテロ構造部上の少なく
とも前記P型クラッド層のリッジ部外の領域に形成され
たn型半導体電流阻止層と、前記P型クラッド層及び電
流阻止層上に形成されたP型コンタクト層とを具備して
なることを特徴とする半導体レーザ装置。 - 【請求項2】n型GaAs基板上に有機金属を用いた化学気
相成長法により、n型In0.5(Ga1-zAlz)0.5Pクラッド
層、In0.5(Ga1-xAlx)0.5P活性層、P型In0.5(Ga1-y
Aly)0.5P光導波路層を連続して成長形成する工程と、
前記P型光導波路層上に周期的なエッチングマスクを形
成する工程と、前記エッチングマスクを用いて前記P型
光導波路層をエッチングして周期的凹凸を形成する工程
と、前記エッチングマスクを除去するする工程と、次い
で有機金属を用いた化学気相成長法により、前記周期的
凹凸の形成されたP型光導波路層上にP型In0.5(Ga1-z
Alz)0.5Pクラッド層を成長形成する工程と、前記P型
クラッド層上にエッチングマスクを形成する工程と、前
記エッチングマスクを用いて前記P型クラッド層をその
途中まで選択エッチングして該クラッド層にストライプ
状のリッジ部を形成する工程と、次いで前記P型クラッ
ド層のストライプ状のリッジ部外の領域に有機金属を用
いた化学気相成長法により、n型半導体電流阻止層を成
長形成する工程と、前記エッチングマスクを除去する工
程と、次いで前記P型クラッド層及び電流阻止層上に有
機金属を用いた化学気相成長法によりP型コンタクト層
を成長形成する工程とを含むことを特徴とする半導体レ
ーザ装置の製造方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP1025717A JP2804062B2 (ja) | 1989-02-06 | 1989-02-06 | 半導体レーザ装置及びその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP1025717A JP2804062B2 (ja) | 1989-02-06 | 1989-02-06 | 半導体レーザ装置及びその製造方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH02206191A JPH02206191A (ja) | 1990-08-15 |
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1988年(昭和63年)第49回応物学会予稿集 4p−ZC−11 P.836 |
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