JP3057503B2 - 化合物半導体の成長方法 - Google Patents
化合物半導体の成長方法Info
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- JP3057503B2 JP3057503B2 JP2013125A JP1312590A JP3057503B2 JP 3057503 B2 JP3057503 B2 JP 3057503B2 JP 2013125 A JP2013125 A JP 2013125A JP 1312590 A JP1312590 A JP 1312590A JP 3057503 B2 JP3057503 B2 JP 3057503B2
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、例えばAlInAs系等の化合物半導体の成長方
法、特に例えば高電子移動度トランジスタHEMT等におけ
るように、不純物ドーピングがなされた化合物半導体層
と不純物ドーピングがなされないいわゆるアンドープの
化合物半導体層とを積層成長する場合において、その不
純物ドーピング層の成長に用いて好適な化合物半導体の
成長方法に係わる。
法、特に例えば高電子移動度トランジスタHEMT等におけ
るように、不純物ドーピングがなされた化合物半導体層
と不純物ドーピングがなされないいわゆるアンドープの
化合物半導体層とを積層成長する場合において、その不
純物ドーピング層の成長に用いて好適な化合物半導体の
成長方法に係わる。
本発明は、化合物半導体の成長方法に係わり、アンド
ープ化合物半導体層を気相成長させる工程と、この気相
成長を停止させた状態で不純物原料ガスを供給してキャ
リアの面密度がほぼ飽和する量までドーピングする工程
とをとって不純物ドーピングの制御を正確にかつ選択的
ドーピングの制御を正確に行うことができるようにす
る。
ープ化合物半導体層を気相成長させる工程と、この気相
成長を停止させた状態で不純物原料ガスを供給してキャ
リアの面密度がほぼ飽和する量までドーピングする工程
とをとって不純物ドーピングの制御を正確にかつ選択的
ドーピングの制御を正確に行うことができるようにす
る。
化合物半導体例えばAlInAs系化合物半導体層の結晶成
長方法としては、主として分子線エピタキシ(MBE)
法、有機金属気相成長(MOCVD)法等で行われる方法の
開発研究が目覚ましい。この場合n型のAlInAsを得るた
めにはMOCVD法を例にとると、n型不純物としては主にS
iが用いられ、このSiのドーピングの原料ガスとしてはS
i2H6が主として用いられている。
長方法としては、主として分子線エピタキシ(MBE)
法、有機金属気相成長(MOCVD)法等で行われる方法の
開発研究が目覚ましい。この場合n型のAlInAsを得るた
めにはMOCVD法を例にとると、n型不純物としては主にS
iが用いられ、このSiのドーピングの原料ガスとしてはS
i2H6が主として用いられている。
このSiがAlInAsにのみ選択ドープされたn−AlInAs
は、これとGaInAsの積層構造として、ヘテロ界面電界効
果トランジスタいわゆるHIFETに応用されている。この
選択ドープn−AlInAsは、良く知られているAlGaAs系に
おける高電子移動度電界効果トランジスタいわゆるHEMT
のn−AlGaAsと同様に電子供給層としての役割をはたし
ている。
は、これとGaInAsの積層構造として、ヘテロ界面電界効
果トランジスタいわゆるHIFETに応用されている。この
選択ドープn−AlInAsは、良く知られているAlGaAs系に
おける高電子移動度電界効果トランジスタいわゆるHEMT
のn−AlGaAsと同様に電子供給層としての役割をはたし
ている。
この種のHEMTへの適用における一例の断面図を、第5
図に示す。この場合例えばInPよりなる化合物半導体基
体(1)上にアンドープのGaInAsよりなるチャンネル層
(2)と、さらにこれの上に電子供給層(3)としてn
−AlInAsが順次例えばMOCVDによって形成され、n−AlI
nAs/GaInAs構造の、GaInAs層すなわちチャンネル層
(2)側において高電子移動度の2次元電子ガスチャン
ネル(4)が形成される。
図に示す。この場合例えばInPよりなる化合物半導体基
体(1)上にアンドープのGaInAsよりなるチャンネル層
(2)と、さらにこれの上に電子供給層(3)としてn
−AlInAsが順次例えばMOCVDによって形成され、n−AlI
nAs/GaInAs構造の、GaInAs層すなわちチャンネル層
(2)側において高電子移動度の2次元電子ガスチャン
ネル(4)が形成される。
(5)はゲート電極で、電子供給層(3)に対してシ
ョットキ接合を形成し得るショットキ金属によって形成
される。(6)及び(7)はそれぞれソース及びドレイ
ン各電極を示す。このような電子供給層(3)としての
n−AlInAs層を例えばMOCVD法によって成長させる場
合、まずスペーサ層としてアンドープのAlInAsを気相成
長させて後、Al,In,Asの原料ガスの供給と共にn型不純
物の例えばSiを含む原料ガスSi2H6を供給してn−AlInA
s層を成長させるという方法がとられる。この場合、ア
ンドープのAlInAsがn−AlInAs層に移り変わる時点で種
々の要因によってSiの供給がおくれ実質的にアンドープ
AlInAs層の厚さが大となり設計値通りの不純物ドーピン
グプロファイルが得られないことになる。またドーピン
グ分布の急峻性も良好でない。更にまた実際上各種半導
体装置を得る場合、1枚のウェファ上に多数の例えばHE
MTを同時に配列形成するという方法がとられる。ところ
がこの共通のウェファ上において均一なキャリア濃度分
布が得がたい。これは、MOCVD,MBEにおけるその成長作
業がなされる反応器の形状、キャリアの流速、ウェファ
支持体すなわちサセプタの位置構造等の要因によるもの
であって、このキャリア濃度の不均一化は得られる半導
体装置、例えばHEMTにおけるしきい値電圧Vthの変動に
直接関係するなど重要な問題である。
ョットキ接合を形成し得るショットキ金属によって形成
される。(6)及び(7)はそれぞれソース及びドレイ
ン各電極を示す。このような電子供給層(3)としての
n−AlInAs層を例えばMOCVD法によって成長させる場
合、まずスペーサ層としてアンドープのAlInAsを気相成
長させて後、Al,In,Asの原料ガスの供給と共にn型不純
物の例えばSiを含む原料ガスSi2H6を供給してn−AlInA
s層を成長させるという方法がとられる。この場合、ア
ンドープのAlInAsがn−AlInAs層に移り変わる時点で種
々の要因によってSiの供給がおくれ実質的にアンドープ
AlInAs層の厚さが大となり設計値通りの不純物ドーピン
グプロファイルが得られないことになる。またドーピン
グ分布の急峻性も良好でない。更にまた実際上各種半導
体装置を得る場合、1枚のウェファ上に多数の例えばHE
MTを同時に配列形成するという方法がとられる。ところ
がこの共通のウェファ上において均一なキャリア濃度分
布が得がたい。これは、MOCVD,MBEにおけるその成長作
業がなされる反応器の形状、キャリアの流速、ウェファ
支持体すなわちサセプタの位置構造等の要因によるもの
であって、このキャリア濃度の不均一化は得られる半導
体装置、例えばHEMTにおけるしきい値電圧Vthの変動に
直接関係するなど重要な問題である。
またキャリア濃度の最大の値に関しても、例えばMOCV
D法においては、5〜6×10-18cm-3程度で飽和する傾向
にあることから、これより高濃度なキャリア濃度は望み
がたい。
D法においては、5〜6×10-18cm-3程度で飽和する傾向
にあることから、これより高濃度なキャリア濃度は望み
がたい。
本発明は、上述したように例えばAlInAs化合物半導体
に不純物をドーピングするに当って、その実質的濃度を
充分大にまた急峻な分布に良好な制御性をもって形成す
ることができるようにした化合物半導体の成長方法を提
供する。
に不純物をドーピングするに当って、その実質的濃度を
充分大にまた急峻な分布に良好な制御性をもって形成す
ることができるようにした化合物半導体の成長方法を提
供する。
本発明は、アンドープ化合物半導体層を気相成長させ
る工程と、この気相成長を停止させた状態でこのアンド
ープ化合物半導体層自体に不純物原料ガスを供給してキ
ャリアの面密度がほぼ飽和する量までドーピングする工
程とをとって目的とする化合物半導体の気相成長を行
う。
る工程と、この気相成長を停止させた状態でこのアンド
ープ化合物半導体層自体に不純物原料ガスを供給してキ
ャリアの面密度がほぼ飽和する量までドーピングする工
程とをとって目的とする化合物半導体の気相成長を行
う。
上述したように本発明においては、アンドープ化合物
半導体層を気相成長させてこの気相成長を停止した状態
で、これに対して不純物原料ガスを飽和する量まで供給
するのでその不純物ドーピング量すなわちキャリア濃度
は、この飽和量によって規制される所定の量に規定され
る。
半導体層を気相成長させてこの気相成長を停止した状態
で、これに対して不純物原料ガスを飽和する量まで供給
するのでその不純物ドーピング量すなわちキャリア濃度
は、この飽和量によって規制される所定の量に規定され
る。
したがって気相成長による化合物半導体層中のキャリ
ア濃度を高める場合、上述したアンドープ化合物半導体
層の気相成長と、これを停止した状態での不純物原料ガ
スの供給による不純物のドーピングを飽和する量をもっ
てドーピングする工程とを所要回数、例えばn回数繰返
えし行えば、ドーピングの飽和量のn倍の不純物ドーピ
ングが全体としての量すなわち総量の濃度として得るこ
とができるので、気相成長と同時に不純物のドーピング
を行う場合に比してその飽和量の整数倍の濃度という高
い濃度がいわゆるとびとびの値の制限された濃度ではあ
るものの、このとびとびの値の濃度において正確な濃度
にかつ飽和濃度以上すなわちその整数倍の濃度の不純物
ドーピングを行うことができ、さらにその界面における
濃度は急峻な分布を有するように形成することができ
る。
ア濃度を高める場合、上述したアンドープ化合物半導体
層の気相成長と、これを停止した状態での不純物原料ガ
スの供給による不純物のドーピングを飽和する量をもっ
てドーピングする工程とを所要回数、例えばn回数繰返
えし行えば、ドーピングの飽和量のn倍の不純物ドーピ
ングが全体としての量すなわち総量の濃度として得るこ
とができるので、気相成長と同時に不純物のドーピング
を行う場合に比してその飽和量の整数倍の濃度という高
い濃度がいわゆるとびとびの値の制限された濃度ではあ
るものの、このとびとびの値の濃度において正確な濃度
にかつ飽和濃度以上すなわちその整数倍の濃度の不純物
ドーピングを行うことができ、さらにその界面における
濃度は急峻な分布を有するように形成することができ
る。
第1図を参照して本発明による化合物半導体の成長方
法を、n−AlInAs化合物半導体の成長に適用する場合を
MOCVDによって成長させる場合の一例を説明する。この
場合まず第1図Aに示すように、例えば単結晶の半絶縁
性InP基体(1)例えばウェファをMOCVDのなされる反応
器内の所定位置に配置し、成長温度すなわち基体温度を
640℃とした状態で反応器内にAlInAs成長原料ガスすな
わち例えばトリメチルアルミニウム(TMA)、トリメチ
ルインジウム(TMI)、アルシン(AsH3)を供給してInP
基体(1)、例えばウェファ上にAlInAsよりなるアンド
ープ化合物半導体(12A)約1500Å成長させる。
法を、n−AlInAs化合物半導体の成長に適用する場合を
MOCVDによって成長させる場合の一例を説明する。この
場合まず第1図Aに示すように、例えば単結晶の半絶縁
性InP基体(1)例えばウェファをMOCVDのなされる反応
器内の所定位置に配置し、成長温度すなわち基体温度を
640℃とした状態で反応器内にAlInAs成長原料ガスすな
わち例えばトリメチルアルミニウム(TMA)、トリメチ
ルインジウム(TMI)、アルシン(AsH3)を供給してInP
基体(1)、例えばウェファ上にAlInAsよりなるアンド
ープ化合物半導体(12A)約1500Å成長させる。
その後、基体温度を640℃に保持したまま、III属原料
ガスのTMA及びTMIの供給を停止して、すなわちAlInAsの
成長を停止させた状態で、不純物ドーピングすなわち例
えばn型の不純物Siの原料ガスSi2H6を反応器に供給し
てアンドープ化合物半導体層(12A)の表面にそのドー
ピングが飽和する量の濃度をもって不純物ドーピングを
行って第2図Bに模式的に示す不純物ドーピング層(12
B)を形成する。
ガスのTMA及びTMIの供給を停止して、すなわちAlInAsの
成長を停止させた状態で、不純物ドーピングすなわち例
えばn型の不純物Siの原料ガスSi2H6を反応器に供給し
てアンドープ化合物半導体層(12A)の表面にそのドー
ピングが飽和する量の濃度をもって不純物ドーピングを
行って第2図Bに模式的に示す不純物ドーピング層(12
B)を形成する。
さらに第1図Aで説明したと同様に再び不純物原料ガ
スを停止して第1図Cに示すようにアンドープ化合物半
導体層(12A)をIII−V属原料ガスの例えばTMA,TMI及
びアルシンを供給して例えばAlInAs層によるアンドープ
化合物半導体層(12A)を再び気相成長する。
スを停止して第1図Cに示すようにアンドープ化合物半
導体層(12A)をIII−V属原料ガスの例えばTMA,TMI及
びアルシンを供給して例えばAlInAs層によるアンドープ
化合物半導体層(12A)を再び気相成長する。
さらに次に第2図Dに示すようにIII属原料ガスの供
給を停止してAlInAsの気相成長を停止した状態で、不純
物原料ガスSi2H6を供給してそのドープ量が飽和するま
で不純物ドーピングを行って不純物ドーピング層(12
B)を表面に形成する。このようにしていわゆるプレナ
ードーピング層(12B)を例えば2層形成する。そして
さらにこれの上に同様に不純物原料ガスのSi2H6の供給
を停止してアンドープのAlInAs層(12A)を成長させ
る。
給を停止してAlInAsの気相成長を停止した状態で、不純
物原料ガスSi2H6を供給してそのドープ量が飽和するま
で不純物ドーピングを行って不純物ドーピング層(12
B)を表面に形成する。このようにしていわゆるプレナ
ードーピング層(12B)を例えば2層形成する。そして
さらにこれの上に同様に不純物原料ガスのSi2H6の供給
を停止してアンドープのAlInAs層(12A)を成長させ
る。
今このようにして得た試料について、その化合物半導
体層(12)におけるキャリアの面密度Nsを不純物原料ガ
スSi2H6の供給流量(供給流量比SCCM×供給時間)を変
えてホール測定によって得られた結果を第2図に示す。
これより明らかなようにSi2H6ガスの供給量をある値以
上に設定すればその面密度が飽和してこれが一定になる
ことがわかる。したがって面密度が飽和を示すSi2H6の
ガス供給量をもってプレナー不純物ドーピング層の形成
を行えば各層(12B)についてそれぞれ同一の不純物濃
度すなわちキャリア濃度が得られることになる。したが
ってこのようにして得た化合物半導体層(12)の全体の
キャリア濃度はこの層(12E)の層数の和に相当する所
定の値となる。
体層(12)におけるキャリアの面密度Nsを不純物原料ガ
スSi2H6の供給流量(供給流量比SCCM×供給時間)を変
えてホール測定によって得られた結果を第2図に示す。
これより明らかなようにSi2H6ガスの供給量をある値以
上に設定すればその面密度が飽和してこれが一定になる
ことがわかる。したがって面密度が飽和を示すSi2H6の
ガス供給量をもってプレナー不純物ドーピング層の形成
を行えば各層(12B)についてそれぞれ同一の不純物濃
度すなわちキャリア濃度が得られることになる。したが
ってこのようにして得た化合物半導体層(12)の全体の
キャリア濃度はこの層(12E)の層数の和に相当する所
定の値となる。
一方、しきい値電圧Vthは、 で表わされる。ここにψMはショットキバリアの高さ、
ΔEcは伝導帯不連続部のポテンシャル差、dはバリヤ層
の厚さである。そして、結晶成長の面から問題になるの
は、キャリア濃度とバリア層の厚さであるが、厚さにつ
いては、ウェファ(基体(1))上で充分均一であると
するとVthの分布はNsの分布が反映しているものと考え
ることができる。今上述した2層のプレナー不純物ドー
プ層の形成によって得た充分に不純物密度が飽和する条
件を用い第5図で説明したHEMTにおける電子供給層
(3)に応用して形成した試料についてみる。すなわち
この場合第5図に示すように例えば基体(1)としてIn
Pサブストレイトを用い、これの上にMOCVDによってアン
ドープのGaInAsのチャンネル層(2)を形成しこれの上
に電子供給層(3)として第1図で説明した化合物半導
体層(12)すなわちアンドープ化合物半導体層とその成
長を停止した状態でこれに対するプレナー不純物ドーピ
ングを行う作業によって1層のプレナー不純物ドーピン
グ層(12B)を形成してHEMTを構成した。この共通の基
体(1)すなわちウェファ上の各位置にすなわちその中
心からの距離が異なる点で得たHEMTについてそれぞれの
中心からの距離に対してそれぞれそのしきい値電圧Vth
を測定した結果を第3図にプロットして示す。
ΔEcは伝導帯不連続部のポテンシャル差、dはバリヤ層
の厚さである。そして、結晶成長の面から問題になるの
は、キャリア濃度とバリア層の厚さであるが、厚さにつ
いては、ウェファ(基体(1))上で充分均一であると
するとVthの分布はNsの分布が反映しているものと考え
ることができる。今上述した2層のプレナー不純物ドー
プ層の形成によって得た充分に不純物密度が飽和する条
件を用い第5図で説明したHEMTにおける電子供給層
(3)に応用して形成した試料についてみる。すなわち
この場合第5図に示すように例えば基体(1)としてIn
Pサブストレイトを用い、これの上にMOCVDによってアン
ドープのGaInAsのチャンネル層(2)を形成しこれの上
に電子供給層(3)として第1図で説明した化合物半導
体層(12)すなわちアンドープ化合物半導体層とその成
長を停止した状態でこれに対するプレナー不純物ドーピ
ングを行う作業によって1層のプレナー不純物ドーピン
グ層(12B)を形成してHEMTを構成した。この共通の基
体(1)すなわちウェファ上の各位置にすなわちその中
心からの距離が異なる点で得たHEMTについてそれぞれの
中心からの距離に対してそれぞれそのしきい値電圧Vth
を測定した結果を第3図にプロットして示す。
これによればそのウェファの中心からウェファの周辺
この例においては半径25mmのウェファの各位置において
ほぼ一様なしきい値電圧Vthを示すことが分かる。つま
りキャリア濃度が一様であることがわかる。
この例においては半径25mmのウェファの各位置において
ほぼ一様なしきい値電圧Vthを示すことが分かる。つま
りキャリア濃度が一様であることがわかる。
これに比し、第4図においては、第5図で説明したと
同様のHEMT構造のFETにおいてその電子供給層(3)と
して同様にチャンネル層(2)としてアンドープのGaIn
Asを形成しこれの上にアンドープのAlInAsを形成してこ
れの上に通常のようにn−AlInAsをその気相成長と同時
に不純物ドーピングを行って電子供給層(3)を構成し
た場合の同様のウェファの各位置におけるHEMTのVthを
測定した結果を示したものである。これによればウェフ
ァ上の位置によってVthが変動するすなわち周辺に向か
ってVthが低下すること、すなわちキャリア濃度が増大
していることがわかる。
同様のHEMT構造のFETにおいてその電子供給層(3)と
して同様にチャンネル層(2)としてアンドープのGaIn
Asを形成しこれの上にアンドープのAlInAsを形成してこ
れの上に通常のようにn−AlInAsをその気相成長と同時
に不純物ドーピングを行って電子供給層(3)を構成し
た場合の同様のウェファの各位置におけるHEMTのVthを
測定した結果を示したものである。これによればウェフ
ァ上の位置によってVthが変動するすなわち周辺に向か
ってVthが低下すること、すなわちキャリア濃度が増大
していることがわかる。
つまり第3図及び第4図を比較して明らかなよう、本
発明方法によって得た電子供給層(3)によるHEMTはそ
のしきい値電圧Vthがウェファの各位置によって殆ど変
動することなく一様につまりキャリア濃度がウェファ面
内で均一になっていることがわかる。
発明方法によって得た電子供給層(3)によるHEMTはそ
のしきい値電圧Vthがウェファの各位置によって殆ど変
動することなく一様につまりキャリア濃度がウェファ面
内で均一になっていることがわかる。
なお上述した例においては、基体温度を一定に保持し
てアンドープの気相成長工程と不純物ドーピング工程と
を連続的に行った場合であるが、それぞれ温度条件を変
えることもできる。
てアンドープの気相成長工程と不純物ドーピング工程と
を連続的に行った場合であるが、それぞれ温度条件を変
えることもできる。
また本発明をn−AlInAsを得る場合に適用した例を主
として説明したが、他の各種化合物半導体に対する不純
物ドーピングがなされる化合物半導体の成長方法に適用
することができる。
として説明したが、他の各種化合物半導体に対する不純
物ドーピングがなされる化合物半導体の成長方法に適用
することができる。
上述したように本発明方法によれば、化合物半導体層
の全体の不純物濃度がとびとびの値を採るものの各値に
関しては均一に得ることができウェファの位置によるこ
となくウェファの全域に亘って均一な濃度に設定するこ
とができるので安定して所定の特性を有する目的とする
半導体装置を再現性良く確実に得ることができ、その量
産性の向上と歩どまりの向上を図ることができる。
の全体の不純物濃度がとびとびの値を採るものの各値に
関しては均一に得ることができウェファの位置によるこ
となくウェファの全域に亘って均一な濃度に設定するこ
とができるので安定して所定の特性を有する目的とする
半導体装置を再現性良く確実に得ることができ、その量
産性の向上と歩どまりの向上を図ることができる。
第1図は本発明による化合物半導体の成長方法の一例の
説明に供する工程図、第2図は不純物原料ガスの供給量
に対するキャリアの面密度の測定結果を示す図、第3図
及び第4図は本発明方法及び従来方法によるウェファ上
の各位置としきい値電圧Vthとの関係の測定結果を示す
図、第5図は高電子移動度HEMTの略線的断面図である。 (1)は基体、(2)はチャンネル層、(3)は電子供
給層、(12)は化合物半導体層、(12A)はアンドープ
化合物半導体層、(12B)は不純物ドーピング層であ
る。
説明に供する工程図、第2図は不純物原料ガスの供給量
に対するキャリアの面密度の測定結果を示す図、第3図
及び第4図は本発明方法及び従来方法によるウェファ上
の各位置としきい値電圧Vthとの関係の測定結果を示す
図、第5図は高電子移動度HEMTの略線的断面図である。 (1)は基体、(2)はチャンネル層、(3)は電子供
給層、(12)は化合物半導体層、(12A)はアンドープ
化合物半導体層、(12B)は不純物ドーピング層であ
る。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭63−240012(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01L 21/205 H01L 21/338 H01L 29/778 H01L 29/812
Claims (1)
- 【請求項1】アンドープ化合物半導体層を気相成長させ
る工程と、 この気相成長を停止させた状態で不純物原料ガスを供給
してキャリアの面密度がほぼ飽和する量までドーピング
する工程と、 を有することを特徴とする化合物半導体の成長方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2013125A JP3057503B2 (ja) | 1990-01-23 | 1990-01-23 | 化合物半導体の成長方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2013125A JP3057503B2 (ja) | 1990-01-23 | 1990-01-23 | 化合物半導体の成長方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH03218008A JPH03218008A (ja) | 1991-09-25 |
JP3057503B2 true JP3057503B2 (ja) | 2000-06-26 |
Family
ID=11824441
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2013125A Expired - Fee Related JP3057503B2 (ja) | 1990-01-23 | 1990-01-23 | 化合物半導体の成長方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP3057503B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP2202784B1 (en) * | 2008-12-29 | 2017-10-25 | Imec | Method for manufacturing a junction |
-
1990
- 1990-01-23 JP JP2013125A patent/JP3057503B2/ja not_active Expired - Fee Related
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Publication number | Publication date |
---|---|
JPH03218008A (ja) | 1991-09-25 |
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