JPH04208905A - 光半導体モジュール - Google Patents
光半導体モジュールInfo
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- JPH04208905A JPH04208905A JP2400232A JP40023290A JPH04208905A JP H04208905 A JPH04208905 A JP H04208905A JP 2400232 A JP2400232 A JP 2400232A JP 40023290 A JP40023290 A JP 40023290A JP H04208905 A JPH04208905 A JP H04208905A
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Landscapes
- Semiconductor Lasers (AREA)
- Light Receiving Elements (AREA)
- Led Device Packages (AREA)
- Led Devices (AREA)
- Optical Couplings Of Light Guides (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
「発明の目的]
[00011
【産業上の利用分野]この発明は光半導体モジュールに
関する。 [0002] 【従来の技術】コンピュータ関連技術の進展によって機
器間の通信でさえもますます高度化し、従来の電気通信
技術で間に合わない分野での、光への置き換えが始まっ
ている。従って、その重要な要素である光半導体モジュ
ールに対する要求も、次第に強くなっている。 [0003]光半導体モジュールの構成の一例を図5に
示す。レーザダイオード(LD)や発光ダイオード(L
ED)などの発光素子、またはpinフォトダイオード
(PD)などの受光素子といった光半導体素子(1)、
光ファイバまたは薄膜導波路などの光導波素子(2)、
そして、これらの間の光結合効率を高めるためのレンズ
(3)を主な構成要素としている。 [0004]ここで、現在普通に用いられているLDは
端面出力型であり、光導波素子も端面入出力型であるた
め、LDや光導波素子は基板(4)に対して平行に搭載
でき、モジュールの製造も比較的容易である。しかし現
在のPD、LED、そして将来用いられるであろうLD
は画人出力型であるため、光半導体素子または光導波素
子のいずれかを基板に対して垂直に搭載せねばならず、
ここに製造上の困難が伴う。簡便に製造してコストを低
下させるためには、途中の反射器を設けて光路を曲げ、
全ての構成要素を平行に搭載できることが望ましい。 [0005]反射器を用いて光路を曲げる方法として、
例えば図6 (a) 、 (b)に示すような方法が
提案されている。いずれも11が半導体基板、12が光
導波路、13が光半導体素子、14が反射器である。4
1はPDの受光面、15は反射器の反射面をそれぞれ表
している。しかしこれらの方法にも幾つかの困難がある
。先ず、この様に微小な反射器を形成すること自体が困
難である。反射面(15)を形成する方法は研磨や襞間
が考えられるが、元が小さいだけにそれぞれ困難を伴う
。また、この様に微小な反射器を、半導体基板(11)
上の所定の位置に精度良く搭載することも困難である。 [00061更に図6(a)の様な搭載方法では、光半
導体素子(13)が片持ち型となるため、配線方法や強
度上の問題がある。反射器(14)に支持腕を設けるこ
とは研磨や襞間では不可能であるし、別の支持体を搭載
することは工程数の増加をもたらす。図6(b)の様な
搭載方法では、反射器(14)の下面が上面より小さい
だけに、位置合わせが一層困難になるという問題がある
。 [0007]一方、光源にLDを用いるときには、LD
から発した光の一部が光路内のどこかで反射してLDへ
戻る、いわゆる戻り光も少なくなるよう考慮されねばな
らない。反射面の角度を45°とし、光導波路から出射
した光の光路を90’曲げて受光素子に入射させるとす
ると、受光素子表面で反射した光の一部は必ず光導波路
へ再度大斜して、LDへの戻り光となる。従って、反射
面の角度は45°でない方が良い。 [0008]この戻り光に関する問題は、反射面を用い
ない場合も同様で、そのため通常の光半導体モジュール
では、光アイソレータが用いられたり、ファイバ端面を
斜めに研磨するなどして、戻り光を極力低下させるよう
努力されている。しかしこれらの方法を用いることには
、部品点数や工程数の増加によるコストの増大という問
題がある。できればレンズさえも省略できることが、コ
ストダウンのためには望ましい。 [0009]
関する。 [0002] 【従来の技術】コンピュータ関連技術の進展によって機
器間の通信でさえもますます高度化し、従来の電気通信
技術で間に合わない分野での、光への置き換えが始まっ
ている。従って、その重要な要素である光半導体モジュ
ールに対する要求も、次第に強くなっている。 [0003]光半導体モジュールの構成の一例を図5に
示す。レーザダイオード(LD)や発光ダイオード(L
ED)などの発光素子、またはpinフォトダイオード
(PD)などの受光素子といった光半導体素子(1)、
光ファイバまたは薄膜導波路などの光導波素子(2)、
そして、これらの間の光結合効率を高めるためのレンズ
(3)を主な構成要素としている。 [0004]ここで、現在普通に用いられているLDは
端面出力型であり、光導波素子も端面入出力型であるた
め、LDや光導波素子は基板(4)に対して平行に搭載
でき、モジュールの製造も比較的容易である。しかし現
在のPD、LED、そして将来用いられるであろうLD
は画人出力型であるため、光半導体素子または光導波素
子のいずれかを基板に対して垂直に搭載せねばならず、
ここに製造上の困難が伴う。簡便に製造してコストを低
下させるためには、途中の反射器を設けて光路を曲げ、
全ての構成要素を平行に搭載できることが望ましい。 [0005]反射器を用いて光路を曲げる方法として、
例えば図6 (a) 、 (b)に示すような方法が
提案されている。いずれも11が半導体基板、12が光
導波路、13が光半導体素子、14が反射器である。4
1はPDの受光面、15は反射器の反射面をそれぞれ表
している。しかしこれらの方法にも幾つかの困難がある
。先ず、この様に微小な反射器を形成すること自体が困
難である。反射面(15)を形成する方法は研磨や襞間
が考えられるが、元が小さいだけにそれぞれ困難を伴う
。また、この様に微小な反射器を、半導体基板(11)
上の所定の位置に精度良く搭載することも困難である。 [00061更に図6(a)の様な搭載方法では、光半
導体素子(13)が片持ち型となるため、配線方法や強
度上の問題がある。反射器(14)に支持腕を設けるこ
とは研磨や襞間では不可能であるし、別の支持体を搭載
することは工程数の増加をもたらす。図6(b)の様な
搭載方法では、反射器(14)の下面が上面より小さい
だけに、位置合わせが一層困難になるという問題がある
。 [0007]一方、光源にLDを用いるときには、LD
から発した光の一部が光路内のどこかで反射してLDへ
戻る、いわゆる戻り光も少なくなるよう考慮されねばな
らない。反射面の角度を45°とし、光導波路から出射
した光の光路を90’曲げて受光素子に入射させるとす
ると、受光素子表面で反射した光の一部は必ず光導波路
へ再度大斜して、LDへの戻り光となる。従って、反射
面の角度は45°でない方が良い。 [0008]この戻り光に関する問題は、反射面を用い
ない場合も同様で、そのため通常の光半導体モジュール
では、光アイソレータが用いられたり、ファイバ端面を
斜めに研磨するなどして、戻り光を極力低下させるよう
努力されている。しかしこれらの方法を用いることには
、部品点数や工程数の増加によるコストの増大という問
題がある。できればレンズさえも省略できることが、コ
ストダウンのためには望ましい。 [0009]
【発明が解決しようとする課題】この発明は、少ない部
品点数と簡単な工程とで光半導体素子と光導波素子とを
効率よく光結合でき、かつ戻り光の少ない光半導体モジ
ュールを提供することを目的とするものである。 [発
明の構成] [00101
品点数と簡単な工程とで光半導体素子と光導波素子とを
効率よく光結合でき、かつ戻り光の少ない光半導体モジ
ュールを提供することを目的とするものである。 [発
明の構成] [00101
【課題を解決するための手段]この発明は、半導体基板
に設けられた凹部の側面に露呈した結晶面を反射面とし
て、光半導体素子と光導波素子とを光結合させたことを
特徴とする。 [00111 【作用]半導体結晶の結晶面は、原子が規則正しく並ん
だ面であるため、光学的に優れた反射器となる。半導体
基板に精度良く凹部を設けることは、通常のマスク合わ
せ工程、エツチング工程を用いることによって容易であ
る。このとき異方性の強いエツチングを行えば、ある特
定の結晶面だけが露呈されるため、光学的に優れた反射
器が容易に形成できる。しかもその結晶面は、角度が4
5°とならない面を選ぶことも可能であるため、凹部の
大きさを適当に並べば、戻り光を少なくすることも容易
である。しかもこの結晶面が凹部内に適当に配されてい
れば、これらに集光作用を持たせることもできる。そし
て、凹部が設けられた半導体基板の表面側に画人出力型
の素子、端面側に端面入出力型の素子を実装することに
より、これらの光結合が容易に行われる。 [0012] 【実施例】この発明により、ファイバとPDを結合させ
た例を図1に示す。ここで、図1 (a)は反射器の拡
大図、図1(b)は反射器とファイバ、PDとの実装方
法を示す。21は(100)面を表面とし、(110>
方向に切り出されたSt基板である。表面に装着した酸
化膜(22)に適当なマスク合わせ工程を経て溝に形成
し、ヒドラジンや水酸化カリウム等を用いて異方性エツ
チングを行うと、反射面となる側面(23) (24
)に(111)面が露呈した凹部(25)が形成される
。エツチングは(111)面が露呈した時点で終了する
ので、凹部の大きさ、深さはマスク合わせ工程によって
高精度に決定される。このとき、露呈(111)面の(
100)面に対する角度は、54.7°となる。場合に
よっては、側面(23) (24)に金属や誘電体の
一層または多層の薄膜を装着して、反射率を高めてもよ
い。 (0013]この様にして形成された反射器(29)の
表面に合わせマーカ(27)を形成しておき、PD (
28)の受光面を下にしてフリップチップ接続する。反
射器表面の酸化膜(22)上に必要な電極配線(26)
を施しておけば、PD自身の固定と同時に配線までが、
一つの工程で終了する。もちろん受光面を上に接続して
、ワイヤボンディングを行っても構わない。また、Si
基板(21)内に電子素子を作り付けてIC化すること
も可能である。このときはPD(28)への電気配線が
最短距離で済むので、高速に変調された光を受光するの
に適している。 [00141反射器(29)とファイバの接続は、市販
のファイバコネクタ(30)が利用できる。このコネク
タは本来、2本のビン(31)を介してコネクタ同志を
突き合わせることにより、2本のファイバを簡便に接続
するためのものであるが、そのためビンとファイバ端面
(32)との位置関係が精密に作製されている。従って
このビン(31)でSi基板(21)を挟み込み、適当
な方法で固定すれば、ファイバ端面(32)と凹部(2
5)との位置関係も精密に決まる。 [0015]Si基板(21)の厚さを350μm、S
i基板(21)の端から正側面(23)上端までの距離
を225μmとしたとき、ファイバ端面(32)から出
射した光が、側面(23) (24)で反射された後
、PD(28)の上面に投射される点を図2 (a)
(b)に示す。どちらもPD上面から見た図であり、
41はPD受光部を示す直径70μmの円、その周辺の
小さな円が、PD上面に投射される点を示している。フ
ァイバ端面(32)の左半面から、一定の角度間隔で出
射される光について計算した。 [00161図2(a)は、横側面(24)同士の間隔
を500μmと広くとった場合である。ファイバ端面(
32)から放射された光は、正側面(23)のみで反射
されるので、PD上面に均等に投射され、PD受光部(
41)内に投射される光の割合は全体の約33%であっ
た。一方(b)は、横側面間隔を220μmと狭くとっ
た場合である。このときは、ファイバ端面(32)から
外側へ大きな角度で出射した光は、横側面(24)→正
側面(23)と反射されてPD受光部(41)近傍に投
射されるので、結合効率も50%近くに増加することが
確かめられた。即ち、反射面を1面ではなく3面用いる
ことによって、反射器(29)に集光作用も持たせるこ
とが可能となる。 [0017]このときのPD上下面らの再反射光を追跡
すると、一部はファイバ端面(32)に投射されるもの
の、その大部分はファイバの中心軸からの角度が30゜
以上であった。従って、再びファイバに入射してLDへ
の戻り光となる成分はほとんど無視し得ることが確認で
きた。即ちこの発明によれば、レンズ等を使わなくとも
高効率の光結合ができ、かつアイソレータ等がなくとも
戻り光は少ないということが判る。 [0018]PDの位置合わせを更に精度良くするため
には、図3の方法がある。即ち、PD上下面メサ状の突
起(42)を形成し、その突起を凹部(25)に嵌め込
んで実装する。これにより、簡単な工程で高精度の実装
が可能となる。以上挙げた例は、PDのような受光素子
ばかりでなく、LEDや面発光レーザのような発光素子
にも応用できる。 [0019]またこの発明は、ファイバばかりでなく薄
膜導波路と光半導体素子との光結合にも適用できる。そ
の様子を図4(a)に示す。図6と同様に光半導体素子
(13)と薄膜導波路(12)とが形成された半導体基
板(11)上に、先に説明した反射器(29)を、凹部
(25)を下にして装着する。この反射器(29)は従
来の反射器(14)に比較して形も大きく、上面と下面
の大きさも等しいため、従来例で説明した困難はない。 また、反射器(29)に集光作用もあるので、従来例よ
りも高効率の光結合ができる。更に高精度に位置合わせ
をしたいときは、半導体基板(11)の受光素子周辺部
にも位置合わせ用の凹部を設け、ここに反射器(29)
を嵌め込むとよい。 [00201この発明を利用すれば、複数の光半導体素
子、光導波素子をまとめたアレイ化モジュールも、容易
に製造できる。例えば図1のファイバコネクタ(30)
にリボンファイバ用を用い、反射器(29)の凹部(2
5)は、それに合わせた個数形成すればよい。 [00211以上、結晶面反射器を用いた光半導体モジ
ュールについて詳しく説明してきたが、この発明の適用
範囲は以上の例に限られるものではない。例えば、反射
器として用いる結晶はSiに限られるものではなく、ま
たInPやGaAsのような正方晶系の結晶ばかりでも
なく、六方晶系や斜方晶系といった複雑な構造の結晶で
も可能であろう。また反射面となる結晶面も(111)
面に限られるものではなく、 (100)、 (211
)等、結晶の構造と異方性エツチングの種類に応じて、
様々な結晶面とその組み合わせを選ぶことができる。そ
の他、この発明の精神を逸脱することなく、種々の変形
、応用が可能であろう。 [0022]
に設けられた凹部の側面に露呈した結晶面を反射面とし
て、光半導体素子と光導波素子とを光結合させたことを
特徴とする。 [00111 【作用]半導体結晶の結晶面は、原子が規則正しく並ん
だ面であるため、光学的に優れた反射器となる。半導体
基板に精度良く凹部を設けることは、通常のマスク合わ
せ工程、エツチング工程を用いることによって容易であ
る。このとき異方性の強いエツチングを行えば、ある特
定の結晶面だけが露呈されるため、光学的に優れた反射
器が容易に形成できる。しかもその結晶面は、角度が4
5°とならない面を選ぶことも可能であるため、凹部の
大きさを適当に並べば、戻り光を少なくすることも容易
である。しかもこの結晶面が凹部内に適当に配されてい
れば、これらに集光作用を持たせることもできる。そし
て、凹部が設けられた半導体基板の表面側に画人出力型
の素子、端面側に端面入出力型の素子を実装することに
より、これらの光結合が容易に行われる。 [0012] 【実施例】この発明により、ファイバとPDを結合させ
た例を図1に示す。ここで、図1 (a)は反射器の拡
大図、図1(b)は反射器とファイバ、PDとの実装方
法を示す。21は(100)面を表面とし、(110>
方向に切り出されたSt基板である。表面に装着した酸
化膜(22)に適当なマスク合わせ工程を経て溝に形成
し、ヒドラジンや水酸化カリウム等を用いて異方性エツ
チングを行うと、反射面となる側面(23) (24
)に(111)面が露呈した凹部(25)が形成される
。エツチングは(111)面が露呈した時点で終了する
ので、凹部の大きさ、深さはマスク合わせ工程によって
高精度に決定される。このとき、露呈(111)面の(
100)面に対する角度は、54.7°となる。場合に
よっては、側面(23) (24)に金属や誘電体の
一層または多層の薄膜を装着して、反射率を高めてもよ
い。 (0013]この様にして形成された反射器(29)の
表面に合わせマーカ(27)を形成しておき、PD (
28)の受光面を下にしてフリップチップ接続する。反
射器表面の酸化膜(22)上に必要な電極配線(26)
を施しておけば、PD自身の固定と同時に配線までが、
一つの工程で終了する。もちろん受光面を上に接続して
、ワイヤボンディングを行っても構わない。また、Si
基板(21)内に電子素子を作り付けてIC化すること
も可能である。このときはPD(28)への電気配線が
最短距離で済むので、高速に変調された光を受光するの
に適している。 [00141反射器(29)とファイバの接続は、市販
のファイバコネクタ(30)が利用できる。このコネク
タは本来、2本のビン(31)を介してコネクタ同志を
突き合わせることにより、2本のファイバを簡便に接続
するためのものであるが、そのためビンとファイバ端面
(32)との位置関係が精密に作製されている。従って
このビン(31)でSi基板(21)を挟み込み、適当
な方法で固定すれば、ファイバ端面(32)と凹部(2
5)との位置関係も精密に決まる。 [0015]Si基板(21)の厚さを350μm、S
i基板(21)の端から正側面(23)上端までの距離
を225μmとしたとき、ファイバ端面(32)から出
射した光が、側面(23) (24)で反射された後
、PD(28)の上面に投射される点を図2 (a)
(b)に示す。どちらもPD上面から見た図であり、
41はPD受光部を示す直径70μmの円、その周辺の
小さな円が、PD上面に投射される点を示している。フ
ァイバ端面(32)の左半面から、一定の角度間隔で出
射される光について計算した。 [00161図2(a)は、横側面(24)同士の間隔
を500μmと広くとった場合である。ファイバ端面(
32)から放射された光は、正側面(23)のみで反射
されるので、PD上面に均等に投射され、PD受光部(
41)内に投射される光の割合は全体の約33%であっ
た。一方(b)は、横側面間隔を220μmと狭くとっ
た場合である。このときは、ファイバ端面(32)から
外側へ大きな角度で出射した光は、横側面(24)→正
側面(23)と反射されてPD受光部(41)近傍に投
射されるので、結合効率も50%近くに増加することが
確かめられた。即ち、反射面を1面ではなく3面用いる
ことによって、反射器(29)に集光作用も持たせるこ
とが可能となる。 [0017]このときのPD上下面らの再反射光を追跡
すると、一部はファイバ端面(32)に投射されるもの
の、その大部分はファイバの中心軸からの角度が30゜
以上であった。従って、再びファイバに入射してLDへ
の戻り光となる成分はほとんど無視し得ることが確認で
きた。即ちこの発明によれば、レンズ等を使わなくとも
高効率の光結合ができ、かつアイソレータ等がなくとも
戻り光は少ないということが判る。 [0018]PDの位置合わせを更に精度良くするため
には、図3の方法がある。即ち、PD上下面メサ状の突
起(42)を形成し、その突起を凹部(25)に嵌め込
んで実装する。これにより、簡単な工程で高精度の実装
が可能となる。以上挙げた例は、PDのような受光素子
ばかりでなく、LEDや面発光レーザのような発光素子
にも応用できる。 [0019]またこの発明は、ファイバばかりでなく薄
膜導波路と光半導体素子との光結合にも適用できる。そ
の様子を図4(a)に示す。図6と同様に光半導体素子
(13)と薄膜導波路(12)とが形成された半導体基
板(11)上に、先に説明した反射器(29)を、凹部
(25)を下にして装着する。この反射器(29)は従
来の反射器(14)に比較して形も大きく、上面と下面
の大きさも等しいため、従来例で説明した困難はない。 また、反射器(29)に集光作用もあるので、従来例よ
りも高効率の光結合ができる。更に高精度に位置合わせ
をしたいときは、半導体基板(11)の受光素子周辺部
にも位置合わせ用の凹部を設け、ここに反射器(29)
を嵌め込むとよい。 [00201この発明を利用すれば、複数の光半導体素
子、光導波素子をまとめたアレイ化モジュールも、容易
に製造できる。例えば図1のファイバコネクタ(30)
にリボンファイバ用を用い、反射器(29)の凹部(2
5)は、それに合わせた個数形成すればよい。 [00211以上、結晶面反射器を用いた光半導体モジ
ュールについて詳しく説明してきたが、この発明の適用
範囲は以上の例に限られるものではない。例えば、反射
器として用いる結晶はSiに限られるものではなく、ま
たInPやGaAsのような正方晶系の結晶ばかりでも
なく、六方晶系や斜方晶系といった複雑な構造の結晶で
も可能であろう。また反射面となる結晶面も(111)
面に限られるものではなく、 (100)、 (211
)等、結晶の構造と異方性エツチングの種類に応じて、
様々な結晶面とその組み合わせを選ぶことができる。そ
の他、この発明の精神を逸脱することなく、種々の変形
、応用が可能であろう。 [0022]
【発明の効果】この発明により、光半導体素子と光導波
素子との高効率の光結合が、簡単な工程で実現できる光
半導体モジュールが得られる。
素子との高効率の光結合が、簡単な工程で実現できる光
半導体モジュールが得られる。
【図1】本発明の第1の実施例を示す斜視図。
【図2】第1の実施例の光が投射される点を示す平面図
。
。
【図3】本発明の他の実施例を示す断面図。
【図4】本発明のその他の実施例を示す斜視図。
【図5】従来の技術を示す斜視図。
【図6】従来の技術を示す斜視図。
1.13・・・光半導体素子 2・・・光導波素子 1
2・・・光導波路 14.29・・・反射器 15・・・反射面 21・・・Si基板23、 24・
・・凹部の側面 25・・・凹部 33・・・光ファイバ
2・・・光導波路 14.29・・・反射器 15・・・反射面 21・・・Si基板23、 24・
・・凹部の側面 25・・・凹部 33・・・光ファイバ
【図5】
Claims (1)
- 【請求項1】半導体基板に設けられた凹部の結晶面を反
射面として、光半導体素子と光導波素子とを光結合させ
たことを特徴とする光半導体モジュール。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP40023290A JP3090335B2 (ja) | 1990-12-03 | 1990-12-03 | 光半導体モジュール |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP40023290A JP3090335B2 (ja) | 1990-12-03 | 1990-12-03 | 光半導体モジュール |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH04208905A true JPH04208905A (ja) | 1992-07-30 |
JP3090335B2 JP3090335B2 (ja) | 2000-09-18 |
Family
ID=18510143
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP40023290A Expired - Fee Related JP3090335B2 (ja) | 1990-12-03 | 1990-12-03 | 光半導体モジュール |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP3090335B2 (ja) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH08288590A (ja) * | 1995-04-19 | 1996-11-01 | Nec Corp | 面発光素子の実装方法 |
JPH09232601A (ja) * | 1996-02-27 | 1997-09-05 | Nec Corp | 受光デバイス |
JP2003534568A (ja) * | 2000-05-23 | 2003-11-18 | テレフオンアクチーボラゲツト エル エム エリクソン(パブル) | 受動位置合わせの方法および装置 |
-
1990
- 1990-12-03 JP JP40023290A patent/JP3090335B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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JPH08288590A (ja) * | 1995-04-19 | 1996-11-01 | Nec Corp | 面発光素子の実装方法 |
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US5929500A (en) * | 1996-02-27 | 1999-07-27 | Nec Corporation | Light receiving device for use in optical fiber communications and the like |
JP2003534568A (ja) * | 2000-05-23 | 2003-11-18 | テレフオンアクチーボラゲツト エル エム エリクソン(パブル) | 受動位置合わせの方法および装置 |
JP4808900B2 (ja) * | 2000-05-23 | 2011-11-02 | テレフオンアクチーボラゲット エル エム エリクソン(パブル) | 受動位置合わせの方法および装置 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
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JP3090335B2 (ja) | 2000-09-18 |
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