JPH0650770B2 - 光半導体装置の製造方法 - Google Patents
光半導体装置の製造方法Info
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- JPH0650770B2 JPH0650770B2 JP62013329A JP1332987A JPH0650770B2 JP H0650770 B2 JPH0650770 B2 JP H0650770B2 JP 62013329 A JP62013329 A JP 62013329A JP 1332987 A JP1332987 A JP 1332987A JP H0650770 B2 JPH0650770 B2 JP H0650770B2
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
- H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
- H01L27/144—Devices controlled by radiation
- H01L27/1443—Devices controlled by radiation with at least one potential jump or surface barrier
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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、受光素子と電気回路とを集積化した光半導体
装置の製造方法に関する。
装置の製造方法に関する。
[従来の技術] この種の光半導体装置の公知例として、「昭和58年春
季応用物理学会」(7p−1−10)が挙げられる。
季応用物理学会」(7p−1−10)が挙げられる。
上記例は、GaAs半絶縁性基板上にn+−GaAs導電層,n
−−GaAs光吸収層を成長し、更にその上にGaxAl1-xAs窓
層等を成長してpin型ホトダイオード部を作製してい
る。
−−GaAs光吸収層を成長し、更にその上にGaxAl1-xAs窓
層等を成長してpin型ホトダイオード部を作製してい
る。
[発明が解決しようとする問題点] しかし、成長後の導電層露出,pin型ホトダイオード
部,FET部間の絶縁において化学エッチングの制御の
点については配慮されていなかった。
部,FET部間の絶縁において化学エッチングの制御の
点については配慮されていなかった。
本発明の目的は、pin型ホトダイオードと電界効果トラ
ンジスタとが集積化された受光器を作製する上で、微細
加工する為に段差の深さを制御することができる製造方
法を提供することにある。
ンジスタとが集積化された受光器を作製する上で、微細
加工する為に段差の深さを制御することができる製造方
法を提供することにある。
[問題点を解決するための手段] 一般に、GaAlAs系混晶に対する化学エッチング速度は、
ある範囲の混晶比Ga1-xAlxAs(0x1)に対して、
エッチング液の組成とエッチング温度を選ぶならば、異
なるエッチング速度を示し、特に、HF,NH3OH混
合液では、GaAsに対するエッチング速度に比べGa0.7Al
0.3As結晶のエッチング速度を遅くすることができる。
ある範囲の混晶比Ga1-xAlxAs(0x1)に対して、
エッチング液の組成とエッチング温度を選ぶならば、異
なるエッチング速度を示し、特に、HF,NH3OH混
合液では、GaAsに対するエッチング速度に比べGa0.7Al
0.3As結晶のエッチング速度を遅くすることができる。
このように、エッチング速度が異なると、半導体デバイ
スの製造工程において、均一処理ができず欠点となるこ
とが多い。
スの製造工程において、均一処理ができず欠点となるこ
とが多い。
一方、縦型GaAspin型ホトダイオードを受光素子として
組み込んだ光電子集積回路(OEIC)を製作するに
は、2〜3μmと比較的厚い光吸収層となる高純度GaAs
層(i−GaAs)を設けた後、n型部分に対するオーミッ
ク電極を設けるため、i−GaAs層の一部又は受光領域以
外の全ての部分を選択的に除去し、i−GaAs層の下部に
設けた比較的薄いn+−GaAs導電層を正確に露出させる
必要がある。
組み込んだ光電子集積回路(OEIC)を製作するに
は、2〜3μmと比較的厚い光吸収層となる高純度GaAs
層(i−GaAs)を設けた後、n型部分に対するオーミッ
ク電極を設けるため、i−GaAs層の一部又は受光領域以
外の全ての部分を選択的に除去し、i−GaAs層の下部に
設けた比較的薄いn+−GaAs導電層を正確に露出させる
必要がある。
本発明は、予じめGaAsと異なる混晶比を持つ同一導電型
のGa1-xAlxAs層を所望層の下部(基板側)に設けてお
き、化学エッチング速度の差を利用して、挿入した層を
エッチングの停止層(ストッパー)として働かせること
により、高精度でかつ必要最小限度の凹凸ですませられ
る構造を提供するものである。
のGa1-xAlxAs層を所望層の下部(基板側)に設けてお
き、化学エッチング速度の差を利用して、挿入した層を
エッチングの停止層(ストッパー)として働かせること
により、高精度でかつ必要最小限度の凹凸ですませられ
る構造を提供するものである。
なお、GaAs,GaAlAs系に対する化学エッチングはエッチ
ング液によるものの他、反応性化学エッチング等におい
てもガス組成,真空度,イオンエッチングモードの寄与
率の抑制によって選択エッチングが可能であるのみなら
ず、同様の考え方で、InP,InGaAsP,InAsP系でも異な
る組成のエッチング停止層を挿入することによって、O
EIC化に適した構造が提供できる。
ング液によるものの他、反応性化学エッチング等におい
てもガス組成,真空度,イオンエッチングモードの寄与
率の抑制によって選択エッチングが可能であるのみなら
ず、同様の考え方で、InP,InGaAsP,InAsP系でも異な
る組成のエッチング停止層を挿入することによって、O
EIC化に適した構造が提供できる。
[作用] 本発明によれば、必要最小限の基板凹凸に抑えフォトレ
ジストを薄く塗布できる為、FET部の微細加工を高精
度に行なうことができる。
ジストを薄く塗布できる為、FET部の微細加工を高精
度に行なうことができる。
[実施例] 以下に本発明の実施例を図面を用いて説明する。第1図
A〜Fは光半導体装置の受光装置を示す図、第2図はそ
の製造工程を示す図である。第1図において半絶縁性Ga
As基板1はホトダイオードを搭載する部分を順メサ方向
にエッチングされており、該エッチングによって形成さ
れた下段面にはホトダイオードが形成されている。また
半絶縁性GaAs基板の上段面には、ホトダイオードで受信
する光信号を増幅する電界効果トランジスタ(FET)
が形成される。以下第2図を参照してホトダイオードと
電界効果トランジスタの製造方法について説明する。ま
ず、ホトダイオードは、エッチングされた溝上にn+−
Ga0.7Al0.3As2(〜0.3μm),n+−GaAs3(〜1.5μ
m),i−Ga0.7Al0.3As4(〜0.3μm),i−GaAs
(〜2μm),i−Ga0.7Al0.3As6(〜1.5μm),i
−GaAs7(〜0.3μm)の順に液相上ピタキシャル成長
される。n+−GaAs層3の上にホトダイオードのn電極
8を形成する。P型不純物領域13はi−Ga0.7Al0.3As窓
層6に不純物拡散させて形成し、同時に前置増幅器のF
ETのゲート部9への電気的接続部となっている。FE
Tは半絶縁性GaAs基板1に直接イオン打込みした後、ソ
ース10,ドレイン11のオーミック電極,ゲート9のショ
ットキー電極蒸着により形成される。12は配線である。
本実施例によれば、短波長域の集積化受光素子が高精度
に作られる。
A〜Fは光半導体装置の受光装置を示す図、第2図はそ
の製造工程を示す図である。第1図において半絶縁性Ga
As基板1はホトダイオードを搭載する部分を順メサ方向
にエッチングされており、該エッチングによって形成さ
れた下段面にはホトダイオードが形成されている。また
半絶縁性GaAs基板の上段面には、ホトダイオードで受信
する光信号を増幅する電界効果トランジスタ(FET)
が形成される。以下第2図を参照してホトダイオードと
電界効果トランジスタの製造方法について説明する。ま
ず、ホトダイオードは、エッチングされた溝上にn+−
Ga0.7Al0.3As2(〜0.3μm),n+−GaAs3(〜1.5μ
m),i−Ga0.7Al0.3As4(〜0.3μm),i−GaAs
(〜2μm),i−Ga0.7Al0.3As6(〜1.5μm),i
−GaAs7(〜0.3μm)の順に液相上ピタキシャル成長
される。n+−GaAs層3の上にホトダイオードのn電極
8を形成する。P型不純物領域13はi−Ga0.7Al0.3As窓
層6に不純物拡散させて形成し、同時に前置増幅器のF
ETのゲート部9への電気的接続部となっている。FE
Tは半絶縁性GaAs基板1に直接イオン打込みした後、ソ
ース10,ドレイン11のオーミック電極,ゲート9のショ
ットキー電極蒸着により形成される。12は配線である。
本実施例によれば、短波長域の集積化受光素子が高精度
に作られる。
次に本発明の半導体装置のエッチング技術について述べ
る。
る。
図面の中で選択エッチングに関連する部分だけを下表に
再び示す。
再び示す。
pinPD作製には、2,3,4,5,6,7の6層を1
回の結晶成長で形成できないので、2,3の2層と4,
5,6,7,の4層を2回に分けて成長させる。これ
は、i−GaAs光吸収層5のキャリア濃度をできるだけ低
くする必要があるためで、2回に分けずに1回で成長さ
せると、n+導電層2,3を形成するために混入する不純物
がi−GaAs層5に不必要に混入される危険があるからで
ある。
回の結晶成長で形成できないので、2,3の2層と4,
5,6,7,の4層を2回に分けて成長させる。これ
は、i−GaAs光吸収層5のキャリア濃度をできるだけ低
くする必要があるためで、2回に分けずに1回で成長さ
せると、n+導電層2,3を形成するために混入する不純物
がi−GaAs層5に不必要に混入される危険があるからで
ある。
また、OEIC構造には素子間絶縁のために基板1には
半絶縁性GaAsを用いる必要があり、この結果n+導電層
2,3の1部をN電極(8)取り出しのため露出させる必
要がある。それ故化学エッチングは2,3層を除去する
ため、4,5,6,7層を除去するために2回に分け
て、それぞれ異なったマスクを用いて行なわれる。
半絶縁性GaAsを用いる必要があり、この結果n+導電層
2,3の1部をN電極(8)取り出しのため露出させる必
要がある。それ故化学エッチングは2,3層を除去する
ため、4,5,6,7層を除去するために2回に分け
て、それぞれ異なったマスクを用いて行なわれる。
pinPDにはn+−Ga1-xAlxAs層2とi−Ga1-yAlyAs層4
は不可欠な層ではなく通常は存在しない。わざわざこの
2つの層を存在させるのは、明細書に述べたように現状
のOEICには段差は不可避で、基板内で段差を可能な
限り抑える工夫が必要だからである。(段差が大きくな
るとFET作製のためのホトリングラフィーが困難とな
り、精度よくゲートが作製されなくなるからである。O
EICの目標である高速応答にはFETのゲート長を1
μm程度に作製する必要がある。)この2つの層がある
場合とない場合とでpinPDの性能は殆んど差がなく、
化学エッチングの制御性は異なる。この2つの層がある
場合、化学エッチングは二重の意味で制御性が高まる。
1つは、明細書で触れた選択エッチングでこの2つの層
を化学エッチングのストッパーとすることができる点で
ある。もう1つは、この2つの層で止まった後、この2
つの層自身を他のエッチング液で除去する時にエッチン
グ終了のモニタが容易にできることである。つまり、Ga
AsとGa1-xAlxAsあるいはGa1-yAlyAsとではAlが存在する
ことによりエネルギーバッドギャップが異なって屈折率
に差が生じ、目視でGaAlAsが除去されたか判断できると
いうことである。ここでは、選択エッチング液を使用で
きる点を重要と考え、以下に化学エッチングの詳細を示
す。
は不可欠な層ではなく通常は存在しない。わざわざこの
2つの層を存在させるのは、明細書に述べたように現状
のOEICには段差は不可避で、基板内で段差を可能な
限り抑える工夫が必要だからである。(段差が大きくな
るとFET作製のためのホトリングラフィーが困難とな
り、精度よくゲートが作製されなくなるからである。O
EICの目標である高速応答にはFETのゲート長を1
μm程度に作製する必要がある。)この2つの層がある
場合とない場合とでpinPDの性能は殆んど差がなく、
化学エッチングの制御性は異なる。この2つの層がある
場合、化学エッチングは二重の意味で制御性が高まる。
1つは、明細書で触れた選択エッチングでこの2つの層
を化学エッチングのストッパーとすることができる点で
ある。もう1つは、この2つの層で止まった後、この2
つの層自身を他のエッチング液で除去する時にエッチン
グ終了のモニタが容易にできることである。つまり、Ga
AsとGa1-xAlxAsあるいはGa1-yAlyAsとではAlが存在する
ことによりエネルギーバッドギャップが異なって屈折率
に差が生じ、目視でGaAlAsが除去されたか判断できると
いうことである。ここでは、選択エッチング液を使用で
きる点を重要と考え、以下に化学エッチングの詳細を示
す。
先ず選択エッチング液について述べる。Ga1-xAlxAs系の
エッチング液のうち、 硫酸:過酸化水素:水=4:1:1,20℃,攪拌状態 リン酸:過酸化水素:エチレングリコール=1:1:
3,20℃,攪拌状態 はプロセス上よく用いられるが、組成xに対して殆んど
選択性はない。これに対し、 リン酸,〜120℃,無攪拌 塩酸,〜100℃,無攪拌 はx=0のGaAsを殆んどエッチングしないで、GaAlAs
(x≠0)を1分間に1μm前後(xの値により異な
る)エッチングする。また、逆に アンモニア水:過酸化水素=1:100,20℃,攪拌状
態 はx=0のGaAsを1分間に0.3μm程度エッチングし、G
aAlAs(x≠0)を殆んど(xの値により異なる)エッ
チングしない。このに関しては温度が異なるが、次の
文献に記載されている。ジェイ・アップル・フィズ(J.
J.LePore:J.Appl.Phys.51.6441〜6442頁(′80)の第
2図) 次に実際にプロセスに用いた場合の制御性について述べ
る。ここではは少し温度が高く(ホトレジスト等の
変性が心配となるので)用いずに、あるいはとを
用いた。n+−Ga1-xAlxAs層2,i−Ga1-yAlyAs層4
(xとyは同一である必要はない。但し、zは選択エッ
チングとは以下に述べるように関係なく、一応0.3〜0.4
程度とする)が存在する場合を,存在しない場合を
とする。
エッチング液のうち、 硫酸:過酸化水素:水=4:1:1,20℃,攪拌状態 リン酸:過酸化水素:エチレングリコール=1:1:
3,20℃,攪拌状態 はプロセス上よく用いられるが、組成xに対して殆んど
選択性はない。これに対し、 リン酸,〜120℃,無攪拌 塩酸,〜100℃,無攪拌 はx=0のGaAsを殆んどエッチングしないで、GaAlAs
(x≠0)を1分間に1μm前後(xの値により異な
る)エッチングする。また、逆に アンモニア水:過酸化水素=1:100,20℃,攪拌状
態 はx=0のGaAsを1分間に0.3μm程度エッチングし、G
aAlAs(x≠0)を殆んど(xの値により異なる)エッ
チングしない。このに関しては温度が異なるが、次の
文献に記載されている。ジェイ・アップル・フィズ(J.
J.LePore:J.Appl.Phys.51.6441〜6442頁(′80)の第
2図) 次に実際にプロセスに用いた場合の制御性について述べ
る。ここではは少し温度が高く(ホトレジスト等の
変性が心配となるので)用いずに、あるいはとを
用いた。n+−Ga1-xAlxAs層2,i−Ga1-yAlyAs層4
(xとyは同一である必要はない。但し、zは選択エッ
チングとは以下に述べるように関係なく、一応0.3〜0.4
程度とする)が存在する場合を,存在しない場合を
とする。
(i)n+導電層をエッチングする場合 :先ずを用いn+−GaAs層3のみエッチングする。
この時エッチングのばらつきはせいぜい±0.1μmであ
る。
この時エッチングのばらつきはせいぜい±0.1μmであ
る。
次にあるいはを用いn+−GaAlAs層2をエッチング
する。ばらつきはせいぜい±0.1μmである。これから
合計±0.2μm以内となる。
する。ばらつきはせいぜい±0.1μmである。これから
合計±0.2μm以内となる。
:この場合GaAlAs層2はないので、n+−GaAs層3は
〜1.8μmとする。
〜1.8μmとする。
あるいはを用いるとばらつきは±0.5μm程度と考
えられる。
えられる。
(ii)i層(4,5,6,7層あるいは5,6,7層)
をエッチングする場合 :先ずあるいはを用い、i−GaAs層5内にエッチ
ングをストップする。このばらつきはないと考えられ
る。(i−Ga1-zAlzAs層6とi−GaAs層5とは屈折率の
違いにより判断できる。)次にを用いてi−GaAs層5
をエッチングする。この時のばらつきは(i)の場合と同
様に±0.1μmとなり、次に(i)と同様にあるいはを
用いてエッチングする。結局ばらつきは合計±0.2μm
以内となる。
をエッチングする場合 :先ずあるいはを用い、i−GaAs層5内にエッチ
ングをストップする。このばらつきはないと考えられ
る。(i−Ga1-zAlzAs層6とi−GaAs層5とは屈折率の
違いにより判断できる。)次にを用いてi−GaAs層5
をエッチングする。この時のばらつきは(i)の場合と同
様に±0.1μmとなり、次に(i)と同様にあるいはを
用いてエッチングする。結局ばらつきは合計±0.2μm
以内となる。
:この場合あるいはを用いてエッチングする。
(i−Ga1-zAlzAs層6まではと同様にを用いても構
わない。)i−Ga1-zAlzAs層6とi−GaAs層5の境界は
屈折率の違いで判断されるのでi−GaAs層5のみをエッ
チングするばらつきのみを考えればよい。(実際には成
長層の厚さのばらつきがあるのでもっとばらつく可能性
はある。)このばらつきは±0.6μm程度と考えられ
る。
(i−Ga1-zAlzAs層6まではと同様にを用いても構
わない。)i−Ga1-zAlzAs層6とi−GaAs層5の境界は
屈折率の違いで判断されるのでi−GaAs層5のみをエッ
チングするばらつきのみを考えればよい。(実際には成
長層の厚さのばらつきがあるのでもっとばらつく可能性
はある。)このばらつきは±0.6μm程度と考えられ
る。
以上のようにn+−Ga1-xAlxAs層2,i−Ga1-yAlyAs層
4が存在するために基板内の凹凸は改善することがわか
る。
4が存在するために基板内の凹凸は改善することがわか
る。
本発明によれば、GaAsとGa0.7Al0.3Asとが交互に存在す
るため、FET部に不必要なn+−GaAs3,n+−Ga0.7A
l0.3As2の層を完全に取り去ることができるし、次のi
−Ga0.7Al0.3As4,i−GaAs5,i−Ga0.7Al0.3As6,
i−GaAs7の4層のエッチング制御も容易となる。即
ち、GaAsとGa0.7Al0.3Asとでエッチング速度を10対1,
100対1程度に相違のあるHF,NH3OH混合液を用い
ることにより、GaAsとGa0.7Al0.3Asの界面で一度ストッ
プし、次に液の組成を変えて、Ga0.7Al0.3AsとGaAsの界
面でストップさせることができる。尚、GaxAl1-xAsの層
の組成xは、ホトダイオードに影響を及ぼさないので、
エッチング速度を自由に変化させて制御させることも可
能である。
るため、FET部に不必要なn+−GaAs3,n+−Ga0.7A
l0.3As2の層を完全に取り去ることができるし、次のi
−Ga0.7Al0.3As4,i−GaAs5,i−Ga0.7Al0.3As6,
i−GaAs7の4層のエッチング制御も容易となる。即
ち、GaAsとGa0.7Al0.3Asとでエッチング速度を10対1,
100対1程度に相違のあるHF,NH3OH混合液を用い
ることにより、GaAsとGa0.7Al0.3Asの界面で一度ストッ
プし、次に液の組成を変えて、Ga0.7Al0.3AsとGaAsの界
面でストップさせることができる。尚、GaxAl1-xAsの層
の組成xは、ホトダイオードに影響を及ぼさないので、
エッチング速度を自由に変化させて制御させることも可
能である。
第1図は本発明装置の断面図、第2図A、B、C、D、
E、Fは本発明の製造工程を説明するための工程図であ
る。 1;半絶縁性GaAs基板、2;n+−Ga0.7Al0.3As 3;n+−GaAs、4;i−Ga0.7Al0.3As 5;i−GaAs、6;i−Ga0.7Al0.3As 7;i−GaAs、8;電極 9;ゲート、10,11;ソース,ドレイン 12;配線、13;P領域
E、Fは本発明の製造工程を説明するための工程図であ
る。 1;半絶縁性GaAs基板、2;n+−Ga0.7Al0.3As 3;n+−GaAs、4;i−Ga0.7Al0.3As 5;i−GaAs、6;i−Ga0.7Al0.3As 7;i−GaAs、8;電極 9;ゲート、10,11;ソース,ドレイン 12;配線、13;P領域
Claims (1)
- 【請求項1】上下段差部を有するGaAs半絶縁性基板と、
該基板上に形成された導電層、光吸収層、窓層、キャッ
プ層と前記窓層に不純物拡散にて形成されたP型不純物
領域とからなるPin型ホトダイオードおよび電界効果
トランジスタの前置増幅器とからなり、前記ホトダイオ
ードはGaAs半絶縁性基板の下段面に形成され、前記電界
効果トランジスタは前記GaAs半絶縁性基板の上段面に形
成され、前記前記Pin型ホトダイオードの各層を化学
エッチングして前記導電層を露出し、光半導体装置の受
光装置を製造してなる光半導体装置の製造方法におい
て、前記Pin型ホトダイオードは、前記GaAs半絶縁性
基板上に、第1のエッチングの停止層、前記導電層から
なるN電極取り出し層、第2のエッチングの停止層、前
記光吸収層、前記窓層、前記キャップ層の順に形成さ
れ、かつ前記各層は液相エピタキャル成長法でGaAsと該
GaAsと異なる混晶比を持つ同一導電型のGaxAl1−xAsと
を交互に成長させ、前記第1、第2のエッチングの停止
層をGaxAl1−xAs材とし、前記GaxAl1−xAsとGaAsのエッ
チング速度差により加工、形成されてなることを特徴と
する光半導体装置の製造方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP62013329A JPH0650770B2 (ja) | 1987-01-24 | 1987-01-24 | 光半導体装置の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP62013329A JPH0650770B2 (ja) | 1987-01-24 | 1987-01-24 | 光半導体装置の製造方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS63182850A JPS63182850A (ja) | 1988-07-28 |
JPH0650770B2 true JPH0650770B2 (ja) | 1994-06-29 |
Family
ID=11830106
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP62013329A Expired - Lifetime JPH0650770B2 (ja) | 1987-01-24 | 1987-01-24 | 光半導体装置の製造方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH0650770B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
FR2640044B1 (fr) * | 1988-12-06 | 1993-02-12 | Thomson Csf | Dispositif de detection de rayonnements optiques |
JP4165244B2 (ja) | 2003-02-06 | 2008-10-15 | セイコーエプソン株式会社 | 受光素子の製造方法 |
Family Cites Families (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS5857761A (ja) * | 1981-10-02 | 1983-04-06 | Hitachi Ltd | 光半導体装置 |
JPS61187363A (ja) * | 1985-02-15 | 1986-08-21 | Fujitsu Ltd | 光集積回路装置 |
-
1987
- 1987-01-24 JP JP62013329A patent/JPH0650770B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPS63182850A (ja) | 1988-07-28 |
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
EXPY | Cancellation because of completion of term |