JP3104800B2 - 集積型光カップラの製造方法 - Google Patents
集積型光カップラの製造方法Info
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- JP3104800B2 JP3104800B2 JP16367191A JP16367191A JP3104800B2 JP 3104800 B2 JP3104800 B2 JP 3104800B2 JP 16367191 A JP16367191 A JP 16367191A JP 16367191 A JP16367191 A JP 16367191A JP 3104800 B2 JP3104800 B2 JP 3104800B2
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Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、光導波路に設けられて
波面分割型の光の分岐、結合を行なう集積型の光カップ
ラに関する。
波面分割型の光の分岐、結合を行なう集積型の光カップ
ラに関する。
【0002】
【従来の技術】従来、交差する光導波路の分岐、結合を
行なう為に、図11に示す様に、導波路102の交差部
に微細なスリット101を層方向に形成し、光の透過、
反射を制御するカップラを構成することが提案されてい
る。こうした集積カップラの試作例として、十字型の分
岐干渉型のレーザが報告されている(例えば、J.Sa
ltzman et.al.“Cross coupl
ed cavity semiconductor l
aser”,Appl.Phys.Lett.52,1
0,pp.767〜769(March 1988)参
照)。
行なう為に、図11に示す様に、導波路102の交差部
に微細なスリット101を層方向に形成し、光の透過、
反射を制御するカップラを構成することが提案されてい
る。こうした集積カップラの試作例として、十字型の分
岐干渉型のレーザが報告されている(例えば、J.Sa
ltzman et.al.“Cross coupl
ed cavity semiconductor l
aser”,Appl.Phys.Lett.52,1
0,pp.767〜769(March 1988)参
照)。
【0003】
【発明が解決しようとしている課題】しかしながら、上
記従来例では、光導波路の横方向の閉じ込め構造(典型
的にはリッジ型構造)が存在するので、スリットを加工
する前の十字分岐部が非平坦となり、加工深さが中央部
と両端では大きく異なっていた。一般に、光導波光の横
方向の界分布は導波路幅より広がっており、カップラ先
端部の加工深さが異なることは結合効率、分岐比の制御
を困難にする。
記従来例では、光導波路の横方向の閉じ込め構造(典型
的にはリッジ型構造)が存在するので、スリットを加工
する前の十字分岐部が非平坦となり、加工深さが中央部
と両端では大きく異なっていた。一般に、光導波光の横
方向の界分布は導波路幅より広がっており、カップラ先
端部の加工深さが異なることは結合効率、分岐比の制御
を困難にする。
【0004】この問題点を、図11のH−H′断面図及
びI−I′断面図である図12と図13に沿って判り易
く説明する。図12と図13において、103は基板、
104、106はクラッド層、105は導波路コア層、
107、109は夫々H−H´断面、I−I´断面にお
ける光導波光の界分布の様子、108は光導波路を形成
するリッジ部である。この様なリッジ導波路102の交
差部にFIBE(集束性イオンビームエッチング)、R
IBE(反応性イオンビームエッチング)などでスリッ
ト101を形成すると、図13に示す様に、加工深さが
不均一になり、中央部K付近で、光導波光の層方向の界
分布109を分割する様にスリット101の加工深さを
その界分布の中央付近に設定しても、両端部J、Lでは
加工深さが深くなりすぎ(リッジ部108がないの
で)、反射の効率が高まる。その為、目標の分岐効率を
得る為の加工深さの制御が極めて困難になる。即ち、ス
リットの先端位置で分割比(透過/反射の比)を制御す
ることが困難になる。
びI−I′断面図である図12と図13に沿って判り易
く説明する。図12と図13において、103は基板、
104、106はクラッド層、105は導波路コア層、
107、109は夫々H−H´断面、I−I´断面にお
ける光導波光の界分布の様子、108は光導波路を形成
するリッジ部である。この様なリッジ導波路102の交
差部にFIBE(集束性イオンビームエッチング)、R
IBE(反応性イオンビームエッチング)などでスリッ
ト101を形成すると、図13に示す様に、加工深さが
不均一になり、中央部K付近で、光導波光の層方向の界
分布109を分割する様にスリット101の加工深さを
その界分布の中央付近に設定しても、両端部J、Lでは
加工深さが深くなりすぎ(リッジ部108がないの
で)、反射の効率が高まる。その為、目標の分岐効率を
得る為の加工深さの制御が極めて困難になる。即ち、ス
リットの先端位置で分割比(透過/反射の比)を制御す
ることが困難になる。
【0005】リッジ部を導波路コア層105の下部まで
深く加工した導波路構造も考えられるが、この場合も横
のエッジ部で加工深さが大きくなり、中央部との不均一
性が発生すると言う問題がある。
深く加工した導波路構造も考えられるが、この場合も横
のエッジ部で加工深さが大きくなり、中央部との不均一
性が発生すると言う問題がある。
【0006】また、上記従来例では、リッジ導波路を形
成した後、FIBE、RIBEなどでスリット101を
形成するので、そのためのプロセス工程が必要なので再
現性、歩留りが低下するという課題もある。
成した後、FIBE、RIBEなどでスリット101を
形成するので、そのためのプロセス工程が必要なので再
現性、歩留りが低下するという課題もある。
【0007】よって、本発明の目的は、上記の課題に鑑
み、波面分割型カップラ形成の際の加工深さの均一性、
加工位置の精度を高めて分岐比、結合効率の制御を容易
にする構成を有する集積型カップラおよびその製造方法
を提供することにある。
み、波面分割型カップラ形成の際の加工深さの均一性、
加工位置の精度を高めて分岐比、結合効率の制御を容易
にする構成を有する集積型カップラおよびその製造方法
を提供することにある。
【0008】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成する本発
明の集積型光カップラの製造方法は、チャンネル光導波
路に光波の分岐・結合を行なう為に構成される集積型光
カップラの製造方法において、リッジ状の該チャンネル
光導波路と該光導波路に該光カップラを構成するスリッ
トとを同時に形成する工程、及び該リッジ状のチャンネ
ル光導波路形成のためにエッチングされた部位を埋め込
む工程を有することを特徴とする。
明の集積型光カップラの製造方法は、チャンネル光導波
路に光波の分岐・結合を行なう為に構成される集積型光
カップラの製造方法において、リッジ状の該チャンネル
光導波路と該光導波路に該光カップラを構成するスリッ
トとを同時に形成する工程、及び該リッジ状のチャンネ
ル光導波路形成のためにエッチングされた部位を埋め込
む工程を有することを特徴とする。
【0009】
【0010】この様に光カップラを構成するスリットと
リッジ状のチャンネル光導波路を同時に形成し、その
後、該リッジ状のチャンネル光導波路形成のためにエッ
チングされた部位を埋め込むことにより、カップラを構
成するスリット、エッチング部などの加工深さが正確に
制御され(例えば一様にされ)、また加工位置の精度が
高められ、分岐比、結合効率の制御が容易になる。
リッジ状のチャンネル光導波路を同時に形成し、その
後、該リッジ状のチャンネル光導波路形成のためにエッ
チングされた部位を埋め込むことにより、カップラを構
成するスリット、エッチング部などの加工深さが正確に
制御され(例えば一様にされ)、また加工位置の精度が
高められ、分岐比、結合効率の制御が容易になる。
【0011】
【実施例】図1は、本発明による第1の実施例のデバイ
スの上面図であり、同図において、1はリッジ導波路、
2はカップラとなる微細スリット、3は埋め込み部であ
る。
スの上面図であり、同図において、1はリッジ導波路、
2はカップラとなる微細スリット、3は埋め込み部であ
る。
【0012】図2は図1のA−A´断面図(左右方向に
伸びる導波路1に沿った断面)であり、同図において、
4、10は上下面に形成されたAu電極、5はn−Ga
As基板、6−はn−AlGaAsクラッド層、7はG
aAs活性層、8はp−AlGaAsクラッド層、9は
p+−GaAsキャップ層である。図2に示す様に、ス
リット2の加工先端は層方向の界分布11の中央付近ま
でとし(即ち、界分布11の中心が位置する活性層7部
分まで)、積層方向の波面分割を行なっている。
伸びる導波路1に沿った断面)であり、同図において、
4、10は上下面に形成されたAu電極、5はn−Ga
As基板、6−はn−AlGaAsクラッド層、7はG
aAs活性層、8はp−AlGaAsクラッド層、9は
p+−GaAsキャップ層である。図2に示す様に、ス
リット2の加工先端は層方向の界分布11の中央付近ま
でとし(即ち、界分布11の中心が位置する活性層7部
分まで)、積層方向の波面分割を行なっている。
【0013】図1のB−B´断面図(スリット2の水平
方向伸長方向に沿った断面)である図3に示す如く、電
流狭窄、光の閉じ込めのため、n−AlGaAs埋め込
み層3がスリット2以外の部分に形成されており、スリ
ット2の水平方向に亙る加工深さの均一性が良く、横方
向の界分布12の全体に亙って精度良く(この場合、均
一な)層方向波面分割を行なっている。よって、分岐比
(界分布12のうちスリット2の断面と重なる反射成分
とスリット2の断面と重ならない透過成分との比)の制
御が容易となる。
方向伸長方向に沿った断面)である図3に示す如く、電
流狭窄、光の閉じ込めのため、n−AlGaAs埋め込
み層3がスリット2以外の部分に形成されており、スリ
ット2の水平方向に亙る加工深さの均一性が良く、横方
向の界分布12の全体に亙って精度良く(この場合、均
一な)層方向波面分割を行なっている。よって、分岐比
(界分布12のうちスリット2の断面と重なる反射成分
とスリット2の断面と重ならない透過成分との比)の制
御が容易となる。
【0014】図4と図5は、第1実施例のカップラを複
合共振器の一種である干渉分岐型レーザの構成に用いた
適用例を示す。十字に交差するリッジ型導波路1が形成
され、夫々の導波路1の外側の導波路端1aはへき開面
で形成されるミラーとなっている。リッジ上部には電極
4が、図4に斜線部で示すパターンで形成され、活性層
7への電流注入を可能としている。図5には、図4のC
−C´線に沿ったリッジ部の断面構造が示されており
(図2の符号と同一のものは同一の部位を示す)、リッ
ジ部キャップ層9からの電流注入を行なう為にリッジ側
部には、n−AlGaAs層3が埋め込まれている。
合共振器の一種である干渉分岐型レーザの構成に用いた
適用例を示す。十字に交差するリッジ型導波路1が形成
され、夫々の導波路1の外側の導波路端1aはへき開面
で形成されるミラーとなっている。リッジ上部には電極
4が、図4に斜線部で示すパターンで形成され、活性層
7への電流注入を可能としている。図5には、図4のC
−C´線に沿ったリッジ部の断面構造が示されており
(図2の符号と同一のものは同一の部位を示す)、リッ
ジ部キャップ層9からの電流注入を行なう為にリッジ側
部には、n−AlGaAs層3が埋め込まれている。
【0015】図4のデバイスは、縦方向と横方向の共振
器がカップラ2を介して相互に結合している構成となっ
ている為、複合の共振器型のレーザを形成し、発振スペ
クトルの単一縦モード化及び安定化を図ることが出来
る。
器がカップラ2を介して相互に結合している構成となっ
ている為、複合の共振器型のレーザを形成し、発振スペ
クトルの単一縦モード化及び安定化を図ることが出来
る。
【0016】次に、本例の作製プロセスを説明する。先
ず、n−GaAs基板5に分子線エピタキシー法(MB
E法)等でn−クラッド層6からキャップ層9までエピ
成長を行なう。次に、スパッタ蒸着等によりSiO2膜
を全面に堆積した後、フォトリソグラフィーとエッチン
グによりスリット部2を含むリッジ導波路パターン(十
字パターン)を形成し、RIBEにより、活性層7の中
間部辺りまで、リッジ導波路1とカップラ部であるスリ
ット2を加工する。更に、リッジ上部に残っているSi
O2膜をマスクとして、LPE法等でスリット2以外の
エッチングされた部分に高抵抗のn−AlGaAs3を
選択成長して平坦化する。最後に、基板5研磨を行なっ
て上下両面にAu膜4、10を蒸着し、コンタクトを取
る為アロイ処理を行なう。
ず、n−GaAs基板5に分子線エピタキシー法(MB
E法)等でn−クラッド層6からキャップ層9までエピ
成長を行なう。次に、スパッタ蒸着等によりSiO2膜
を全面に堆積した後、フォトリソグラフィーとエッチン
グによりスリット部2を含むリッジ導波路パターン(十
字パターン)を形成し、RIBEにより、活性層7の中
間部辺りまで、リッジ導波路1とカップラ部であるスリ
ット2を加工する。更に、リッジ上部に残っているSi
O2膜をマスクとして、LPE法等でスリット2以外の
エッチングされた部分に高抵抗のn−AlGaAs3を
選択成長して平坦化する。最後に、基板5研磨を行なっ
て上下両面にAu膜4、10を蒸着し、コンタクトを取
る為アロイ処理を行なう。
【0017】最後に、4端面1aのへき開を行ない、ス
テムに実装し電極4のワイヤボンディングを施して完成
する。
テムに実装し電極4のワイヤボンディングを施して完成
する。
【0018】図6は、第1実施例のカップラを送受信部
を内蔵する光増幅器に応用した例を示す。縦方向のリッ
ジ部は、電流注入を行ない光アンプ部14、15を形成
する。また、入出力端面にはAR(無反射)コート1
8、19が施されている。入力してきた波長λ1の光は
ARコート18を通って導波路1に入り、光アンプ部1
4で光増幅されてカップラ2に達する。ここで、その光
パワーの一部は反射されて受信部17のフォトダイオー
ドによって検出され、また他部はカップラ2を透過して
更に光アンプ部15で光増幅を受け出力側に達する。
を内蔵する光増幅器に応用した例を示す。縦方向のリッ
ジ部は、電流注入を行ない光アンプ部14、15を形成
する。また、入出力端面にはAR(無反射)コート1
8、19が施されている。入力してきた波長λ1の光は
ARコート18を通って導波路1に入り、光アンプ部1
4で光増幅されてカップラ2に達する。ここで、その光
パワーの一部は反射されて受信部17のフォトダイオー
ドによって検出され、また他部はカップラ2を透過して
更に光アンプ部15で光増幅を受け出力側に達する。
【0019】一方、送信部16は分布帰還型(DFB)
構造から成るレーザを構成し、波長λ2の光波をカップ
ラ2を介して出力側へ送出する。この様に、カップラ2
を含む集積化の構造により、入力信号の検波、送出、及
び自局信号の送出が可能な機能的集積光ノードを実現す
ることができる。
構造から成るレーザを構成し、波長λ2の光波をカップ
ラ2を介して出力側へ送出する。この様に、カップラ2
を含む集積化の構造により、入力信号の検波、送出、及
び自局信号の送出が可能な機能的集積光ノードを実現す
ることができる。
【0020】図7は本発明による第2の実施例を示す。
本実施例では、スリット22は導波路1の伝搬方向に対
して垂直な面を形成し、反射及び透過の比率を制御して
いる。第2実施例のデバイス構成は、図4の応用例と同
じく、複合共振器型のレーザとなり、安定した単一縦モ
ードを維持することが可能となる。すなわち、へき開面
24、25とカップラ部22とから成る2つの共振器D、
Eの複合となり、共振器の長さを微調することにより両
者のリップル間隔が異なりビート周波数を小さくするこ
とが出来る為、複合共振器として発振可能なスペクトル
間隔を大きくし安定縦モードを達成できる。
本実施例では、スリット22は導波路1の伝搬方向に対
して垂直な面を形成し、反射及び透過の比率を制御して
いる。第2実施例のデバイス構成は、図4の応用例と同
じく、複合共振器型のレーザとなり、安定した単一縦モ
ードを維持することが可能となる。すなわち、へき開面
24、25とカップラ部22とから成る2つの共振器D、
Eの複合となり、共振器の長さを微調することにより両
者のリップル間隔が異なりビート周波数を小さくするこ
とが出来る為、複合共振器として発振可能なスペクトル
間隔を大きくし安定縦モードを達成できる。
【0021】上記実施例においては、カップラとして、
層方向の界分布の中央付近で分割するタイプの波面分割
分岐型のカップラについて述べたが、界分布の下まで深
く加工したタイプのカップラにも適用出来ることは勿論
である。
層方向の界分布の中央付近で分割するタイプの波面分割
分岐型のカップラについて述べたが、界分布の下まで深
く加工したタイプのカップラにも適用出来ることは勿論
である。
【0022】図8と図9はこうしたタイプの第3実施例
を示し、この第3実施例では、第1、第2実施例で分岐
比を制御するのに層方向の界分布を波面分割(層方向波
面分割と称する)すべくスリットの加工深さを界分布の
中央に設定していたのに対して、水平方向の界分布の波
面分割(水平方向波面分割と称する)を行なう為に平坦
部に形成されたスリット32の深さは導波路1の下部に
達するまで深くし、スリット32の水平方向の加工長さ
を界分布の中央Gに設定している。
を示し、この第3実施例では、第1、第2実施例で分岐
比を制御するのに層方向の界分布を波面分割(層方向波
面分割と称する)すべくスリットの加工深さを界分布の
中央に設定していたのに対して、水平方向の界分布の波
面分割(水平方向波面分割と称する)を行なう為に平坦
部に形成されたスリット32の深さは導波路1の下部に
達するまで深くし、スリット32の水平方向の加工長さ
を界分布の中央Gに設定している。
【0023】図8のF−F´断面図である図9に示す通
り、スリット32の加工深さは層方向界分布(斜線部で
示す)の下部に達するまで深くなっている。
り、スリット32の加工深さは層方向界分布(斜線部で
示す)の下部に達するまで深くなっている。
【0024】第3実施例の場合、電流狭窄と光閉じ込め
の為、p−AlGaAs3a、n−AlGaAs3bを
それぞれLPE等で選択成長を行なっている。
の為、p−AlGaAs3a、n−AlGaAs3bを
それぞれLPE等で選択成長を行なっている。
【0025】図10は、本発明による第4実施例の上面
図である。本実施例はチャンネル導波路の交差部にV字
形のスリット42が形成され、その頂点42aを水平方
向の界分布の中心付近に設定し、加工深さを層方向の界
分布の下部まで深くした構造となっている。
図である。本実施例はチャンネル導波路の交差部にV字
形のスリット42が形成され、その頂点42aを水平方
向の界分布の中心付近に設定し、加工深さを層方向の界
分布の下部まで深くした構造となっている。
【0026】第4実施例では、DFBレーザ構造46及
び47から送出される光波(波長λ1及びλ2)は分岐
カップラ42によって合波され、更に光アンプ部45で
光増幅を受け、ARコート44が施された出力端面から
2波多重化した光信号の送出を行なう。
び47から送出される光波(波長λ1及びλ2)は分岐
カップラ42によって合波され、更に光アンプ部45で
光増幅を受け、ARコート44が施された出力端面から
2波多重化した光信号の送出を行なう。
【0027】以上の実施例において、活性領域をダブル
ヘテロ構造で形成したが、本発明はこれに限定されるも
のでなく、多重量子井戸構造、単一量子井戸構造などで
あってもよい。
ヘテロ構造で形成したが、本発明はこれに限定されるも
のでなく、多重量子井戸構造、単一量子井戸構造などで
あってもよい。
【0028】更に、半導体レーザの材料はGaAs、A
lGaAs系の他、InP、InGaAsP系、AlG
aInP系等の材料に対しても同様に当てはまるのは言
うまでもない。
lGaAs系の他、InP、InGaAsP系、AlG
aInP系等の材料に対しても同様に当てはまるのは言
うまでもない。
【0029】
【発明の効果】以上説明した様に、本発明によれば、カ
ップラと導波路を同時に形成するので、波面分割型カッ
プラ形成の際に問題となる加工深さの制御性(特に均一
性)、および加工の位置精度を著しく高めることがで
き、分岐比、結合効率の安定したカップラの作製が可能
となる。
ップラと導波路を同時に形成するので、波面分割型カッ
プラ形成の際に問題となる加工深さの制御性(特に均一
性)、および加工の位置精度を著しく高めることがで
き、分岐比、結合効率の安定したカップラの作製が可能
となる。
【図1】本発明の第1実施例を示すカップラ上面図であ
る。
る。
【図2】図1のA−A´断面図である。
【図3】図1のB−B´断面図である。
【図4】第1実施例のカップラを干渉分岐型レーザに適
用した例を示すデバイス上面図である。
用した例を示すデバイス上面図である。
【図5】リッジ導波路の構造を示す図4のC−C´断面
図である。
図である。
【図6】第1実施例のカップラを送受信機能を有する光
増幅器に適用した例を示すデバイス上面図である。
増幅器に適用した例を示すデバイス上面図である。
【図7】本発明の第2実施例を示すカップラ上面図であ
る。
る。
【図8】本発明の第3実施例を示すカップラ上面図であ
る。
る。
【図9】図8のF−F´断面図である。
【図10】波長多重化送信デバイスである第4実施例を
示すカップラ上面図である。
示すカップラ上面図である。
【図11】従来例を示すカップラの上面図である。
【図12】図11のH−H´断面図である。
【図13】図11のI−I´断面図である。
1 リッジ導
波路 1a,18,19,44 ARコー
ト 2,22,32 スリット 3,3a,3b 埋め込み
層 4,10 電極 5 基板 6,8 クラッド
層 7 活性層 9 キャップ
層 14,15,45 光アンプ
部 16 送信部 17 受信部 24,25 へき開面 46,47 DFBレ
ーザ構造 42 V字型ス
リット
波路 1a,18,19,44 ARコー
ト 2,22,32 スリット 3,3a,3b 埋め込み
層 4,10 電極 5 基板 6,8 クラッド
層 7 活性層 9 キャップ
層 14,15,45 光アンプ
部 16 送信部 17 受信部 24,25 へき開面 46,47 DFBレ
ーザ構造 42 V字型ス
リット
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G02B 6/12 - 6/14
Claims (10)
- 【請求項1】チャンネル光導波路に光波の分岐・結合を
行なう為に構成される集積型光カップラの製造方法にお
いて、リッジ状の該チャンネル光導波路と該光導波路に
該光カップラを構成するスリットとを同時に形成する工
程、及び該リッジ状のチャンネル光導波路形成のために
エッチングされた部位を埋め込む工程を有することを特
徴とする集積型光カップラの製造方法。 - 【請求項2】前記埋め込む工程は、前記光カップラを構
成する前記スリット以外の部位を埋め込む工程である請
求項1記載の集積型光カップラの製造方法。 - 【請求項3】前記光カップラは層方向の光界分布の波面
分割を行なう様に構成されている請求項1記載の集積型
光カップラの製造方法。 - 【請求項4】前記光カップラは水平方向の光界分布の波
面分割を行なう様に構成される請求項1記載の集積型光
カップラの製造方法。 - 【請求項5】前記チャンネル光導波路は交差部を有し、
そこに前記光カップラを構成する前記スリットが形成さ
れて光波の分岐・結合を行なう請求項1記載の集積型光
カップラの製造方法。 - 【請求項6】前記交差部はX字型である請求項5記載の
集積型光カップラの製造方法。 - 【請求項7】前記交差部はT字型である請求項5記載の
集積型光カップラの製造方法。 - 【請求項8】前記リッジ状のチャンネル光導波路と前記
光カップラを構成するスリットを同時に形成する工程
は、RIBEにより行われる請求項1記載の集積型光カ
ップラの製造方法。 - 【請求項9】前記チャンネル光導波路は半導体基板上に
形成され、層方向には活性層を含む導波路が形成されて
いる請求項1記載の集積型光カップラの製造方法。 - 【請求項10】前記集積型光カップラによるチャンネル
光導波路間の結合によって複合の共振器が形成されてい
る請求項1記載の光集積型光カップラの製造方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP16367191A JP3104800B2 (ja) | 1991-06-07 | 1991-06-07 | 集積型光カップラの製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP16367191A JP3104800B2 (ja) | 1991-06-07 | 1991-06-07 | 集積型光カップラの製造方法 |
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JPH04361236A JPH04361236A (ja) | 1992-12-14 |
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-
1991
- 1991-06-07 JP JP16367191A patent/JP3104800B2/ja not_active Expired - Fee Related
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JPH04361236A (ja) | 1992-12-14 |
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